ГЛАВА 2. ХИМИЧЕСКА ВРЪЗКА И ВЗАИМНО ЕФЕКТ НА АТОМИТЕ В ОРГАНИЧНИ СЪЕДИНЕНИЯ

ГЛАВА 2. ХИМИЧЕСКА ВРЪЗКА И ВЗАИМНО ЕФЕКТ НА АТОМИТЕ В ОРГАНИЧНИ СЪЕДИНЕНИЯ

Химичните свойства на органичните съединения се определят от вида на химичните връзки, естеството на свързаните атоми и тяхното взаимно влияние в молекулата. Тези фактори от своя страна се определят от електронната структура на атомите и взаимодействието на техните атомни орбитали.

2.1. Електронната структура на въглеродния атом

Частта от атомното пространство, в която вероятността да се намери електрон е максимална, се нарича атомна орбитала (AO).

В химията широко се използва концепцията за хибридни орбитали на въглеродния атом и други елементи. Концепцията за хибридизация като начин за описание на пренареждането на орбитали е необходима, когато броят на несдвоените електрони в основното състояние на атома е по -малък от броя на образуваните връзки. Пример е въглеродният атом, който във всички съединения се проявява като четиривалентен елемент, но в съответствие с правилата за запълване на орбитали на външното му електронно ниво в основно състояние 1s 2 2s 2 2p 2 има само два неспарени електрона ( Фиг.2.1, аи допълнение 2-1). В тези случаи се предполага, че различни атомни орбитали, близки по енергия, могат да се смесват помежду си, образувайки хибридни орбитали със същата форма и енергия.

Хибридните орбитали, поради по -голямото им припокриване, образуват по -силни връзки в сравнение с нехибридизираните орбитали.

В зависимост от броя на хибридизираните орбитали, въглеродният атом може да бъде в едно от трите състояния

Ориз. 2.1.Разпределение на електроните по орбитали на въглероден атом в основното (а), възбуденото (б) и хибридизираното състояние (в - sp 3, g- sp 2, д- sp)

хибридизация (виж фиг. 2.1, в-д). Типът хибридизация определя насочеността на хибридните АО в пространството и следователно геометрията на молекулите, т.е. тяхната пространствена структура.

Пространствената структура на молекулите е взаимното подреждане на атомите и атомните групи в пространството.

sp 3-Хибридизация.Когато се смесят четири външни АО на възбуден въглероден атом (виж фиг. 2.1, б) - една 2s и три 2р орбитали - се появяват четири еквивалентни sp 3 хибридни орбитали. Те имат формата на триизмерна „осмица“, чието едно от остриетата е много по-голямо от другото.

Всяка хибридна орбитала е изпълнена с един електрон. Въглеродният атом в sp 3 -хибридизационно състояние има електронна конфигурация 1s 2 2 (sp 3) 4 (виж фиг. 2.1, в). Това състояние на хибридизация е характерно за въглеродните атоми в наситени въглеводороди (алкани) и съответно в алкилови радикали.

Поради взаимно отблъскване, sp 3 -хибридните АО се насочват в пространството към върховете тетраедър,а ъглите между тях са равни на 109,5? (най -изгодното местоположение; фиг. 2.2, а).

Пространствената структура е изобразена с помощта на стереохимични формули. В тези формули sp 3 -хибридизираният въглероден атом и двете му връзки са разположени в равнината на чертежа и са графично обозначени с обичайната лента. Удебелена линия или удебелен клин означава връзка, простираща се напред от равнината на чертежа и насочена към наблюдателя; пунктирана линия или засенчен клин (..........) - връзка, оставяща наблюдателя за равнината на чертежа

Ориз. 2.2.Видове хибридизация на въглеродния атом. Централна точка - атомно ядро

za (фиг. 2.3, а). Въглероден атом в състояние sp 3-хибридизацията има тетраедрична конфигурация.

sp 2-Хибридизация.При смесване на едно 2s-и две 2р-АО на възбуден въглероден атом, три еквивалента sp 2-хибридни орбитали и остава нехибридизиран 2p-AO. Въглероден атом в състояние sp 2-хибридизацията има електронна конфигурация 1s 2 2 (sp 2) 3 2p 1 (виж фиг. 2.1, г). Това състояние на хибридизация на въглероден атом е характерно за ненаситените въглеводороди (алкени), както и за някои функционални групи, например карбонил и карбоксил.

sp 2 -Хибридните орбитали са разположени в една и съща равнина под ъгъл 120 перпендикулярна равнина(виж фиг. 2.2, б). Въглероден атом в състояние sp 2-хибридизация има триъгълна конфигурация.Въглеродните атоми, свързани с двойна връзка, са в равнината на чертежа и техните единични връзки, насочени към и от наблюдателя, са обозначени, както е описано по -горе (виж фиг. 2.3, б).

sp-хибридизация.Когато се смесят една 2s и една 2р орбитали на възбуден въглероден атом, се образуват две еквивалентни sp-хибридни АО, докато две р-АО остават нехибридизирани. Sp-хибридизираният въглероден атом има електронна конфигурация

Ориз. 2.3.Стереохимични формули на метан (а), етан (б) и ацетилен (в)

1s 2 2 (sp 2) 2 2p 2 (виж фиг. 2.1, д). Това състояние на хибридизация на въглероден атом се среща в съединения с тройна връзка, например в алкини, нитрили.

sp-хибридни орбитали са разположени под ъгъл 180 °, а две нехибридизирани АО са разположени във взаимно перпендикулярни равнини (виж фиг. 2.2, в). Въглеродният атом в състояние на sp-хибридизация има линейна конфигурация,например, в молекула на ацетилен, четирите атома са на една и съща права линия (виж фиг. 2.3, v).

Атомите на други органогенни елементи също могат да бъдат в хибридизирано състояние.

2.2. Химически връзки на въглероден атом

Химически връзки в органични съединенияпредставени главно чрез ковалентни връзки.

Ковалентната е химическа връзка, образувана в резултат на споделянето на електрони на свързаните атоми.

Тези споделени електрони заемат молекулярни орбитали (МО). По правило МО е многоцентрова орбитала и запълващите я електрони са делокализирани (разпръснати). По този начин MO, подобно на AO, може да бъде вакантно, изпълнено с един електрон или два електрона с противоположни завъртания *.

2.2.1. σ- иπ -Комуникация

Има два вида ковалентни връзки: σ (сигма) и π (пи) връзки.

Σ-връзката е ковалентна връзка, образувана, когато АО се припокрива по права линия (ос), свързваща ядрата на два свързани атома с максимум на припокриване по тази права линия.

Σ-връзката възниква, когато всяко АО, включително хибридни, се припокриват. Фигура 2.4 показва образуването на σ-връзка между въглеродните атоми в резултат на аксиално припокриване на техните хибридни sp 3 -AO и σ-връзки C-H отприпокриващи се хибридни sp 3 -AO на въглерод и s -AO на водород.

* За повече подробности вижте: Попков В.А., Пузаков С.А.Обща химия. - М.: GEOTAR-Media, 2007.- Глава 1.

Ориз. 2.4.Образуване на σ-връзки в етан чрез аксиално припокриване на АО (малки фракции от хибридни орбитали са пропуснати, показани в цвят sp 3 -AOвъглерод, черен - водород s -AO)

В допълнение към аксиалното припокриване е възможен друг тип припокриване-странично припокриване на р-АО, което води до образуване на π-връзка (фиг. 2.5).

р-атомни орбитали

Ориз. 2.5.Образуване на π-връзка в етилен чрез странично припокриване r-AO

Π-връзката е връзка, образувана от странично припокриване на нехибридизирани р-АО с максимално припокриване от двете страни на правата линия, свързваща атомните ядра.

Множествените връзки, открити в органичните съединения, са комбинация от σ- и π-връзки: двойна- една σ- и една π-, тройна- една σ- и две π-връзки.

Свойствата на ковалентната връзка се изразяват чрез характеристики като енергия, дължина, полярност и поляризуемост.

Комуникационна енергияе енергията, отделена по време на образуването на връзка или необходима за разделяне на два свързани атома. Той служи като мярка за силата на връзката: колкото по -висока е енергията, толкова по -силна е връзката (Таблица 2.1).

Дължина на връзкатае разстоянието между центровете на свързани атоми. Двойната връзка е по -къса от единичната връзка, а тройната връзка е по -къса от двойната (виж таблица 2.1). Връзките между въглеродните атоми в различни състояния на хибридизация имат общ модел -

Таблица 2.1.Основни характеристики на ковалентните връзки

с увеличаване на фракцията на s-орбиталата в хибридната орбитала дължината на връзката намалява. Например, в серията съединения, пропан СН 3 CH 2 CH 3, пропен CH 3 CH = CH 2, пропин CH 3 C = CH дължина на връзката CH 3 -C съответно е равно на 0,154; 0,150 и 0,146 nm.

Полярност на комуникацията поради неравномерното разпределение (поляризация) на електронната плътност. Полярността на молекулата се определя количествено от величината на нейния диполен момент. От диполните моменти на молекулата може да се изчислят диполните моменти на отделните връзки (виж таблица 2.1). Колкото по -голям е диполният момент, толкова по -полярна е връзката. Причината за полярността на връзката е разликата в електроотрицателността на свързаните атоми.

Електроотрицателност характеризира способността на атом в молекулата да задържа валентни електрони. С увеличаване на електроотрицателността на атом, степента на изместване към него на свързаните електрони се увеличава.

Въз основа на стойностите на енергиите на връзката, американският химик Л. Полинг (1901-1994) предлага количествена характеристика на относителната електроотрицателност на атомите (скалата на Полинг). В тази скала (ред) типичните органогенни елементи са подредени според относителната електроотрицателност (за сравнение са показани два метала), както следва:

Електроотрицателността не е абсолютна константа на даден елемент. Това зависи от ефективния ядрен заряд, вида на АО хибридизацията и ефекта на заместителите. Например, електроотрицателността на въглероден атом в състояние на sp 2 -или sp -хибридизация е по -висока, отколкото в състояние на sp 3 -хибридизация, което е свързано с увеличаване на фракцията на s -орбиталата в хибридната орбитала . Когато атомите преминават от sp 3 - към sp 2 - и след това към sp-хибридизираното състояние постепенно намалява дължината на хибридната орбитала (особено в посоката, осигуряваща най-голямо припокриване по време на образуването на σ-връзката), което означава, че в същата последователност максимумът на електронната плътност се намира все по-близо до ядро на съответния атом.

В случай на неполярна или практически неполярна ковалентна връзка, разликата в електроотрицателността на свързаните атоми е нула или близка до нула. С увеличаване на разликата в електроотрицателността, полярността на връзката се увеличава. С разлика до 0,4 се говори за слабо полярна връзка, повече от 0,5 - силно полярна ковалентна връзка и повече от 2,0 - йонна връзка. Полярните ковалентни връзки са склонни към хетеролитично разцепване

(вж. 3.1.1).

Поляризация на комуникацията се изразява в изместването на свързаните електрони под въздействието на външно електрическо поле, включително друга реагираща частица. Поляризацията се определя от подвижността на електроните. Колкото по -мобилни са електроните, толкова по -далеч са от ядрата на атомите. По отношение на поляризацията, π-връзката значително надвишава σ-връзката, тъй като максимумът на електронната плътност на π-връзката се намира по-далеч от свързаните ядра. Поляризацията до голяма степен определя реактивността на молекулите по отношение на полярните реактиви.

2.2.2. Донорно-акцепторски облигации

Припокриването на две едноелектронни АО не е така единствения начинобразуване на ковалентна връзка. Ковалентна връзка може да се образува, когато двуелектронната орбитала на един атом (донор) взаимодейства с вакантната орбитала на друг атом (акцептор). Донорите са съединения, съдържащи или орбитали с самотна двойка електрони или π-MO. Носители на самотни двойки електрони (n-електрони, от англ. необвързващ)са атомите на азот, кислород, халогени.

Самотните двойки електрони играят важна роля в проявлението на химичните свойства на съединенията. По-специално, те са отговорни за способността на съединенията да влизат в донорно-акцепторни взаимодействия.

Ковалентна връзка, образувана от двойка електрони на един от партньорите на връзката, се нарича донор-акцептор.

Образуваната донорно-акцепторна връзка се различава само по начина на образуване; свойствата му са същите с други ковалентни връзки. В този случай донорният атом придобива положителен заряд.

Донорно-акцепторните връзки са характерни за сложните съединения.

2.2.3. Водородни връзки

Водородният атом, свързан със силно електроотрицателен елемент (азот, кислород, флуор и др.), Е в състояние да взаимодейства с самотната двойка електрони на друг достатъчно електроотрицателен атом от същата или друга молекула. В резултат на това възниква водородна връзка, която е един вид донор

акцепторна облигация. Графично водородната връзка обикновено се представя с три точки.

Енергията на водородната връзка е ниска (10-40 kJ / mol) и се определя главно от електростатично взаимодействие.

Междумолекулни водородни връзкиопределят асоциацията на органични съединения, като алкохоли.

Водородните връзки влияят върху физичните (точки на кипене и топене, вискозитет, спектрални характеристики) и химичните (киселинно-алкални) свойства на съединенията. И така, точката на кипене на етанол С 2 H 5 OH (78,3 ° C) е значително по-висок от този на диметилов етер CH 3 OCH 3 (-24 ° C), който има същото молекулно тегло, което не е свързано поради водородни връзки.

Водородните връзки също могат да бъдат вътремолекулни. Такава връзка в аниона на салициловата киселина води до повишаване на киселинността му.

Водородните връзки играят важна роля при формирането на пространствената структура на съединения с високо молекулно тегло - протеини, полизахариди, нуклеинови киселини.

2.3. Свързани системи

Ковалентната връзка може да бъде локализирана и делокализирана. Локализирана се нарича връзка, чиито електрони всъщност са разделени между двете ядра на свързаните атоми. Ако свързаните електрони се споделят от повече от две ядра, тогава се говори за делокализирана връзка.

Делокализираната връзка е ковалентна връзка, чиято молекулна орбитала обхваща повече от два атома.

Делокализираните облигации в повечето случаи са π-облигации. Те са типични за свързаните системи. В тези системи се реализира особен вид взаимно влияние на атомите - конюгиране.

Спрягане (мезомеризъм, от гръцки. мезос- среда) е подравняването на връзките и зарядите в реална молекула (частица) в сравнение с идеална, но не съществуваща структура.

Делокализираните р-орбитали, участващи в конюгацията, могат да принадлежат или на две или повече π-връзки, или на π-връзка и един атом с р-орбитала. В съответствие с това се прави разлика между π, π-спрежение и ρ, π-спрежение. Конюгационната система може да бъде отворена или затворена и да съдържа не само въглеродни атоми, но и хетероатоми.

2.3.1. Системи с отворен цикъл

π,π -Сдвояване.Най-простият представител на π, π-конюгирани системи с въглеродна верига е бутадиен-1,3 (фиг. 2.6, а). Атомите на въглерод и водород и следователно всички σ-връзки в молекулата му лежат в една и съща равнина, образувайки плосък σ-скелет. Въглеродните атоми са в sp 2 -хибридизиращо състояние. Нехибридизираните р-АО на всеки въглероден атом са разположени перпендикулярно на равнината на σ-скелета и успоредни един на друг, което е необходимо условие за тяхното припокриване. Припокриването се случва не само между р-АО на атомите С-1 и С-2, С-3 и С-4, но и между р-АО на атомите С-2 и С-3, което води до единичен π -система, тоест има делокализирана ковалентна връзка (виж фиг. 2.6, б).

Ориз. 2.6.Атомно-орбитален модел на молекулата 1,3-бутадиен

Това се отразява в промяната в дължините на връзките в молекулата. Дължината на връзката С-1-С-2, както и С-3-С-4 в 1,3-бутадиен, е леко увеличена, а разстоянието между С-2 и С-3 е съкратено в сравнение с конвенционални двойни и единични връзки. С други думи, процесът на делокализация на електрони води до изравняване на дължините на връзките.

Въглеводороди с Голям бройконюгираните двойни връзки са често срещани в растителното царство. Те включват например каротини, които определят цвета на морковите, доматите и т.н.

Отворена интерфейсна система може също да включва хетероатоми. Пример за отворен π, π-конюгирани системи с хетероатом във веригатаα, β-ненаситени карбонилни съединения могат да служат. Например, алдехидната група в акролеин СН 2 = CH -CH = O е член на веригата на конюгиране на три sp2 -хибридизирани въглеродни атома и кислороден атом. Всеки от тези атоми допринася по един p-електрон в единната π-система.

pn-Спряжение.Този тип конюгация най -често се проявява в съединения, съдържащи структурния фрагмент -СН = СН -Х, където X е хетероатом, имащ самотна двойка електрони (предимно О или N). Те включват например винилови етери, в молекулите на които двойната връзка е конюгирана R-орбитал на кислородния атом. Делокализирана трицентрова връзка се образува чрез припокриване на два р-АО sp 2-хибридизирани въглеродни атома и един R-AO хетероатом с двойка n-електрони.

Образуването на подобна делокализирана трицентрова връзка се случва в карбоксилната група. Тук π-електроните на връзката C = O и n-електроните на кислородния атом на групата OH участват в конюгиране. Конюгираните системи с напълно подравнени връзки и заряди включват отрицателно заредени частици, например ацетатния йон.

Посоката на изместване на електронната плътност се обозначава с извита стрелка.

Има и други графични начини за показване на резултатите от сдвояване. И така, структурата на ацетатния йон (I) приема, че зарядът е равномерно разпределен върху двата кислородни атома (както е показано на фиг. 2.7, което е вярно).

Структури (II) и (III) се използват в резонансна теория.Според тази теория истинска молекулаили частица се описва чрез набор от определени така наречени резонансни структури, които се различават една от друга само по разпределението на електроните. В конюгираните системи основният принос към резонансния хибрид имат структурите с различно разпределение на π-електронната плътност (двустранната стрелка, свързваща тези структури, е специален символ на теорията на резонанса).

Гранични (гранични) структури всъщност не съществуват. Те обаче в една или друга степен „допринасят“ за реалното разпределение на електронната плътност в молекула (частица), която е представена под формата на резонансен хибрид, получен чрез суперпозиция (суперпозиция) на ограничаващи структури.

В ρ, π-конюгирани системи с въглеродна верига, конюгирането може да се извърши в присъствието на въглероден атом с нехибридизирана р-орбитала до π-връзката. Такива системи могат да бъдат междинни частици - карбаниони, карбокатиони, свободни радикали, например с алилова структура. Алилните фрагменти на свободни радикали играят важна роля в липидната пероксидация.

В алиловия анион СН2 = СН-СН2 sp 2 -хибридизиран въглероден атом С -3 доставя общия конюгиран

Ориз. 2.7.Карта на електронната плътност на групата COONa в пеницилин

система два електрона, в алиловия радикал СН 2 = CH-CH 2+ - един, а в алилния карбокатион СН 2 = CH-CH 2+ не доставя никакви. В резултат на това, когато р-АО на три sp2-хибридизирани въглеродни атома се припокрива, се образува делокализирана трицентрова връзка, съдържаща четири (в карбаниона), три (в свободния радикал) и две (в карбокатиона) ) електрони, съответно.

Формално атомът С-3 в алилния катион носи положителен заряд, в алиловия радикал носи недвоен електрон, а в алиловия анион носи отрицателен заряд. Всъщност в такива спрегнати системи има делокализация (разпръскване) на електронната плътност, което води до подравняване на връзките и зарядите. Атомите C-1 и C-3 в тези системи са еквивалентни. Например, в алилов катион, всеки от тях носи положителен заряд+1/2 и е свързан чрез "една и половина" връзка с атома С-2.

По този начин, конюгирането води до значителна разлика в разпределението на електронната плътност в реални структури в сравнение със структурите, описани с конвенционални структурни формули.

2.3.2. Системи със затворен контур

Цикличните конюгирани системи представляват голям интерес като група съединения с повишена термодинамична стабилност в сравнение с конюгираните отворени системи. Тези съединения имат и други специални свойства, чиято съвкупност е обединена от общата концепция аромат.Те включват способността на такива формално ненаситени съединения

влизат в реакции на заместване, а не на добавяне, устойчивост на окислители и температура.

Арените и техните производни са типични представители на ароматните системи. Характеристиките на електронната структура на ароматните въглеводороди ясно се проявяват в атомно-орбиталния модел на молекулата бензен. Бензолната рамка се формира от шест sp2 -хибридизирани въглеродни атоми. Всички σ-връзки (C-C и C-H) лежат в една и съща равнина. Шест нехибридизирани р-АО са разположени перпендикулярно на равнината на молекулата и успоредни една на друга (фиг. 2.8, а). Всеки R-AO може еднакво да се припокрива с две съседни R-АО. В резултат на това припокриване възниква единична делокализирана π-система, най-високата електронна плътност в която се намира над и под равнината на σ-скелета и обхваща всички въглеродни атоми от цикъла (виж фиг. 2.8, б). π-Електронната плътност е равномерно разпределена в цикличната система, която е обозначена с кръг или пунктирана линия вътре в цикъла (виж фиг. 2.8, в). Всички връзки между въглеродните атоми в бензеновия пръстен имат еднаква дължина(0,139 nm), междинно между дължините на единични и двойни връзки.

Въз основа на квантово-механични изчисления е установено, че за образуването на такива стабилни молекули, една равнинна циклична система трябва да съдържа (4n + 2) π-електрони, където н= 1, 2, 3 и т.н. (правилото на Хюкел, 1931). Като се вземат предвид тези данни, понятието „ароматност“ може да бъде уточнено.

Съединението е ароматно, ако има плосък цикъл и конюгатπ -електронна система, обхващаща всички атоми от цикъла и съдържаща(4п+ 2) π -електрони.

Правилото на Хюкел се прилага за всички равнинни кондензирани системи, в които няма атоми, които са общи за повече от

Ориз. 2.8.Атомно-орбитален модел на бензенова молекула (водородни атоми са пропуснати; обяснение в текст)

два цикъла. Съединения с кондензирани ядра на бензол, като нафталин и други, отговарят на критериите за ароматност.

Стабилност на свързаните системи. Образуването на конюгирана и особено ароматна система е енергийно благоприятен процес, тъй като това увеличава степента на припокриване на орбитали и настъпва делокализация (разпръскване). R-електрони. В тази връзка конюгираните и ароматните системи имат повишена термодинамична стабилност. Те съдържат по-малък запас от вътрешна енергия и в основно състояние заемат по-ниско енергийно ниво в сравнение с несвързаните системи. Разликата между тези нива може да се използва за количествено определяне на термодинамичната стабилност на конюгираното съединение, т.е. енергия на конюгация(енергия за делокализация). За 1,3-бутадиен той е малък и възлиза на около 15 kJ / mol. С увеличаване на дължината на конюгираната верига енергията на конюгацията и съответно термодинамичната стабилност на съединенията се увеличават. Енергията на конюгация за бензен е много по -висока и възлиза на 150 kJ / mol.

2.4. Електронни ефекти на заместители 2.4.1. Индуктивен ефект

Полярна σ-връзка в молекула предизвиква поляризация на най-близките σ-връзки и води до появата на частични заряди върху съседните атоми *.

Заместителите предизвикват поляризация не само на собствените си, но и на съседните σ-връзки. Този вид прехвърляне на влиянието на атомите се нарича индуктивен ефект (/ -ефект).

Индуктивен ефект - прехвърляне на електронното влияние на заместителите в резултат на изместването на електрони на σ -връзки.

Поради слабата поляризуемост на σ-връзката, индуктивният ефект се намалява чрез три до четири връзки във веригата. Неговият ефект е най -силно изразен по отношение на въглеродния атом, съседен на този със заместителя. Посоката на индуктивния ефект на заместителя се оценява качествено чрез сравняване с водороден атом, чийто индуктивен ефект се приема като нула. Графично резултатът от / -ефекта е изобразен със стрелка, съвпадаща с позицията на валентното тире и насочена от върха към по -електроотрицателния атом.

/v \проявява по -силен от водороден атомотрицателениндуктивен ефект ( - / - ефект).

Такива заместители обикновено понижават електронната плътност на системата; те се наричат електронен акцептор.Повечето функционални групи принадлежат към тях: OH, NH 2, COOH, NO 2 и катионни групи като -NH 3+.

Заместител, който измества електронната плътност в сравнение с водородния атомσ -връзка към въглеродния атом на веригата, експонатиположителениндуктивен ефект (+/- ефект).

Такива заместители увеличават електронната плътност във веригата (или пръстена) и се наричат донор на електрони.Те включват алкилови групи, разположени при sp 2 -хибридизиран въглероден атом и анионни центрове в заредени частици, например -O-.

2.4.2. Мезомерен ефект

В конюгираните системи основната роля в трансфера на електронно влияние играят π-електроните на делокализирани ковалентни връзки. Ефектът, проявен в изместването на електронната плътност на делокализираната (конюгирана) π-система, се нарича мезомерен (М-ефект) или ефект на конюгация.

Мезомерният ефект е прехвърлянето на електронното влияние на заместителите по конюгираната система.

В този случай самият заместник е член на свързаната система. Тя може да въведе в конюгационната система или π-връзка (карбонилни, карбоксилни групи и т.н.), или несподелена двойка електрони от хетероатом (амино и хидрокси групи), или свободен р-АО, изпълнен с един електрон.

Заместник, който увеличава електронната плътност в конюгирана система, показваположителенмезомерен ефект (+ М- ефект).

М-ефектът се притежава от заместители, съдържащи атоми с самотна двойка електрони (например, амино група в анилинова молекула) или интегрален отрицателен заряд. Тези заместители са способни на

до прехвърляне на двойка електрони в обща конюгирана система, т.е. донор на електрони.

Заместителят, който намалява електронната плътност в конюгираната система, проявяваотрицателенмезомерен ефект (-М-ефект).

М-ефектът в конюгирана система се притежава от кислородни или азотни атоми, двойно свързани с въглероден атом, както е показано на примера на акрилова киселина и бензалдехид. Такива групировки са електронен акцептор.

Изместването на електронната плътност се обозначава с извита стрелка, чието начало показва кои p- или π-електрони са изместени, а краят на която е връзката или атомът, към който са изместени. Мезомерният ефект, за разлика от индуктивния ефект, се предава по система от конюгирани връзки на много по -голямо разстояние.

При оценката на ефекта на заместителите върху разпределението на електронната плътност в молекулата е необходимо да се вземе предвид получения ефект от индуктивните и мезомерните ефекти (Таблица 2.2).

Таблица 2.2.Електронни ефекти на някои заместители

Електронните ефекти на заместителите позволяват да се даде качествена оценка на разпределението на електронната плътност в нереагираща молекула и да се предвидят нейните свойства.

Този урок ще ви помогне да разберете темата "Ковалентна връзка в органични съединения". Ще запомните естеството на химическите връзки. Научете как се образува ковалентна връзка, каква е основата на тази връзка. Този урок също изследва принципа на изграждане на формулите на Луис, говори за характеристиките на ковалентната връзка (полярност, дължина и сила), обяснява теорията на А. Бутлеров, разказва за това какво е индуктивен ефект.

Тема: Въведение в органичната химия

Урок: Ковалентна връзка в органични съединения.

Свойства на връзката (полярност, дължина, енергия, насоченост)

Химическата връзка има предимно електростатичен характер. Например, молекула водород се образува от два атома, тъй като е енергийно благоприятно два електрона да бъдат в полето на привличане на две ядра (протони). Това състояние под формата на молекула Н2 има по -малко енергия в сравнение с два отделни водородни атома.

Мнозинство органична материясъдържат.

За образование ковалентна връзкамежду два атома, всеки атом обикновено осигурява в обща употреба на един електрон.

Опростеният модел използва двуелектронно приближение, т.е. всички молекули са изградени въз основа на сумирането на две електронни връзки, характерни за молекулата на водорода.

От гледна точка на закона за взаимодействие на електрическите заряди (законът на Кулон), електроните не могат да се доближат един до друг поради огромните сили на електростатично отблъскване. Но според законите квантова механика, електроните с противоположно насочени завъртания взаимодействат помежду си и образуват електронна двойка.

Ако ковалентната връзка се обозначи като двойка електрони, получаваме друга форма на запис на формулата на веществото - електронна формула или Формула на Люис

(Amer. J. Lewis, 1916). Ориз. 1.

Ориз. 1. Формули на Люис

Органичните молекули съдържат не само единични връзки, но и двойни и тройни връзки. Във формулите на Луис те се означават съответно с две или три двойки електрони. Ориз. 2

Ориз. 2. Определяне на двойни и тройни връзки

Ориз. 3. Ковалентен не полярната връзка

Важна характеристика на ковалентната връзка е нейната полярност... Връзка между идентични атоми, например в молекула на водород или между въглеродни атоми в молекула на етан неполярен - в него електроните еднакво принадлежат и на двата атома. Виж фиг. 3.

Ориз. 4. Ковалентна полярна връзка

Ако ковалентната връзка се образува от различни атоми, тогава електроните в нея се изместват към по -електроотрицателен атом. Например, в молекула хлороводород електроните се изместват към хлорния атом. На атомите се появяват малки частични заряди, които означават d + и d-. Ориз. 4.

Колкото по -голяма е разликата между електроотрицателността на атомите, толкова по -полярна е връзката.

Взаимно влияниеатомите в молекулата води до факта, че може да възникне изместване на свързващите електрони, дори ако те са между едни и същи атоми.

Например, в 1,1,1-трифлуороетан CH 3 CF 3 електроотрицателни флуорни атоми "издърпват" електронната плътност от въглеродния атом. Това често се обозначава със стрелка вместо с валентно тире.

В резултат на това въглеродният атом, свързан с флуорните атоми, има липса на електронна плътност и привлича валентните електрони към себе си. Такова изместване на електронната плътност по веригата на връзките се наричаиндуктивен ефект на заместители... Ориз. 5.

Ориз. 5. Изместване на електронната плътност в 1,1,1-трифлуороетан

Дължина и здравина на вратовръзката

Дължината и здравината са важни характеристики на ковалентната връзка. Дължината на повечето ковалентни връзки е от 1 * 10 -10 m до 2 * 10 -10 m или от 1 до 2 в ангстреми (1 A = 1 * 10 -10 m).

Силата на връзката е енергията, която трябва да се изразходва, за да се прекъсне тази връзка. Обикновено стойностите на скъсване са 1 mol или 6.023 * 10 23 връзки. Вижте таблицата. 1.

Едно време се смяташе, че молекулите могат да бъдат представени чрез структурни формули, лежащи в равнината на хартията, и тези формули отразяват, почти отразяват истинската структура на молекулата. Но около средата на 19 век се оказа, че това не е така. За първи път стигнах до такова заключение, както казах в предишните уроци, още като ученик на Van't Hoff. И той го направи въз основа на експериментите на изключителния френски биолог и химик Пастьор.

Факт е, че Пастьор изучава солите на винената киселина. И той, може да се каже, имаше късмет. Кристализирайки смесената сол на винена киселина, под микроскоп, той откри, че като цяло получава набор от абсолютно същите, много хубави кристали. Но тези кристали могат лесно да бъдат разделени на две групи, които по никакъв начин не са съвместими помежду си, а именно: всички кристали са разделени на две части, едната от които е огледален образ на другата.

Така за първи път е открито оптичното или огледалото. Пастьор успя да раздели ръчно тези кристали с пинсета под микроскоп и откри, че всички Химични свойствапочти съвпадат. Само едно нещо не съвпада, по -скоро физическо имущество, а именно: разтвори на един вид кристали и огледало на друг вид кристали по различни начини завъртат равнината на поляризация на светлината, преминаваща през тях.

Ориз. 6. Модели на молекули на метан

За да обясни резултатите от експериментите на Пастьор, Вант Хоф предположи, че въглеродният атом винаги е в непланарна среда и тази непланарна среда няма нито център, нито равнина на симетрия. Тогава въглеродният атом, свързан с 4 други различни фрагмента от молекулата, които не са идентични един с друг, трябва да има огледална симетрия. Тогава Вант Хоф предложи тетраедричната структура на въглеродния атом. Оптичната изомерия следва от това предположение. В резултат на това беше възможно да се обясни пространствената структура на органичните съединения. Ориз. 6.

Но учените са изправени пред друга загадка, която не е разрешена досега. Факт е, че в природата органичните съединения, които действително се образуват в органичната жива материя, като правило съдържат левозавъртане, което означава равнината на поляризация на предаваната светлина, аминокиселини и декстроротационни захари. Докато при всеки органичен синтез, смес от такива изомери задължително се получава.

Причината за такава избирателност на живата природа все още не е ясна. Но това не пречи на учените да продължат да синтезират всички нови органични съединения и да изучават техните свойства.

Формулите, начертани в равнината, не отразяват пространственото подреждане на атомите един спрямо друг. Въпреки това, тетраедричната структура на въглеродния атом в молекули с единични връзки води до съществуването на оптична изомерия

Обобщение на урока

Получихте представа за темата "Ковалентна връзка в органични съединения". Спомнихте си естеството на химическите връзки. Научихме как се образува ковалентна връзка, каква е основата на тази връзка. Разгледан принципът на конструиране на формули на Люис. Научихме за характеристиките на ковалентната връзка (полярност, дължина и здравина), какъв е индуктивният ефект.

Библиография

1. Рудзитис Г.Е. Химия. Основите обща химия... 10 клас: учебник за образователни институции: основно ниво на/ Г.Е.Рудзитис, Ф.Г. Фелдман. - 14 -то издание. - М.: Образование, 2012.

2. Химия. 10 клас. Ниво на профил: учебник. за общо образование. институции / В.В. Еремин, Н.Е. Кузменко, В.В. Лунин и др.- М.: Дрофа, 2008.- 463 с.

3. Химия. 11 клас. Профилно ниво: учебник. за общо образование. институции / В.В. Еремин, Н.Е. Кузменко, В.В. Лунин и др.- М.: Копел, 2010.- 462 стр.

4. Хомченко Г.П., Хомченко И.Г. Сборник задачи по химия за тези, които постъпват в университети. - 4 -то изд. - М.: АПИ " Нова вълна": Издател Умеренков, 2012. - 278 с.

Домашна работа

1. Nos. 12, 15 (стр. 11) Rudzitis G.Ye., Feldman F.G. Химия: Органична химия... 10 клас: учебник за образователни институции: основно ниво / Г.Е.Рудзитис, Ф.Г. Фелдман. - 14 -то издание. - М.: Образование, 2012.

2. Съставете структурните и електронни формули на етан С 2 Н 6, етен С 2 Н 4, пропин С 3 Н 8.

3. Дайте примери от неорганична химия, показващи, че атомите в молекулата се влияят взаимно и техните свойства се променят.

Реактивността на органичните съединения се дължи на вида на химичните връзки и взаимното влияние на атомите в молекулата. Тези фактори от своя страна се определят от взаимодействието на атомните орбитали (АО).

Частта от пространството, в която вероятността да се намери електрон е максимална, се нарича атомна орбитала.

В органичната химия широко се използва концепцията за хибридни орбитали на въглеродния атом и други елементи. Концепцията за орбитална хибридизация е необходима в случаите, когато броят на несдвоените електрони в основното състояние на атома е по -малък от броя на образуваните от него връзки. Предполага се, че различни атомни орбитали с близки енергии взаимодействат помежду си, за да образуват хибридни орбитали с еднаква енергия. Хибридните орбитали, поради голямото си припокриване, осигуряват по-силна връзка от нехибридизираните орбитали. В зависимост от броя на хибридизираните орбитали, въглеродният атом може да бъде в три вида хибридизация:

1. Първо валентно състояние, sp3 хибридизация (тетраедричен)

В резултат на линейна комбинация (смесване) на четири АО на възбуден въглероден атом (един 2s и три 2p) се появяват четири еквивалентни sp 3 -хибридни орбитали, насочени в пространството към върховете на тетраедъра под ъгли 109,5 °. По форма хибридната орбитала е триизмерна фигура, едната от които е много по-голяма от другата.

2. Второ валентно състояние, sp2 - хибридизация (триъгълна)

Възниква в резултат на изместването на една 2s и две 2p атомни орбитали. Получените три sp2 - хибридни орбитали са разположени в една и съща равнина под ъгъл 120 един към друг, и нехибридизиран р - АО - в равнината, перпендикулярна на него. В състояние на sp 2 - хибридизация, въглеродният атом е в молекулите на алкени, карбонилни и карбоксилни групи

3. Трето валентно състояние, sp - хибридизация

Възниква в резултат на смесването на едно 2s и едно 2p AO. Получените две sp хибридни орбитали са разположени линейно, а две р орбитали са разположени в две взаимно перпендикулярни равнини. Въглеродният атом в sp хибридно състояние е в молекулите на алкини и нитрили

Има три вида връзки, които свързват отделни атоми от елементи в съединение - електростатични, ковалентни и метални.

Електростатиката е предимно йонна връзка, която възниква, когато един атом прехвърля електрон или електрони на друг, и получените йони се привличат един към друг.

Органичните съединения се характеризират главно с ковалентни връзки. Ковалентната връзка е химическа връзка, образувана от споделянето на електрони на свързаните атоми.

За квантово-механичното описание на ковалентната връзка се използват два основни подхода: методът на валентните връзки (ВС) и методът молекулярни орбитали(MO). химична ковалентна молекула

Методът VS се основава на концепцията за сдвояване на електрони, която възниква, когато атомните орбитали се припокриват. Обобщена двойка електрони с противоположни завъртания образува област с повишена електронна плътност между ядрата на два атома, привличайки и двете ядра. Възниква двуелектронна ковалентна връзка. Според метода VS, атомните орбитали запазват своята индивидуалност. Следователно и двата сдвоени електрона остават в атомните орбитали на свързаните атоми, тоест те са локализирани между ядрата.

В началния етап на развитие електронна теория(Люис) представи идеята за ковалентна връзка като обобщена двойка електрони. За да се обяснят свойствата на различните атоми да образуват определен брой ковалентни връзки, беше формулирано октетното правило. Според него, когато молекулите се образуват от атоми от 2 -ри период периодична система DI. Менделеев, външната обвивка е изпълнена с образуването на стабилна 8-електронна система (обвивка от инертен газ). Четирите електронни двойки могат да образуват ковалентни връзки или да бъдат открити като самотни електронни двойки.

При преминаване към елементите на третия и следващите периоди правилото на октета губи своята сила, тъй като се появяват d-орбитали, които са достатъчно ниско енергийни. Следователно, атомите на по -високи периоди могат да образуват повече от четири ковалентни връзки. Предположенията на Люис относно химическа връзкакато социализирана двойка електрони имаше чисто качествен характер.

Според МО метода, свързващите електрони не са локализирани върху АО на определени атоми, а са разположени върху МО, които са линейна комбинация от атомни орбитали (LCAO) на всички атоми, които съставляват молекулата. Броят на формираните MO е равен на броя на припокриващите се AO. Молекулярната орбитала обикновено е многоцентрова орбитала и запълващите я електрони са делокализирани. МО е изпълнен с електрони в съответствие с принципа на Паули. МО, получен чрез добавяне на вълновите функции на атомните орбитали и с по -ниска енергия от АО, които го образуват, се нарича свързване. Наличието на електрони в тази орбитала намалява общата енергия на молекулата и позволява на атомите да се свържат. МО с висока енергия, получена чрез изваждане на вълновите функции, се нарича антисвързване (антисвързване). За разхлабваща орбитала вероятността да се намерят електрони между ядрата е нула. Тази орбита е празна.

В допълнение към свързването и разхлабването, има и необвързващи MO, обозначени като n-MO. Те се образуват с участието на АО, носещи двойка електрони, които не участват в образуването на връзка. Такива електрони се наричат ​​още свободни самотни двойки или n-електрони (те се намират върху азот, кислород, халогени).

Ковалентните връзки са два вида: y- (сигма) и р- (пи) връзки.

У-връзката е връзка, образувана от аксиално припокриване на всякакви (s-, р- или хибридни sp-атомни орбитали) с местоположението на максимума на припокриване по права линия, свързваща ядрата на свързаните атоми.

Съгласно метода на МО, припокриването на y води до появата на две MO: свързващата y-MO и антисвързващата y * -MO.

p-Bond е връзка, образувана по време на странично (странично) припокриване на p-AO, с местоположението на максимума на електронната плътност от двете страни на правата линия, свързваща атомните ядра. Според МО метода в резултат на линейна комбинация от две р-АО се образуват свързващ р-МО и разхлабващ р * -МО.

Двойната връзка е комбинация от y-, p-връзки и тройна една y- и две p-връзки.

Основните характеристики на ковалентната връзка са енергия, дължина, полярност, поляризуемост, насоченост и насищане.

Енергията на връзката е количеството енергия, освободено по време на образуването на дадена връзка или необходимо за разделяне на два свързани атома. Колкото повече енергия, толкова по -здрава е връзката.

Дължината на връзката е разстоянието между центровете на свързаните атоми. Двойната връзка е по -къса от единичната, а тройната - по -къса от двойната.

Полярността на връзката се дължи на неравномерното разпределение (поляризация) на електронната плътност, причината за която е разликата в електроотрицателността на свързаните атоми. С увеличаване на разликата в електроотрицателността на свързаните атоми, полярността на връзката се увеличава. По този начин човек може да си представи прехода от неполярна ковалентна връзка през полярна към йонна връзка. Полярните ковалентни връзки са склонни към хетеролитично разцепване.

Поляризацията на връзката е мярка за изместването на свързаните електрони под въздействието на външно електрическо поле, включително друга реагираща частица. Поляризацията се определя от подвижността на електроните. Колкото по -подвижни са електроните, толкова по -далеч са от ядрата.

В органогените (въглерод, азот, кислород, сяра, халогени) участието на хибридни орбитали, които осигуряват по-ефективно припокриване, е енергийно по-благоприятно при образуването на y-връзка.

Припокриването на две едноелектронни АО не е единственият начин за образуване на ковалентна връзка. Ковалентна връзка може да се образува, когато запълнена двуелектронна орбитала (донор) взаимодейства с свободна орбитала (акцептор). Донорите са съединения, съдържащи или орбитали с самотна двойка електрони, или р - МО. Ковалентна връзка, образувана от електронна двойка от един атом, се нарича донорно-акцепторна или координационна връзка.

Един вид донорно-акцепторна връзка е полуполярна връзка. Например, в нитро групата, едновременно с образуването на ковалентна връзка, дължаща се на самотната двойка азотни електрони, на свързаните атоми се появяват противоположни заряди. Поради електростатичното привличане между тях възниква йонна връзка. Получената комбинация от ковалентни и йонни връзки се нарича полуполярна връзка. Донорно-акцепторната връзка е характерна за сложните съединения. В зависимост от вида на донора се разграничават n- или р-комплекси.

Водородният атом, свързан със силно електроотрицателен атом (N, O, F), е с дефицит на електрони и е в състояние да взаимодейства с самотната двойка електрони на друг силно електроотрицателен атом, разположен или в същата, или в различна молекула. Резултатът е водородна връзка. Графично водородната връзка е обозначена с три точки.

Енергията на водородната връзка е ниска (10-40 kJ / mol) и се определя главно от електростатично взаимодействие.

Междумолекулните водородни връзки причиняват асоциацията на органични съединения, което води до увеличаване на точката на кипене на алкохолите (t? Кипене C 2 H 5 OH = 78,3? C; t? Кипене CH 3 OCH 3 = -24? C), карбоксилни киселинии много други физични (t? pl, вискозитет) и химични (киселинно-алкални) свойства.

Вътремолекулярните водородни връзки също могат да възникнат, например, в салициловата киселина, което води до повишаване на нейната киселинност.

Молекулата на етилена е плоска, ъгълът между връзката H - C - H е 120 ° C. За да се прекъсне двойната връзка p - p - и да се направи възможност да се върти около останалата sp 2 - y -връзка, е необходимо да се изразходва значително количество енергия; следователно въртенето около двойната връзка е трудно и е възможно съществуването на цис-, транс-изомери.

Ковалентната връзка е неполярна само когато атомите са идентични или близки по електроотрицателност. Когато електроните са свързани, плътността на ковалентната връзка се измества към по -електроотрицателния атом. Тази връзка е поляризирана. Поляризацията не се ограничава само до една y-връзка, а се разпространява по веригата и води до появата на частични заряди върху атомите (y)

По този начин заместителят "X" предизвиква поляризация не само на неговата y-връзка с въглеродния атом, но и предава влиянието (упражнява ефект) върху съседните y-връзки. Този вид електронно влияние се нарича индуктивно и се обозначава с j.

Индуктивният ефект е прехвърлянето на електронното влияние на заместителя по веригата на y-връзката.

Посоката на индуктивния ефект на заместителя обикновено се оценява качествено в сравнение с водороден атом, чийто индуктивен ефект се приема като 0 ( C-H връзкасчита се за почти неполярен).

Заместителят X, който привлича електронната плътност на y -връзката, е по -силен от водородния атом, проявява отрицателен индуктивен ефект -I. Ако в сравнение с водородния атом заместителят Y увеличи електронната плътност във веригата, той проявява положителен индуктивен ефект, + I. Графично, индуктивният ефект е изобразен със стрелка, която съвпада с позицията на валентната линия и е насочена към по -електроотрицателния атом. + I ефект имат алкилови групи, метални атоми, аниони. Повечето заместители имат -I ефект. И колкото по -голямо, толкова по -висока е електроотрицателността на атома, образуващ ковалентна връзка с въглеродния атом. Ненаситените групи (всички без изключение) имат -I -ефект, чийто размер се увеличава с увеличаване на множество връзки.

Индуктивният ефект, поради слабата поляризуемост на y-връзката, се отслабва чрез три до четири y-връзки във веригата. Неговият ефект е най -силен върху първите два въглеродни атома, най -близки до заместителя.

Ако в молекулата има конюгирани двойни или тройни връзки, се получава ефект на конюгиране (или мезомерен ефект; М-ефект).

Ефектът на конюгацията е прехвърлянето на електронното влияние на заместител по системата p-връзка. Заместителите, които увеличават електронната плътност в конюгирана система, показват положителен ефект на конюгиране, + М-ефект. + М-ефектът притежават заместители, съдържащи атоми с самотна двойка електрони или цяло число отрицателен заряд. Заместителите, които изтеглят електронната плътност от конюгираната система, проявяват отрицателен (мезомерен) ефект на конюгация, М-ефект. Те включват ненаситени групи и положително заредени атоми. Преразпределението (изместването) на общия електронен облак под влиянието на М-ефекта е графично изобразено с извити стрелки, чието начало показва кои р- или р-електрони са изместени, а краят е връзката или атомът, към който те са изместени

Мезомерният ефект (ефект на конюгация) се предава чрез системата от конюгирани връзки на много по -големи разстояния.

Ковалентната връзка може да бъде поляризирана и делокализирана.

Локализирана ковалентна връзка - Електроните на връзката се споделят между двете ядра на свързаните атоми.

Делокализираната връзка е ковалентна връзка с молекулна орбитала, обхващаща повече от 2 атома. Това почти винаги са p - облигации.

Конюгацията (мезомерия, мезос - среда) е явлението подравняване на връзките и зарядите в реална молекула (частица) в сравнение с реална, но не съществуваща структура.

Теория на резонанса - истинска молекула или частица се описва чрез набор от определени, така наречени резонансни структури, които се различават една от друга само по разпределението на електронната плътност.

Изпратете вашата добра работа в базата знания е проста. Използвайте формата по -долу

Студенти, аспиранти, млади учени, които използват базата знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

публикувано на http://allbest.ru

1. Хибридизация на въглеродни атомни орбитали

Атомна орбиталае функция, която описва плътността на електронния облак във всяка точка в пространството около ядрото на атом. Електронен облак е област от пространството, в която може да се намери електрон с голяма вероятност.

За да се съгласува електронната структура на въглеродния атом и валентността на този елемент, се използват концепциите за възбуждане на въглеродния атом. В нормално (невъзбудено) състояние въглеродният атом има два неспарени 2 R 2 -електрон.

В възбудено състояние (когато се абсорбира енергия), един от 2 с 2 електрона могат да отидат безплатно R-орбитални. Тогава във въглеродния атом се появяват четири несдвоени електрона. На втория енергийно нивос изключение на 2 с-орбитали има три 2 R-орбитални. Тези 2 R-орбитали имат елипсоидална форма, подобна на гири, и са ориентирани в пространството под ъгъл от 90 ° един спрямо друг. 2 R-Орбиталите означават 2 R NS, 2R yи 2 R zспоред осите, по които са разположени тези орбитали.

Когато се образуват химически връзки, електронните орбитали придобиват същата форма.

Така че, в наситените въглеводороди един с-орбитални и три R-орбитали на въглероден атом с образуване на четири еднакви (хибридни) сR 3-орбитали:

То - сR 3-хибридизация.

Хибридизация- подравняване (смесване) на атомни орбитали ( си R) с образуването на нови атомни орбитали, т.нар хибридни орбитали.

ТЕТРАХЕДРОН (ъгли = 109 ° 28?

сR 2 -Хибридизация- смесване на един с- и две R-орбитали. В резултат на това три хибрида сR 2 -орбитали.

Тези сR 2 -орбитали са разположени в една и съща равнина (с осите NS, при) и насочени към върховете на триъгълника с ъгъл между орбитали 120 °.

Нехибридизиран R-орбитална перпендикулярна на равнината на трите хибрида сR 2 -орбитали (ориентирани по оста z).

Горна половина R-орбиталната е над равнината, долната половина е под равнината.

Тип сR 2-въглеродна хибридизация се среща в съединения с двойна връзка:

C = C, C = O, C = N.

Освен това само една от връзките между два атома (например С = С) може да бъде връзка. (Другите свързващи орбитали на атома са в противоположни посоки.)

Втората връзка се образува чрез припокриване на нехибридни R-орбитали от двете страни на линията, свързваща атомните ядра.

Ковалентна връзка, образувана от странично припокриване R-орбитали на съседни въглеродни атоми, наречени pi ( R) -Връзка .

сR-Хибридизация с- и едно R сR-орбитали. сR-Орбиталите са разположени на една линия (под ъгъл 180 °) и са насочени в противоположни посоки от ядрото на въглеродния атом. Две R при-връзки. На изображението сR-орбитали са показани по оста y, и нехибридизирани две R- орбитали - по осите NSи z.

Тройната връзка въглерод-въглерод C? C се състои от y-връзка, произтичаща от припокриване sp-хибридни орбитали и две р-връзки.

2. Реакции на електрофилно заместване на водородни атоми в бензоловата серия

1. Реакция на халогениране. Реакцията на халогениране на бензеновия пръстен се провежда в присъствието на катализатори (най -често железни или алуминиеви халогениди). Ролята на катализатора е да образува силно поляризиран комплекс с халоген: FORMULA. Хлорният атом най -отляво в комплекса става електронно ненаситен в резултат на поляризацията на връзката Cl - Cl и е в състояние да взаимодейства с нуклеофилни реагенти (в този случай бензол):

д - комплексът се отцепва от протон и се превръща в заместващ продукт (хлоробензен). Протонът взаимодейства с - с регенерацията на алуминиев хлорид, образувайки хлороводород:

В случай на излишък от халоген, могат да се получат ди- и полихалогенирани, до пълното заместване на всички водородни атоми в бензен.

Директното йодиране в ароматното ядро ​​не може да се извърши поради ниската реактивност на йода. Директното флуориране на ароматни въглеводороди протича толкова енергично, че се образува сложна смес от продукти, в която целевите флуорни производни се съдържат в малки количества. В зависимост от условията на реакцията на халогениране на алкилбензоли, халогенът може да замени водородните атоми в бензеновия пръстен (студен в присъствието на киселини на Луис) или в страничната верига (при нагряване или излагане на светлина). В последния случай реакцията протича по механизъм на свободни радикали, подобен на механизма на заместване в алкани.

2. Реакцията на нитриране. Бензолът реагира бавно с концентрирана азотна киселина. Скоростта на нитриране се увеличава значително, ако реакцията на нитриране се проведе със смес от концентрирана азотна и сярна киселина (обикновено в съотношение 1: 2); тази смес се нарича азотиране.

Процесът протича поради факта, че сярната киселина, като по -силна, протонира азотна киселина и получената протонирана частица се разлага във вода и активен електрофилен реагент - нитрониев катион (нитрониев катион).

Реакцията на нитриране на бензол е реакция на електрофилно заместване и има йонна природа. Първо, образуването на р-комплекс става в резултат на взаимодействието на електрони на бензеновия пръстен с положително заредена частица от нитрониевия катион.

След това настъпва преходът на р-комплекса към y-комплекса. В този случай два p-електрона от шест отиват към образуването на C-NO2 + ковалентна връзка. Останалите четири -електрона са разпределени между петте въглеродни атома на бензеновия пръстен. У-комплексът се образува под формата на нестабилен карбокатион.

Нестабилният y-комплекс под влияние на HSO4-йона губи протон с образуването на ароматната структура на нитробензен.

3. Реакция на сулфонация. За въвеждане на сулфо група в бензеновия пръстен, пушене сярна киселина, т.е. съдържащ излишък от серен анхидрид (SO3). Електрофилната частица е SO3. Механизъм за сулфонация ароматни съединениявключва следните етапи:

4. Реакцията на алкилиране според Friedel-Crafts.Ролята на катализатора (обикновено AlCl3) в този процес е да засили поляризацията на халоалкила, за да образува положително заредена частица, която претърпява реакция на електрофилно заместване: FORMULA

3. Антрацен: структура и основни химични свойства

Антрацен - съединение, чиято молекула се състои от три ароматни пръстена, лежащи в една и съща равнина. Получава се от антраценова фракция от въглищен катран, кипяща при 300 ... 350 ° C. В лабораторната практика може да се получи антрацен

а) според реакцията на Фридел-Крафтс:

б) чрез реакция на Фитиг:

В молекулата на антрацена най -активни са деветата и десетата позиция, които са под влиянието на двата крайни пръстена. Антраценът лесно влиза в реакции на добавяне съгласно тези разпоредби:

Антраценът лесно образува антрахинон под действието на окислители, който се използва широко за синтеза на багрила:

4. Конюгирани диени и методи за техния синтез

Диенови въглеводороди (диени) се наричат ​​ненаситени въглеводороди с две двойни връзки, с обща формула CnH2n-2.

Две двойни връзки в молекула въглеводород могат да бъдат разположени по различни начини. Ако те са концентрирани в един въглероден атом, те се наричат ​​кумулирани: -C = C = C- Ако две двойни връзки са разделени от една единствена връзка, те се наричат ​​конюгирани: -C = C - C = C- Ако двойните връзки са разделени от две или повече прости връзки, тогава те се наричат ​​изолирани: -C = C- (CH2) n - C = C-

5. Правила за ориентация в бензеновия пръстен

При изследване на реакциите на заместване в бензеновия пръстен беше установено, че ако той вече съдържа заместител, тогава, в зависимост от естеството си, вторият влиза в определена позиция. По този начин всеки заместител в бензеновия пръстен проявява определен насочващ или ориентиращ ефект. Положението на нововъведения заместител също се влияе от естеството на самия заместител, т.е. активен реагентелектрофилна или нуклеофилна природа. Всички заместители по естеството на своето ръководно действие в са разделени на две групи.

Заместители от първи виднасочете въведената група към орто и двойка позиции:

Заместителите от този вид включват следните групи, подредени в низходящ ред на ориентиращата им сила: N (CH3) 2, NH2, OH, CH3 и други алкили, както и Cl, Br, I.

Заместители от втори вид v реакции на електрофилно заместване насочете входните групи към мета позицията. Следните групи принадлежат към заместители от този вид: - NO2, - C N, - SO3H, - CHO, - COOH.

6. Характерът на двойната връзка и химичните свойства на етиленовите съединения

Според съвременните концепции двете връзки, свързващи два ненаситени въглеродни атома, не са еднакви: едната от тях е y-връзка, а другата е p-връзка. Последната връзка е по -малко силна и се „скъсва“ по време на реакциите на добавяне.

Неравенството на двете връзки в ненаситените съединения е показано по -специално чрез сравняване на енергията на образуване на единични и двойни връзки. Енергията на образуване на единична връзка е 340 kJ / mol (приблизително 82 kcal / mol), а двойната връзка е 615 kJ / mol (приблизително 147 kcal / mol). Естествено, за разкъсване на p-връзката се изразходва по-малко енергия, отколкото за прекъсване на y-връзката. По този начин крехкостта на двойната връзка се обяснява с факта, че една от двете връзки, образуващи двойна връзка, има различна електронна структураот конвенционалните β-връзки и има по-малка здравина.

Олефинови имена обикновено произлиза от името на съответните наситени въглеводороди, но завършекът - асе заменя с окончанието - ИленСпоред международната номенклатура, вместо да завършва - йленолефините получават по -кратък завършек - йени.

Изомеризъм олефини зависи от изомерията на веригата от въглеродни атоми, тоест от това дали веригата е неразклонена или разклонена, и от положението на двойната връзка във веригата. Съществува и трета причина за изомерията на олефините: различното подреждане на атомите и атомните групи в пространството, т.е. стереоизомерията. Нарича се изомерия, която зависи от различното разположение на атомите и атомните групи в космосапространствени изомерия , илистереоизомерия .

Геометрични , илицис- итранс изомеризъм , е вид пространствена изомерия, в зависимост от различното местоположение атоми по отношение на равнината на двойната връзка.

За да се определи мястото на двойната връзка (както и клоните във веригата), съгласно международната номенклатура на IUPAC, въглеродните атоми на най -дългата верига са номерирани, започвайки от края, до който двойната връзка е по -близо. По този начин двата неразклонени бутиленови изомера ще бъдат посочени като бутен-1 и бутен-2:

1. Реакция на хидрогениране. Ненаситените въглеводороди лесно добавят водород към двойната връзка в присъствието на катализатори 67 (Pt, Pd, Ni). С Pt или Pd катализатор реакцията протича при 20 ... 100 ° C, с Ni - при повече високи температури:

2. Реакция на халогениране. Алкените при нормални условия добавят халогени, особено хлор и бром. В резултат на това се образуват дихалогенирани алканови производни, съдържащи халогени при съседни въглеродни атоми, така наречените вицинални дихалоалкани: СН

3CH = CH2 + Cl2> CH3CHClCH2Cl

3. Реакция на добавяне на водородни халогениди. Хидрохалогениране

4. Реакция на хидратация на алкени. При нормални условия алкените не реагират с вода. Но в присъствието на катализатори при нагряване и налягане те добавят вода и образуват алкохоли:

5. Реакцията на добавяне на сярна киселина.Взаимодействието на алкените със сярна киселина протича подобно на добавянето на водородни халогениди. В резултат на това се образуват киселинни естери на сярна киселина:

6. Реакция на алкилиране на алкени. Възможно каталитично добавяне към алкени на алкани с третичен въглероден атом (катализатори - H2SO4, HF, AlCl3 и BF3):

7. Реакцията на окисляване на алкени... Алкените лесно се окисляват. В зависимост от условията на окисляване се образуват различни продукти.При изгаряне на въздух алкените се превръщат във въглероден диоксид и вода: CH2 = CH2 + 3O2> 2CO2 + 2H2O.

Когато алкените реагират с атмосферния кислород в присъствието на сребърен катализатор, се образуват органични оксиди:

Ацил хидропероксидите действат по подобен начин върху етилена (реакцията на Прилежаев):

Една от най -характерните реакции на окисление е взаимодействието на алкените със слабо алкален разтвор на калиев перманганат KMnO4 с образуването на двуатомни алкохоли - гликоли (реакция на Вагнер). Реакцията протича в студа, както следва:

Концентрирани разтвори на окислители (калиев перманганат в кисела среда, хромова киселина, Азотна киселина) разрушават молекулата на алкена при двойна връзка с образуването на кетони и киселини:

8. Реакция на озониране на алкени.Той също се използва широко за установяване на структурата на алкените:

9. Реакции на заместване. Алкените също са способни на реакции на заместване при определени условия. И така, при високотемпературно (500 ... 550 ° C) хлориране на алкени, водородът се заменя в алилна позиция:

10. Реакция на полимеризация на алкени

CH2 = CH2> (-CH2 -CH2 -) н се получава полиетилен

11. Реакция на изомеризация. При високи температури или в присъствието на катализатори, алкените могат да бъдат изомеризирани с промяна в структурата на въглеродния скелет или с движение на двойната връзка:

7. Нафталинът и неговата структура. Правилото на Хюкел

Нафталеновите въглеводороди са основните ароматни въглеводороди във въглищния катран. Съществува голямо числополициклични ароматни съединения, в които бензеновите пръстени имат общи орто-позиционирани въглеродни атоми. Най -важните от тях са нафталин, антрацен и фенантрен. В антрацена пръстените са свързани линейно, докато във фенантрена, под ъгъл, за разлика от молекулата на бензола, не всички връзки в ядрото на нафталина имат еднаква дължина:

Правилото на Хюкел : aromatic е плоска моноциклична конюгирана система, съдържаща (4n + 2) р-електрони (където n = 0,1,2 ...).

По този начин плоските циклични конюгирани системи, съдържащи 2, 6,10, 14 и т.н., ще бъдат ароматни. р-електрони.

8. Алкин и sp-хибридизация на въглеродния атом. Методи за получаване на алкини

Въглеводородите от ацетиленовата серия имат общата формула

С н H2 н-2

Първият най -прост въглеводород от тази серия е ацетилен C2H2. Структурната формула на ацетилена, подобно на други въглеводороди от тази серия, съдържа тройна връзка:

НС? С - Н.

сR-Хибридизацияе смесване (подравняване по форма и енергия) на едно с- и едно R-орбитали с образуването на два хибрида сR-орбитали. сR-Орбиталите са разположени на една линия (под ъгъл 180 °) и са насочени в противоположни посоки от ядрото на въглеродния атом.

Две R-орбиталите остават нехибридизирани. Те са разположени взаимно перпендикулярно на посоките при-връзки.

На изображението сR-орбитали са показани по оста y, и нехибридизирани две R- орбитали - по осите NSи z.

Тройната връзка въглерод-въглерод C? C се състои от y-връзка, която се появява, когато sp-хибридните орбитали се припокриват, и две р-връзки.

Калциевият карбид се произвежда в индустриален мащабнагряване на въглища в електрически пещи с негасена вар при температура около 2500 ° C според реакцията

CaO + 3C> CaC2 + CO.

Ако действате върху калциев карбид с вода, той бързо се разлага с отделянето на газ - ацетилен:

По -нов индустриален метод за производство на ацетилен е пиролизата на въглеводороди, по -специално метан, който при 1400 ° C дава смес от ацетилен с водород:

2CH4> H-C = C-H + 3H2.

1. Дехидрохалогениране на вицинални дихалоалкани

2. Реакция на натриев ацетиленид с първични алкилхалогениди:

3. Дехалогениране на вицинални тетрахалоалкани:

9. Методи на производство и химикалисвойства на алкохолите

Алкохолите са въглеводородни производни, в които един или повече водородни атоми са заменени със съответния брой хидроксилни групи (-ОН).

Обща формула на алкохолите

където R е алкилова или заместена алкилова група.

Характерът на радикала R, към който е свързана хидроксилната група, определя границата или ненаситеността на алкохолите, а броят на хидроксилните групи определя неговата атомност: алкохолите са едноатомни, двуатомни, триатомни и многоатомни.

Получаване: 1. Хидратация на алкени

2. Ензимна хидролиза на въглехидрати... Ензимната хидролиза на захари от дрожди е най -древният синтетичен химически процес- все още е от голямо значение за производството на етилов алкохол.

Когато използвате нишесте като изходен материалВ допълнение към етиловия алкохол се образува и сивушно масло (в по -малки количества), което е смес от първични алкохоли, главно изопентил, изопропил и изобутил.

3. Синтез на метилов алкохол:

4. Реакция на хидроборация-окисление на алкени:

5. Синтез на алкохоли с помощта на реактива на Гриняр:

Имоти: Химичните свойства на алкохолите се определят както от структурата на алкиловия радикал, така и от реактивната хидроксилна група. Реакциите, включващи хидроксилната група, могат да продължат или с разцепване на С-ОН връзката (360 kJ / mol), или с разцепване комуникация O-N(429 kJ / mol) A. Разцепване на връзката на C-OH

1. Реакция с водородни халогениди:

ROH + HX> RX + H2O.

Реактивността намалява в реда: HI> HBr> HCl

2. Реакция с фосфор трихалогениди:

3. Дехидратация на алкохоли в присъствието на дехидратиращи агенти:

Б. Прекъсване на връзкатаТОЙ

4. Реакция на алкохоли с метали(Na, K, Mg, Al)

5. Образуване на етери:

Реакция на естерификация

6. Окислителни реакцииКогато алкохолите се окисляват с хромова смес или KMnO4 в разтвор на сярна киселина, съставът на продуктите зависи от естеството на въглеродния атом (първичен, вторичен или третичен), към който е свързана хидроксилната група: първичните алкохоли образуват алдехиди, вторични алкохоли - кетони.

9. Алкадиени и методи за тяхното приготвяне

Диенови въглеводороди (диени) се наричат ​​ненаситени въглеводороди с две двойни връзки, с общата формула

Две двойни връзки в молекула въглеводород могат да бъдат разположени по различни начини.

Ако са концентрирани върху един въглероден атом, те се наричат ​​кумулирани:

Ако две двойни връзки са разделени от една единствена връзка, те се наричат ​​конюгирани:

Ако двойните връзки са разделени от две или повече прости връзки, те се наричат ​​изолирани: -C = C- (CH2) n - C = C-

Диените обикновено се приготвят по същите методи като обикновените алкени. Например, най-важният диен, 1,3-бутадиен (използван за производство на синтетичен каучук), се произвежда в САЩ от дехидрогенирането на бутан:

В СССР се използва промишлен синтез на бутадиен-1,3 по метода на S.V. Лебедев (1933) от етилов алкохол при 400 ... 500 ° C над MgO-ZnO катализатор:

Реакцията включва следните етапи: дехидрогениране на алкохол до алдехид, алдолна кондензация на ацеталдехид, редукция на алдол до бутандиол-1,3 и накрая дехидратация на алкохол:

10. Електроотрицателност на елементи и видове химични връзки

Електроотрицателност (h) (относителна електроотрицателност) е основно химическо свойство на атом, количествена характеристика на способността на атом в молекула да измества обикновени електронни двойки към себе си, тоест способността на атомите да привличат електрони на други атоми към себе си.

Най-високата степен на електроотрицателност е в халогените и силните окислители (р-елементи от група VII, O, Kr, Xe), а най-ниската е в активни метали(s-елементи от група I).

Йонна. Електронна конфигурацияна инертен газ за всеки атом може да се образува поради прехвърлянето на електрони: атомите на един от елементите се отказват от електрони, които отиват към атомите на другия елемент.

В този случай между тези атоми се образува така наречената йонна (електровалентна, хетерополярна) връзка.

Този тип връзка възниква между атомите на елементи със значително различна електроотрицателност (например между типичен метал и типичен неметал).

Ковалентна връзка.Когато атомите си взаимодействат, които са равни (атоми на един и същ елемент) или са близки по електроотрицателност, не се осъществява пренос на електрони. Електронната конфигурация на инертен газ за такива атоми се формира поради обобщаването на два, четири или шест електрона чрез взаимодействие на атоми. Всяка от споделените двойки електрони образува една ковалентна (хомеополярна) връзка:

Ковалентната връзка е най -често срещаният тип връзка в органичната химия. Той е достатъчно силен.

Ковалентна връзка и съответно молекула могат да бъдат неполярни, когато и двата свързани атома имат един и същ електронен афинитет (например H: H). Тя може да бъде полярна, когато електронната двойка поради по -големия електронен афинитет на един от атомите се изтегли в нейната посока:

При този метод обозначенията + и - означават, че на атома със знака има излишна електронна плътност, а на атома със знака + електронната плътност е малко намалена в сравнение с изолирани атоми.

Донорно-акцепторна връзка.Когато атомите, които имат самотни електронни двойки, взаимодействат с протон или друг атом, на който му липсват два електрона преди образуването на октет (дублет), самотната електронна двойка става обща и образува нова ковалентна връзка между тези атоми.

В този случай атомът, който дарява електрони, се нарича донор, а атомът, който приема електрони, се нарича акцептор:

химичен ковалентен бензен нафтален

В възникващия амониев йон образуваната ковалентна връзка се различава от връзките, които съществуват в молекулата на амоняка, само по метода на образуване, по отношение на физическите и химичните свойства, и четирите комуникация N-Hабсолютно идентични.

Полуполярна връзка.Този тип донорно-акцепторна връзка често се среща в молекули на органични съединения (например в нитро съединения, в сулфоксиди и др.).

Публикувано на Allbest.ru

Подобни документи

Разработване на моделни концепции в квантовата химия. Методът на валентните връзки. Основните разпоредби на този метод. Хибридизация на атомни орбитали и условията за тяхното образуване. Правила за избор на канонични форми. Хибридизация на въглеродния атом и хибридни орбитали.

презентация, добавена на 15.10.2013 г.


Характеризиране на ковалентни връзки, концепции за насищане, насоченост и полярност. Атомно -орбитална хибридизация и йонно свързване. Междумолекулни химически връзки (сили на Ван дер Ваалс). Видове кристални решетки. Молекулна структура на леда.

презентация, добавена на 08/11/2013


Хибридизацията е квантово-химичен начин за описание на пренареждането на орбитали на атом в молекула в сравнение със свободен атом. Промяна на формата и енергията на орбитали на атом по време на образуването на ковалентна връзка и постигане на по -ефективно припокриване на орбитали.

презентация, добавена на 22.11.2013 г.


Характеристики на ковалентна връзка: насищане, насоченост, полярност. Хибридизация на атомни орбитали. Йонни, молекулярни, водородни и метални химични връзки. Сили на Вандерваалс, междумолекулно взаимодействие; кристални решетки.

презентация, добавена на 22.04.2013 г.


основни характеристикикато въглерод химичен елемент, неговите основни свойства, структурни особености. Видове химически връзки: ковалентни, йонни и водородни. Методи за разкъсване на химическа връзка. Електронни ефекти. Киселини и основи, тяхното сравнение.

тест, добавен на 08.05.2013 г.


Видове алкохоли, тяхното използване, физични свойства (кипене и разтворимост във вода). Алкохолните партньори и тяхната структура. Методи за производство на алкохоли: хидрогениране на въглероден окис, ферментация, ферментация, хидратация на алкени, оксимеркурация-демеркурация.

резюме, добавено на 02.04.2009 г.


Електронна структура и физико -химични свойства на алкохолите. Химични свойства на алкохолите. Област на приложение. Пространствена и електронна структура, дължини на свързване и ъгли на свързване. Взаимодействие на алкохоли с алкални метали. Дехидратация на алкохоли.

курсова работа, добавена на 11.02.2008 г.


Разработване на моделни концепции в квантовата химия. Методът на валентните връзки. Характеристики на описанието на хибридизацията на атомни орбитали. Резонансна концепция. Правила за избор на канонични форми. Условия за образуване на молекулни орбитали и запълването им с електрони.

презентация, добавена на 22.10.2013 г.


Химични свойства: реакции на електрофилно заместване, добавяне, хидрогениране и халогениране. Алкилиране на Friedel-Crafts. Правила за ориентация в бензеновия пръстен. Влияние на заместителите в ядрото върху и разпределението на изомерите по време на нитриране.

резюме, добавено на 21.02.2009 г.


Определение на алкохоли, обща формула, класификация, номенклатура, изомерия, физични свойства. Методи за производство на алкохоли, техните химични свойства и приложение. Производство на етилов алкохол чрез каталитична хидратация на етилен и ферментация на глюкоза.

Този урок ще ви помогне да разберете темата "Ковалентна връзка в органични съединения". Ще запомните естеството на химическите връзки. Научете как се образува ковалентна връзка, каква е основата на тази връзка. Този урок също изследва принципа на изграждане на формулите на Луис, говори за характеристиките на ковалентната връзка (полярност, дължина и сила), обяснява теорията на А. Бутлеров, разказва за това какво е индуктивен ефект.

Тема: Въведение в органичната химия

Урок: Ковалентна връзка в органични съединения.

Свойства на връзката (полярност, дължина, енергия, насоченост)

Химическата връзка има предимно електростатичен характер. Например, молекула водород се образува от два атома, тъй като е енергийно благоприятно два електрона да бъдат в полето на привличане на две ядра (протони). Това състояние под формата на молекула Н2 има по -малко енергия в сравнение с два отделни водородни атома.

Повечето органични вещества съдържат.

За образование ковалентна връзкамежду два атома, всеки атом обикновено осигурява в обща употреба на един електрон.

Опростеният модел използва двуелектронно приближение, т.е. всички молекули са изградени въз основа на сумирането на две електронни връзки, характерни за молекулата на водорода.

От гледна точка на закона за взаимодействие на електрическите заряди (законът на Кулон), електроните не могат да се доближат един до друг поради огромните сили на електростатично отблъскване. Но според законите на квантовата механика електроните с противоположни завъртания взаимодействат помежду си и образуват електронна двойка.

Ако ковалентната връзка се обозначи като двойка електрони, получаваме друга форма на запис на формулата на веществото - електронна формула или Формула на Люис

(Amer. J. Lewis, 1916). Ориз. 1.

Ориз. 1. Формули на Люис

Органичните молекули съдържат не само единични връзки, но и двойни и тройни връзки. Във формулите на Луис те се означават съответно с две или три двойки електрони. Ориз. 2

Ориз. 2. Определяне на двойни и тройни връзки

Ориз. 3. Ковалентна неполярна връзка

Важна характеристика на ковалентната връзка е нейната полярност... Връзка между идентични атоми, например в молекула на водород или между въглеродни атоми в молекула на етан неполярен - в него електроните еднакво принадлежат и на двата атома. Виж фиг. 3.

Ориз. 4. Ковалентна полярна връзка

Ако ковалентната връзка се образува от различни атоми, тогава електроните в нея се изместват към по -електроотрицателен атом. Например, в молекула хлороводород електроните се изместват към хлорния атом. На атомите се появяват малки частични заряди, които означават d + и d-. Ориз. 4.

Колкото по -голяма е разликата между електроотрицателността на атомите, толкова по -полярна е връзката.

Взаимното влияние на атомите в молекулата води до факта, че може да възникне изместване на свързващите електрони, дори ако те са между едни и същи атоми.

Например, в 1,1,1-трифлуороетан CH 3 CF 3 електроотрицателни флуорни атоми "издърпват" електронната плътност от въглеродния атом. Това често се обозначава със стрелка вместо с валентно тире.

В резултат на това въглеродният атом, свързан с флуорните атоми, има липса на електронна плътност и привлича валентните електрони към себе си. Такова изместване на електронната плътност по веригата на връзките се наричаиндуктивен ефект на заместители... Ориз. 5.

Ориз. 5. Изместване на електронната плътност в 1,1,1-трифлуороетан

Дължина и здравина на вратовръзката

Дължината и здравината са важни характеристики на ковалентната връзка. Дължината на повечето ковалентни връзки е от 1 * 10 -10 m до 2 * 10 -10 m или от 1 до 2 в ангстреми (1 A = 1 * 10 -10 m).

Силата на връзката е енергията, която трябва да се изразходва, за да се прекъсне тази връзка. Обикновено стойностите на скъсване са 1 mol или 6.023 * 10 23 връзки. Вижте таблицата. 1.

Едно време се смяташе, че молекулите могат да бъдат представени чрез структурни формули, лежащи в равнината на хартията, и тези формули отразяват, почти отразяват истинската структура на молекулата. Но около средата на 19 век се оказа, че това не е така. За първи път стигнах до такова заключение, както казах в предишните уроци, още като ученик на Van't Hoff. И той го направи въз основа на експериментите на изключителния френски биолог и химик Пастьор.

Факт е, че Пастьор изучава солите на винената киселина. И той, може да се каже, имаше късмет. Кристализирайки смесената сол на винена киселина, под микроскоп, той откри, че като цяло получава набор от абсолютно същите, много хубави кристали. Но тези кристали могат лесно да бъдат разделени на две групи, които по никакъв начин не са съвместими помежду си, а именно: всички кристали са разделени на две части, едната от които е огледален образ на другата.

Така за първи път е открито оптичното или огледалото. Пастьор успя да раздели ръчно тези кристали с пинсета под микроскоп и установи, че всички химични свойства са практически еднакви. Само едно, по -скоро, физическо свойство не съвпада, а именно: разтвори на един вид кристали и огледало на друг вид кристали, по различен начин въртящи равнината на поляризация на светлината, преминаваща през тях.

Ориз. 6. Модели на молекули на метан

За да обясни резултатите от експериментите на Пастьор, Вант Хоф предположи, че въглеродният атом винаги е в непланарна среда и тази непланарна среда няма нито център, нито равнина на симетрия. Тогава въглеродният атом, свързан с 4 други различни фрагмента от молекулата, които не са идентични един с друг, трябва да има огледална симетрия. Тогава Вант Хоф предложи тетраедричната структура на въглеродния атом. Оптичната изомерия следва от това предположение. В резултат на това беше възможно да се обясни пространствената структура на органичните съединения. Ориз. 6.

Но учените са изправени пред друга загадка, която не е разрешена досега. Факт е, че в природата органичните съединения, които действително се образуват в органичната жива материя, като правило съдържат левозавъртане, което означава равнината на поляризация на предаваната светлина, аминокиселини и декстроротационни захари. Докато при всеки органичен синтез, смес от такива изомери задължително се получава.

Причината за такава избирателност на живата природа все още не е ясна. Но това не пречи на учените да продължат да синтезират всички нови органични съединения и да изучават техните свойства.

Формулите, начертани в равнината, не отразяват пространственото подреждане на атомите един спрямо друг. Въпреки това, тетраедричната структура на въглеродния атом в молекули с единични връзки води до съществуването на оптична изомерия

Обобщение на урока

Получихте представа за темата "Ковалентна връзка в органични съединения". Спомнихте си естеството на химическите връзки. Научихме как се образува ковалентна връзка, каква е основата на тази връзка. Разгледан принципът на конструиране на формули на Люис. Научихме за характеристиките на ковалентната връзка (полярност, дължина и здравина), какъв е индуктивният ефект.

Библиография

1. Рудзитис Г.Е. Химия. Основи на общата химия. 10 клас: учебник за образователни институции: основно ниво / Г.Е.Рудзитис, Ф.Г. Фелдман. - 14 -то издание. - М.: Образование, 2012.

2. Химия. 10 клас. Профилно ниво: учебник. за общо образование. институции / В.В. Еремин, Н.Е. Кузменко, В.В. Лунин и др.- М.: Дрофа, 2008.- 463 с.

3. Химия. 11 клас. Профилно ниво: учебник. за общо образование. институции / В.В. Еремин, Н.Е. Кузменко, В.В. Лунин и др.- М.: Копел, 2010.- 462 стр.

4. Хомченко Г.П., Хомченко И.Г. Сборник задачи по химия за тези, които постъпват в университети. - 4 -то изд. - М.: АПИ „Нова вълна“: Издател Умеренков, 2012. - 278 с.

Домашна работа

1. Nos. 12, 15 (стр. 11) Rudzitis G.Ye., Feldman F.G. Химия: Органична химия. 10 клас: учебник за образователни институции: основно ниво / Г.Е.Рудзитис, Ф.Г. Фелдман. - 14 -то издание. - М.: Образование, 2012.

2. Съставете структурните и електронни формули на етан С 2 Н 6, етен С 2 Н 4, пропин С 3 Н 8.

3. Дайте примери от неорганичната химия, които показват, че атомите в молекулата влияят един върху друг и техните свойства се променят.