Typy chemických vazeb. Kovalentní vazby za účasti atomu uhlíku typu komunikace mezi atomy v organických látkách
Různé anorganické a organické látky
Organická chemie je chemie sloučeniny uhlíku. Anorganické sloučeniny uhlíku zahrnují: oxidy uhlíku, kyseliny uhelnaté, uhličitany a uhlovodíky, karbidy. Organické látky kromě uhlíku obsahují vodík, kyslík, dusík, fosfor, síru atd.. Atomy uhlíku mohou tvořit dlouhé nerozvětvené a rozvětvené řetězce, kroužky, připojit jiné prvky, proto se počet organických sloučenin přiblížil 20 milionů, zatímco anorganické látky se zdají být o něco více než 100 tisíc.
Základem pro rozvoj organické chemie je teorie struktury organických sloučenin A. M. Butlerova. Důležitou roli v popisu struktury organických sloučenin patří do konceptu valence, který charakterizuje schopnost atomů na tvorbu chemických vazeb a určuje jejich číslo. Uhlík v organických sloučeninách vždy zkroucený. Hlavním postulátem teorie A. M. Butlerova je ustanovení o chemické struktuře látky, tj. Chemické vazby. Tento postup se zobrazí pomocí strukturálních vzorců. Teorie Butlerova schvaluje myšlenku, že každá látka má určitá chemická struktura a vlastnosti látek závisí na struktuře.
Teorie chemické struktury organických sloučenin A. M. Butlerova
Jen jak, pro anorganickou chemii, základem vývoje je periodické právo a periodický systém chemických prvků D. I. Mendeleev, pro organické chemikálie, základní se stala základní.
Teorie chemické struktury organických sloučenin A. M. Butlerova Hlavním postulátem teorie Butlerov je ustanovení o chemické struktuře látky, pod kterou je zakázka chápána, posloupnost vzájemné sloučeniny atomů do molekuly, tj. chemická komunikace.
Chemická struktura - pořadí sloučeniny atomů chemických prvků v molekule podle jejich valence.
Tato objednávka může být zobrazena pomocí strukturálních vzorců, ve kterých je valence atomů označena: jedno dítě odpovídá jednotce valence atomu chemického prvku. Například pro organickou látku metanu mající molekulární vzorec CH4, strukturní vzorec vypadá takto:
Hlavní ustanovení teorie A. M. Butlerova:
· Atomy v organických látkách molekuly jsou spojeny s sebou. podle jejich valence. Uhlík v organických sloučeninách je vždy čtyřčlenný a jeho atomy jsou schopny bojovat proti sobě, tvořící různé řetězce.
· Vlastnosti látek se stanoví nejen jejich kvalitativní a kvantitativní kompozice, ale také řádem sloučeniny atomů v molekule, tj. chemická struktura látky.
· Vlastnosti organických sloučenin závisí nejen na kompozici látky a pořadí sloučeniny atomů v molekule, ale také vzájemný vliv atomů a skupiny atomů.
Teorie struktury organických sloučenin je dynamická a rozvíjející se výuka. Jako znalost povahy chemického dluhopisu, účinek elektronické struktury organických molekul látek začal používat, s výjimkou empirických a konstrukčních elektronických vzorců. V takových vzorcích ukazuje směr posunutí elektronických párů v molekule.
Kvantová chemie a chemie struktury organických sloučenin potvrdily výuku o územním směru chemických vazeb (CIS a trans isomerismu), studovaly energetické vlastnosti vzájemných přechodů v izomerech, umožnily posoudit vzájemný vliv atomů v molekulách různých látek, vytvořených předpokladů pro předpovídání typů izomerismu a směry a směry a mechanismů pro úniku chemických reakcí.
Organické látky mají řadu funkcí.
· Složení všech organických látek se skládá z uhlíku a vodíku, takže při spalování oxid uhličitý a voda.
· Organické látky Ztěžuje a může mít obrovskou molekulovou hmotnost (proteiny, tuky, sacharidy).
· Organické látky mohou být umístěny v řadách podobného složení, struktury a vlastností homologové.
· Pro organické látky, charakteristika je izomerie.
Isomerius a homologie organických látek
Vlastnosti organických látek závisí nejen na jejich složení, ale také od objednávka sloučeniny atomů v molekule.
Izomerie- Jedná se o vzhled existence různých látek - izomerů se stejnou kvalitativní a kvantitativní kompozici, tj. Stejným molekulárním vzorcem.
Existují dva druhy Isomeria rozlišovat: strukturální a prostorový (stereoizomerie). Strukturální izomery se od sebe liší podle pořadí komunikace atomů v molekule; Stereoisomery - uspořádání atomů v prostoru se stejným pořadí spojení mezi nimi.
Hlavní typy izomerie:
· Strukturální izomerie - látky se liší podle postupu pro připojení atomů v molekulách:
1) izomerismus uhlíkové kostry;
2) Izomervační poloha:
- více připojení;
- poslanci;
- funkční skupiny;
3) Izomerismus homologní série (mezivodního).
· Prostorový izomerismus - molekuly látek se vyznačují pořadí komunikace atomů a jejich polohy v prostoru: cis-, trans izomerie (geometrický).
Klasifikace organických látek
Je známo, že vlastnosti organických látek jsou určeny jejich složením a chemickou strukturou. Není tedy překvapující, že klasifikace organických sloučenin je teorie struktury - teorie A. M. Butlerova. Klasifikované organické látky podle přítomnosti a pořadí sloučeniny atomů v jejich molekulách. Nejdolnější a nízkou změněnou část molekuly organické hmoty je jeho kostra - řetězec atomů uhlíku. V závislosti na pořadí sloučeniny atomů uhlíku v tomto řetězci jsou látky rozděleny do acyklickýneobsahující uzavřené řetězce atomů uhlíku v molekulách a karbocyklickýobsahující tyto řetězce (cykly) v molekulách.
Kromě atomů uhlíku a vodíku mohou organická látka molekuly obsahovat atomy a jiné chemické prvky. Látky v molekulách, z nichž tyto takzvané heteroatomy jsou zahrnuty do uzavřeného okruhu, jsou označovány heterocyklickými sloučeninami.
Heteroatomie(kyslík, dusík atd.) Může být součástí molekul a acyklických sloučenin, například tvořících funkční skupiny v nich,
hydroxyl.
karbonyl
,
karboxyl.
,
aminoskupina
.
Funkční skupina - Skupina atomů, která určuje nejvíce charakteristické chemické vlastnosti látky a jeho patřící ke specifické třídě sloučenin.
Nomenklatura organických sloučenin
Na začátku vývoje organické chemie byly přiděleny sloučeniny otevřené sloučeninami triviální jménaČasto spojené s historií jejich přípravy: kyselina octová (která je základem octa vína), kyselinou olejovou (tvořenou máslem), glykol (tj. "Sladký") atd. Vzhledem k tomu, že počet nových otevřených látek se zvýšil jména se svou strukturou. To je způsob, jak se objevily racionální názvy: methylin, diethylamin, ethylalkohol, methylethylketon, založený na názvu nejjednodušší sloučeniny. Pro složitější sloučeniny je racionální nomenklatura nevhodná.
Teorie struktury A. M. Butlerova dala základ pro klasifikaci a nomenklaturu organických sloučenin konstrukčními prvky a umístěním atomů uhlíku v molekule. V současné době je nejvíce spotřebitelem vyvinutá nomenklatura Mezinárodní unie teoretické a aplikované chemie (IUPAC)nazvaný nomenklatura Jupak. Pravidla Žida doporučují vznik titulů několik principů, jeden z nich - princip substituce. Na základě toho byla vyvinuta nomenklatura substituce, což je nejvíce univerzální. Představujeme několik základních pravidel náhradní nomenklatury a zvažujeme jejich použití na příkladu heterofunkční sloučeniny obsahující dvě funkční skupiny - leucin aminokyseliny:
1. Název sloučenin je založen na zdrojové struktuře (hlavní řetězec acyklické molekuly, karbocyklického nebo heterocyklického systému). Název zdrojové struktury je základem názvu, kořenem slova.
V tomto případě je obecná struktura řetězec pěti atomů uhlíku spojených s jednoduchými vazbami. Tak, kořenová část jména je pentan.
2. Charakteristické skupiny a substituenty (konstrukční prvky) jsou označeny předponami a přípony. Charakteristické skupiny jsou rozděleny do seniority. Pořadí seniority hlavních skupin:
Odhalit starší charakteristickou skupinu, která je označena v příponě. Všechny ostatní substituenty se nazývají předponu v abecedním pořadí.
V tomto případě je starší charakteristická skupina karboxylová, tj. Tato sloučenina se týká třídy karboxylových kyselin, tedy k domorodé části názvu je přidána kyselina. Druhý až do skupiny seniority je aminoskupina, která je indikována prefixem Amino. Kromě toho molekula obsahuje uhlovodíkový substituent methyl. Název názvu je tedy aminominomethyl-incidentní kyselina.
3. Název obsahuje označení dvojité a trojité vazby, která jde ihned po kořene.
Sloučenina zvažená neobsahuje více spojení.
4. Atomy výšky stupně počtu. Číslování začíná z tohoto konce uhlíku, ke kterému je starší charakteristická skupina blíže:
Číslování řetězce začíná od atomu uhlíku obsaženého v karboxylové skupině, je to přiřazeno 1. V tomto případě bude aminoskupina s uhlíkem 2 a methyl - s uhlíkem 4.
Přírodní aminokyselinový leucin tedy podle pravidel 3-amino-4-methylpentanové kyseliny.
Uhlovodíky. Klasifikace uhlovodíků
Uhlovodíky - Jedná se o sloučeniny sestávající pouze z atomů vodíku a uhlíku.
V závislosti na struktuře uhlíkového řetězce jsou organické sloučeniny rozděleny do otevřených spojů - acyklický (alifatický) a cyklický - S uzavřeným řetězcem atomů.
Cyklický je rozdělen do dvou skupin: karbocyklické sloučeniny (cykly jsou tvořeny pouze atomy uhlíku) a heterocyklický (Cykly zahrnují další atomy, jako je kyslík, dusík, síra).
Karbocyklické sloučeniny, zase zahrnují dvě řady sloučenin: alicyclic. a aromatický.
Aromatické sloučeniny na bázi struktury molekul mají ploché cykly obsahující uhlíku se speciálním uzavřeným systémem p-elektronůtvořící společný π-systém (jeden π-electrimobraco). Aromatika je charakteristická pro mnoho heterocyklických sloučenin.
Všechny ostatní karbocyklické sloučeniny se týkají alicyklické řady.
Acyklické (alifatické) a cyklické uhlovodíky mohou obsahovat více (dvojité nebo trojité) komunikaci. Takové uhlovodíky se nazývají nepředvídatelný (nenasycené), na rozdíl od limitu (nasycené), obsahující pouze jednotlivá spojení.
Omezte alifatické uhlovodíky volání alkanans.Mají obecný vzorec s n 2N + 2, kde n je počet atomů uhlíku. Jejich staré jméno je často používáno v současné době - \u200b\u200bparafiny:
Nepředvídané alifatické uhlovodíky obsahující jednu dvojnou vazbu, dostal jméno alkenes.. Mají obecný vzorec C N H 2N:
Nenasycené alifatické uhlovodíky se dvěma dvojitými spoji alkadienami.. Jejich obecný vzorec C N H 2N-2:
Nepředvídané alifatické uhlovodíky s jedním voláním trojité vazby alkina. Jejich obecný vzorec C N H 2N - 2:
Omezte alicyklické uhlovodíky - cykloalkanes., jejich obecný vzorec s n h 2N:
Speciální skupina uhlovodíků, aromatických, nebo arenov. (s uzavřeným celkovým L-elektronickým systémem), známý z příkladu uhlovodíků s obecným vzorcem s NN 2N - 6:
Pokud je tedy v molekulách jeden nebo více atomů vodíku, aby se nahradily jiné atomy nebo skupiny atomů (halogeny, hydroxylové skupiny, aminoskupiny atd.), Jsou vytvořeny uhlovodíkové deriváty: deriváty halogenu, halogenové deriváty, obsahující kyslík, obsahující dusík a Jiné organické sloučeniny.
Homologický rozsah uhlovodíků
Uhlovodíky a jejich deriváty se stejnou funkční skupinou tvoří homologní řady.
Homologní poblíž Říkají řadu sloučenin patřících do jedné třídy (homology), umístěné ve vzestupném pořadí jejich relativních molekulových hmot podobných struktuře a chemickými vlastnostmi, kde každý člen se liší od předchozího na homologním rozdílu CH2. Například: CH4 - metan, C2H6 - ethan, C3H 8 - propan, C4H10 - Bhútán, atd Podobnost chemických vlastností homologů výrazně zjednodušuje studium organických sloučenin.
Izomery uhlovodíků
Tyto atomy nebo skupiny atomů, které definují nejvíce charakteristické vlastnosti této třídy látek, se nazývají funkční skupiny.
Halogenové deriváty uhlovodíků mohou být považovány za produkty substituce u uhlovodíků jednoho nebo více atomů atomů vodíku halogenu. V souladu s tímto, limitem a nepředvídaným mono-, di-, tři- (obecně poly-) halogenové deriváty.
Obecný vzorec pro monogalogogenní deriváty uhlovodíků:
a kompozice je vyjádřena vzorcem
kde R je zbytek z limitu uhlovodíku (alkan), uhlovodíkový radikál (toto označení se také používá dále při zvažování jiných tříd organických látek), g je halogenový atom (F, Cl, Br, I).
Například:
Dejte nám jeden příklad digalogeneze:
NA organické látky obsahující kyslík Jedná se o alkoholy, fenoly, aldehydy, ketony, karboxylové kyseliny, jednoduché a estery. Alkoholy jsou uhlovodíkové deriváty, ve kterých je jeden nebo více atomů vodíku substituovány hydroxylovými skupinami.
Alkoholy se nazývají monatomic, pokud mají jednu hydroxylovou skupinu a limit, pokud jsou deriváty alkanov.
Obecný vzorec pro limit simultan alkohol:
a jejich složení vyjadřuje obecný vzorec:
Například:
Známé příklady polyatomické alkoholy, tj. Mít několik hydroxylových skupin:
Fenoly - Deriváty aromatických uhlovodíků (řada benzenu), ve kterých jeden nebo více atomů vodíku v benzenovém kruhu jsou substituovány hydroxylovými skupinami.
Nejjednodušší reprezentativní s C6H 5 OH vzorec nebo
nazvaný fenol.
Aldehydy a ketony - deriváty uhlovodíků obsahujících karbonylovou skupinu atomů
(karbonyl).
V molekulách aldehydes. Jeden karbonylový spoj je připojen k atomu vodíku, druhý s uhlovodíkovým radikálem. Obecný vzorec aldehydů:
Například:
Když ketones Carbonylová skupina je spojena se dvěma (v obecném případě jinak) radikálů, obecný vzorec ketonů:
Například:
Složení limitních aldehydů a ketonů je vyjádřeno vzorcem 2N H 2N O.
Karboxylové kyseliny - uhlovodíkové deriváty obsahující karboxylové skupiny
(nebo -son).
Pokud je jedna karboxylová skupina v molekule kyseliny, pak je karboxylová kyselina monosularová. Obecný vzorec omezujících mono-abnormálních kyselin:
Jejich kompozice je vyjádřena vzorcem s n 2N O 2.
Například:
Jednoduché ethery Existují organické látky obsahující dva uhlovodíkové radikály spojené atom kyslíku: R-O-R nebo R1-A-R2.
Radikály mohou být stejné nebo jiné. Složení etherů je vyjádřena vzorcem C N H 2N + 2 O.
Například:
Esenciální- Sloučeniny tvořené nahrazením atomu vodíku karboxylové skupiny v karboxylových kyselinách na uhlovodíku.
Obecný vzorec pro estery:
Například:
Nitro sloučenina - Deriváty uhlovodíků, ve kterých je jeden nebo více atomů vodíku substituovány na nitro skupině -NO 2.
Obecný vzorec limitních monofotních sloučenin:
a kompozice je vyjádřena obecným vzorcem C N H 2N + 1 č. 2.
Například:
Nitro-vyráběné arenamenty:
Aminy - sloučeniny, které jsou považovány za deriváty amoniak (NH3), ve kterých jsou atomy vodíku substituovány u uhlovodíkových radikálů. V závislosti na povaze radikálů mohou být aminy alifatické, například:
a aromatické, například:
V závislosti na počtu atomů vodíku nahrazených na radikálech rozlišuje:
primární aminy S obecným vzorcem:
sekundární - s obecným vzorcem:
terciární - s obecným vzorcem:
V konkrétním případě mohou být sekundární, stejně jako terciární aminy radikálů stejné.
Primární aminy mohou být také považovány za deriváty uhlovodíků (alkanů), ve kterém jeden atom vodíku je substituován na aminoskupině -NH2. Složení limitních primárních aminy je vyjádřena vzorcem C N H 2N + 3 N.
Například:
Aminokyseliny obsahují dvě funkční skupiny spojené s uhlovodíkovým radikálem: aminoskupina -NH2 a karboxyl -coOH.
Obecný vzorec α-a-aminokyselin (jsou nejdůležitější pro konstrukci proteinů, ze kterých se skládají živé organismy):
Složení omezujících aminokyselin obsahujících jednu aminoskupinu a jeden karboxyl je vyjádřen C N H 2N + 1 č. 2 vzorec.
Například:
Další důležité organické sloučeniny, které mají několik různých nebo identických funkčních skupin, dlouhé lineární řetězce spojené s benzenovými kroužky jsou také známy. V takových případech není možné přísné stanovení příslušnosti látky do určité třídy nemožné. Tyto sloučeniny se často izolují do specifických skupin látek: sacharidy, proteiny, nukleové kyseliny, antibiotika, alkaloidy atd.
V současné době existuje také mnoho sloučenin, které mohou být přičítány organickým a anorganickým. X se nazývají elementodorganické sloučeniny. Některé z nich lze považovat za deriváty uhlovodíků.
Například:
Existují sloučeniny, které mají stejný molekulární vzorec exprimující složení látek.
Fenomén izomerismu je, že ve vlastnostech látek, které mají stejnou složení molekul, ale jinou strukturu, existuje několik různých látek. Tyto látky se nazývají isomery.
V našem případě se jedná o mezipodnikové izomery: cykloalkany a alkany, alkadiennes a alkiny, extrémní monohybné alkoholy a ethery, aldehydy a ketony, omezující monosconderační karboxylové kyseliny a estery.
Konstrukční izomerie
Přidělit následující odrůdy konstrukční izomerie: Izomerizace uhlíkové kostry, isomerování situace, izomery různých tříd organických sloučenin (interclace izomerie).
Isomerius z uhlíkové kostry je splatný různé řády komunikace mezi atomy uhlíkutvořící kostru molekuly. Jak již bylo uvedeno, dvě uhlovodíky odpovídají molekulárnímu vzorci 4H 10: n-butan a isobutan. Pro uhlovodík s 5 H12 jsou možné tři izomery: pentan, isopentan a neostenant.
S nárůstem počtu atomů uhlíku v molekule se počet isomerů rychle zvyšuje. Pro uhlovodík s 10 h22 je již 75 a pro uhlovodík od 20 h 44 - 366 319.
Izomerie situace je způsobena různými polohami více komunikace, substituentu, funkční skupiny se stejným uhlíkovým kostrem molekuly:
Izomerismus různých tříd organických sloučenin (interclass izomerie) je způsobena různými polohami a kombinací atomů v molekulách látek, které mají stejný molekulární vzorec, ale patřící do různých tříd. Molekulární vzorec C6H 12 tedy odpovídá nenasycenému uhlovodíku hexend-1 a cyklického uhlovodíku cyklohexanu.
Izomery jsou uhlovodíkem patřícím alkinům - butongu 1 a uhlovodíkem se dvěma dvojitými vazbami v řetězci boutadien-1,3:
Diethylether a butylalkohol mají stejný molekulární vzorec s 4N 10 o:
Strukturální izomery jsou aminokytická kyselina a nitroethan odpovídající molekulárnímu vzorci C 2N 5 č. 2:
Izomery tohoto typu obsahují různé funkční skupiny a patří do různých tříd látek. Proto se liší ve fyzikálních a chemických vlastnostech podstatně více než uhlíkových kosterních izomerů nebo polohových isomerů.
Prostorová izomerie
Prostorová izomerie Je rozdělen do dvou typů: geometrické a optické.
Geometrický izomerismus je charakteristika sloučenin, obsahující dvojné vazby a cyklické sloučeniny. Vzhledem k tomu, že volná rotace atomů kolem dvojné vazby nebo v cyklu je nemožné, substituenty mohou být umístěny buď jednou stranou roviny dvojité vazby nebo cyklu (poloha cis) nebo různými směrmi (umístění). Označení cis- a trans- jsou obvykle označovány jako dvojice identických substituentů.
Geometrické izomery liší se fyzikálním a chemickým vlastnostem.
Optická izomerie nastane pokud je molekula neslučitelná s jeho obrazem v zrcadle. To je možné, když atom uhlíku v molekule má čtyři různé substituenty. Tento atom se nazývá asymetrický. Příkladem takové molekuly je molekula α-aminopropionová molekula (a-alanin) CH3H (NH2) OH.
Molekula α-alaninu, s jakýmkoliv pohybem, se nemůže shodovat s jeho zrcadlovým odrazem. Takové prostorové izomery se nazývají zrcadlené, optické antipodes nebo enantiomery. Všechny fyzikální a prakticky všechny chemické vlastnosti takových isomerů jsou identické.
Studium optického isomerismu je nutná při zvažování mnoha reakcí vyskytujících se v těle. Většina těchto reakcí je pod účinkem enzymů - biologických katalyzátorů. Molekuly dat by se měly přiblížit molekuly sloučenin, na které působí jako klíč k hradu, proto prostorová struktura, vzájemné uspořádání molekul a dalších prostorových faktorů má velký význam pro tok těchto reakcí. Takové reakce se nazývají stereofonní selektivní.
Většina přírodních sloučenin jsou jednotlivé enantiomery a jejich biologické účinky (v rozmezí od chuti a zápachu a končí účinkem léku) se dramaticky liší z vlastností jejich optických antipodů získaných v laboratoři. Podobný rozdíl v biologické činnosti má velký význam, protože je základem nejdůležitějšího majetku všech živých organismů - metabolismu.
Izomerie Elektronická struktura atomu uhlíku
Uhlík, který je součástí organických sloučenin, vykazuje trvalou valenci. Na poslední energetické úrovni atomu uhlíku obsahuje 4 Electron.Dva, z nichž zaujímají 2S orbitální mající sférický tvar a dvě elektrony zabírají 2p orbitály s činka podobným tvarem. Když se nadšený, jeden elektron od 2S orbitál může pohybovat na jednom z volných 2R orbitálů. Tento přechod vyžaduje určité náklady na energii (403 kJ / mol). Výsledkem je, že vzrušený atom uhlíku má 4 nepárové elektrony a jeho elektronická konfigurace je vyjádřena 2S 1 2P3 vzorecem. Takže v případě uhlovodíku metanu (CH4), atom uhlíku tvoří 4 vazby s S-elektrony vodíku atomy. V tomto případě 1 spojení typu S - S (mezi S-elektronem atomu uhlíku a atom vodíku) a 3 PS-vazeb (mezi 3-p-elektrony atomu uhlíku a 3 s elektrony 3 s elektrony 3 Vytvoří by atomy vodíku). To znamená závěr o nerovnost čtyř kovalentní vazby vytvořených atomem uhlíku. Praktické zkušenosti z chemie však ukazují, že všechny 4 vazby v molekule metanu jsou absolutně stejné a molekula metanu má tetrahedrální strukturu s valenčními úhly 109,5 0, což nemohlo být způsobeno nepodložením přípojek. Opravdu, pouze orbitály p-elektronů jsou orientovány ve vesmíru vzájemně kolmo k osům X, Y, Z, a S-elektronový orbitální má sférickou formu, takže směr vzdělávání komunikace s tímto elektronem by byl libovolný. Vysvětlil tento rozpor byl schopen hybridizační teorie. L. Polling navrhl, že v jakýchkoli molekulách nejsou žádné spojení. Ve tvorbě dluhopisů se orbital ze všech valenčních elektronů překrývá. Je známo několik typů hybridizace elektronických orbitálů. Předpokládá se, že v metanu a jiné alkanovské molekuly v hybridizaci vstupují 4 elektrony.
Hybridizace atomu uhlíku Orbital
Hybridizace orbitálu - Jedná se o změnu tvaru a energie některých elektronů při tvorbě kovalentní vazby, což vede k účinnějšímu překrývání orbitálního a zvyšující se pevnost spojů. Hybridizace orbitálů se vždy vyskytuje, když se do tvorby spojů podílejí elektrony patřící různým typům orbitálů.
1. sp. 3 -Hybridizace (První valenční stav uhlíku). S SP 3-hybridizací 3 p-orbitálů a jedním S-orbitalem vzrušený atom uhlíku komunikovat tak, aby orbitaly jsou naprosto identické v energii a symetricky umístěné ve vesmíru. Tato konverze může být napsána jako:
V hybridizaci se celkový počet orbitálů nemění, ale pouze jejich změny energie a formy. Ukázalo se, že SP 3-hybridizace Orbital se podobá objemu osm, jeden z lopatek je mnohem odlišnější. Čtyři hybridní orbitály jsou protáhly od středu do vrcholů správného tetrahedronu v úhlech 109,5 0. Komunikace tvořená hybridními elektrony (například připojení S-SP 3) je trvanlivější než vazby prováděné neuvedenými p-elektrony (například komunikace-S-P). Vzhledem k tomu, hybridní SP 3 -orbital poskytuje velkou plochu překrývajících se elektronických orbitálů než nelibovství P-orbital. Molekuly, ve kterých je SP3 prováděna hybridizace, mají tetrahedrální strukturu. Tyto kromě metanu zahrnují metanové homology, anorganické molekuly typu amoniaku. Čísla ukazují hybridizovanou orbitální a tetrahedrální metanovou molekulu.
Chemické vazby vznikající v metanu mezi atomy uhlíku a vodíku odkazují na typ σ-odkazů (SP 3 -S-Communication). Obecně řečeno, jakákoliv Sigma-dluhopis se vyznačuje tím, že elektronická hustota dvou připojených atomů se překrývá podél linie spojující centra (jádra) atomů. σ-dluhopisy splňují maximální možný stupeň překrývajících se atomových orbitálů, takže jsou dostatečně silné.
2. sp. 2 -Hybridizace (Druhý valenční stav uhlíku). To se vyskytuje v důsledku překrytí jednoho 2s a dva 2R orbitál. Formované SP 2-hybridní orbitály jsou umístěny v jedné rovině pod úhlem 120 0 k sobě navzájem, a ne-uvedený p-orbitální kolmá k němu. Celkový počet orbitálů se nemění - jejich čtyři.
Stav SP 2-hybridizace se nachází v molekulách alkenů, v karbonylových a karboxylových skupinách, tj. Ve sloučeninách, které mají dvojnou vazbu. V molekule ethylenu se tedy hybridizované elektrony atom uhlíku tvoří 3 σ-dluhopisy (dva spoje typu SP 2 -s mezi atomem uhlíku a atomy vodíku a jedním připojením typu SP 2 -SP 2 mezi atomy uhlíku). Zbývající neuvedený p-elektron jedním atomem uhlíku tvoří π-vazba s nekrábovaným p-elektronem druhého atomu uhlíku. Charakteristickým znakem π-vazby je, že překrývání elektronů orbital je mimo linku spojující dva atomy. Překrývající se orbitály jsou vyšší a pod σ-dluhopisy spojené jak atomy uhlíku. Dvojitá vazba je tedy kombinací σ- a π-dluhopisů. V prvních dvou obrázcích se ukázalo, že v ethylenové molekule, úhly valenčních úhlů mezi atomy tvořícími ethylenovou molekulou jsou 120 0 (resp. Orientace s prostorem tří SP 2-hybridních orbitálů). Čísla ukazují tvorbu π-komunikace.
Vzhledem k tomu, že plocha překrývajících se nerezidizovaných p-orbitálů v π-dluhopisech je menší než plocha překrývajících se orbitálů v dluhopisech σ, π-vazba je méně trvanlivá než σ-vazba a je snadnější být přerušen chemické reakce.
3. sp-hybridizace (Stav třetí valence uhlík). Ve stavu SR-hybridizace má atom uhlíku dva sp-hybridní orbitální, umístěný lineárně pod úhlem 180 0 k sobě a dvě neuváděné p-orbitály umístěné ve dvou vzájemně kolmých letadlech. SP-hybridizace je charakteristická pro alkiny a nitrily, tj. Pro sloučeniny, které mají trojité spojení.
Tak, v acetylenové molekule, úhly valenčních úhlů mezi atomy jsou 180 ° C. Hybridizované elektrony atom uhlíku tvoří 2 σ-vazby (jedna SP-S vazba mezi atomem uhlíku a atomem vodíku a dalším spojením typu SP-SP mezi atomy uhlíku. Dvě non-drogové p-elektroky jednoho atomu uhlíku tvoří dva π-vazby s ne-uvedenými p elektronů druhého atomu uhlíku. Překrývání orbitálních prvků je nejen vyšší a pod σ-vazbou, ale také v přední a zadní části a celkový oblačnost P-elektrony má válcový tvar. Trojitá vazba je tedy kombinací jedné σ-vazby a dvou π-vazeb. Přítomnost v acetylenu molekule je menší než trvanlivé dva π-dluhopisy, zajišťuje schopnost této látky připojit reakce s rozpadem trojité vazby.
Referenční materiál pro testování:
Mendeleevský stůl
Rozpustnost tabulky
Kapitola 2. Chemická vazba a vzájemný vliv atomů v organických sloučenináchKapitola 2. Chemická vazba a vzájemný vliv atomů v organických sloučeninách
Chemické vlastnosti organických sloučenin jsou způsobeny typem chemických vazeb, povahy souvisejících atomů a jejich zamýšleného vlivu v molekule. Tyto faktory jsou zase určeny elektronickou strukturou atomů a interakce jejich atomových orbitálů.
2.1. Elektronická struktura atomu uhlíku
Část atomového prostoru, ve které je pravděpodobnost hledání elektronu maximální, se nazývá atomová orbitální (AO).
V chemii, myšlenka hybridních orbitálů atomu uhlíku a dalších prvků je široce používána. Koncepce hybridizace jako způsob popisu restrukturalizace orbitálu je nutný, když je počet nepárových elektronů v hlavním stavu atomu menší než počet vytvořených spojů. Příklad slouží atom uhlíku, který ve všech sloučeninách se projevuje jako tetravalentní prvek, ale v souladu s pravidly plnicími orbitály na jeho vnější elektronové úrovni, 1S 2 2S 2 2p 2 jsou v hlavním stavu 1S 2 2S 2 2P 2 (obr. 2.1, alea dodatek 2-1). V těchto případech je postulován, že různé atomové orbitály, blízké energie, mohou být smíchány mezi sebou, tvořící hybridní orbitály ve formě a energii.
Hybridní orbitály v důsledku většího překrývání tvoří silnější vazby ve srovnání s neuvádějící orbitální.
V závislosti na počtu orbitálů může být atom uhlíku vstoupil do hybridizace v jednom ze tří stavů.
Obr. 2.1.Distribuce elektronů orbitálem na atomu uhlíku je hlavně (a), vzrušený (b) a hybridizované stavy (in - sP 3, G- SP 2, d.- sp)
hybridizace (viz obr. 2.1, v d). Typ hybridizace určuje směr hybridu AO ve vesmíru a následně geometrie molekul, tj. Jejich prostorovou strukturu.
Prostorová struktura molekul je vzájemné uspořádání atomů a atomových skupin ve vesmíru.
sP 3.-Hybridizace.Při míchání čtyř vnějšího AO nadšený atom uhlíku (viz obr. 2.1, B) - jeden 2S- a tři 2P orbitály - existují čtyři ekvivalentní SP 3-hybridní orbitály. Mají formu objektu "osm", jeden z nožů je mnohem odlišnější.
Každý hybridní orbitální je naplněn jedním elektronem. Atom uhlíku ve State SP 3 je hybridizace má elektronickou konfiguraci 1S 2 2 (SP 3) 4 (viz obr. 2.1, b). Takový stav hybridizace je charakteristický pro atomy uhlíku v nasycených uhlovodíků (alkany), a proto v alkylových radikálech.
Vzhledem ke vzájemným odpuzováním SP 3-hybridního JSC namířeného v prostoru do vrcholů tetrahedraa rohy mezi nimi jsou rovna 109,5? (nejvýhodnější umístění; Obr. 2.2, a).
Prostorová struktura je znázorněna pomocí stereochemických vzorců. V těchto vzorcích, SP 3-hybridizovaný atom uhlíku a jeho dvě vazby jsou umístěny do roviny kreslení a graficky označují obvyklou funkci. Mastná čára nebo mastný klín označuje vazbu, která se objevuje dopředu z roviny kreslení a směřuje k pozorovateli; tečkovaná čára nebo stínovaný klín (..........) - vazba přichází z pozorovatele pro rovinu kreslení
Obr. 2.2.Typy hybridizace atomu uhlíku. Bod ve středu je atomové jádro (malé akcie hybridních orbitálů pro zjednodušení vzoru jsou vynechány; barva ukazuje ne-uvedený r-ao)
mS (obr. 2.3, a). Atom uhlíku sP 3.-Hypebridizace má tetrahedrální konfiguraci.
sP 2.-Hybridizace.Při smíšeném 2s-a dva 2R-AO vzrušený atom uhlíku jsou tvořeny třemi stejnými sp. 2-hybridní orbitální a zůstává neuvádí 2P-JSC. Atom uhlíku sp. 2-hybridizace má elektronickou konfiguraci 1S 2 2 (SP 2) 3 2P 1 (viz obr. 2.1, D). Takový stav hybridizace atomu uhlíku je charakteristický pro nenasycené uhlovodíky (alkeny), stejně jako pro některé funkční skupiny, jako je karbonyl a karboxyl.
sp. 2 -Hybridní orbitály jsou umístěny ve stejné rovině pod úhlem 120?, Ne-uvedený AO je v kolmé rovině (viz obr. 2.2, b). Atom uhlíku sp. 2-hybridizace má konfigurace trigonálu.Dvou-lepené atomy uhlíku jsou v rovině kreslení a jejich jednoduchá spojení zaměřená na pozorovatele a od ní jsou označeny tak, jak je popsáno výše (viz obr. 2.3, b).
sp-hybridizace.Při míchání jednoho 2s- a jedna 2R-orbitály vzrušený atom uhlíku se tvoří dva ekvivalentní SP-flexibilní JSC a dva P-AO zůstávají neuvádějící. Atom uhlíku ve stavu Sp hybridizace má elektronickou konfiguraci
Obr. 2.3.Stereochemické vzorce metanu (a), ethan (b) a acetylenu (b)
1S 2 2 (SP 2) 2 2P 2 (viz obr. 2.1, E). Takový stav hybridizace atomu uhlíku se nachází ve sloučeninách, které mají trojitou vazbu, například v alks, nitrily.
sp-hybridní orbitály jsou umístěny pod úhlem 180 ° C a dvě ne-uvedená JSC ve vzájemně kolmých letadlech (viz obr. 2.2, b). Atom uhlíku ve stavu sp hybridizace lineární konfigurace,například v acetylenu molekule jsou všechny čtyři atomy na jedné přímce (viz obr. 2.3, v).
V hybridizovaném stavu mohou být atomy jiných prvků organogenů.
2.2. Chemické vazby atomu uhlíku
Chemické vazby v organických sloučeninách jsou reprezentovány zejména kovalentními vazbami.
Covalent se nazývá chemická vazba tvořená generalizací elektronů spojených atomů.
Tyto běžné elektrony zabírají molekulární orbitály (MO). Mo je zpravidla multicentrální orbitální a jeho plnicí elektrony jsou delokalizovány (dispergované). Tak, Mo, stejně jako JSC, může být volné, naplněné jedním elektronem nebo dvěma elektrony s protějším spinem *.
2.2.1. σ- aπ - komunikace
Existují dva typy kovalentních vazeb: σ (Sigma) - a π (pi) -ev.
σ-Bond se nazývá kovalentní vazba, vytvořený při překrytí AO v přímém směru (ose) připojující jádro dvou vazebných atomů s maximálním překrývajícím se na této přímce.
σ-komunikace se vyskytuje při překrytí libovolné AO, včetně hybridu. Obrázek 2.4 znázorňuje tvorbu σ-vazeb mezi atomy uhlíku v důsledku axiálního překrývání jejich hybridního sp3 -ao a σ-vazeb C - H překrytím hybridního Hybridního SP3 -ao uhlíku a vodíku S-AO.
* Podrobnosti naleznete v části: POPKOV V.A., Puzakov S.A.Obecná chemie. - M.: Geeotar Media, 2007. - Kapitola 1.
Obr. 2.4.Tvorba σ-vazeb v etanu pomocí axiálního překrývání AO (malé akcie hybridních orbitálů jsou vynechány, barva je zobrazena sP 3 -ao.uhlík, černá - vodík S-AO)
Kromě axiálního, další pohled na překrývající se je možný - boční překrývající se P-AO, což vede k tvorbě π-komunikace (obr. 2.5).
r-atomová orbitály
Obr. 2.5.Vzdělávání π-dluhopisy v ethylenu vedle sebe překrývající se r-Ao.
π-Bond se nazývá vazba vytvořená během bočního překrývání nelibbovského P-AO s maximálním překrývajícím se na obou stranách z přímky spojující jádra atomů.
Více vazeb nalezených v organických sloučeninách jsou kombinací σ- a π-vazeb: dvojitý - jeden σ- a jeden π-, trojitý - jeden σ- a dva π-vazby.
Vlastnosti kovalentní vazby jsou exprimovány takovými vlastnostmi jako energie, délky, polarity a polarizovatelnosti.
Komunikační energie- To je energie, která se uvolňuje při tvorbě komunikace nebo je nezbytné pro separaci dvou připojených atomů. Slouží jako míra komunikační síly: Čím více energie, tím silnější spojení (tabulka 2.1).
Délka komunikace- To je vzdálenost mezi centry spojených atomů. Dvojitá vazba je kratší než jeden, a trojitý je kratší než dvojnásobek (viz tabulka 2.1). Spojení mezi atomy uhlíku za různých podmínek hybridizace mají obecný vzor -
Tabulka 2.1.Hlavní vlastnosti kovalentních vazeb
s nárůstem podílu S-orbitálního v hybridním orbitálu se sníží délka komunikace. Například v řadě spojení propan CH3 CH 2 CH3, propen CH3CO CH \u003d CH 2, Propin CH3C \u003d CH spojka Délka CH3 -C je 0,154; 0,150 a 0,146 nm.
Polarita komunikace v důsledku nerovnoměrné distribuce (polarizace) hustoty elektronů. Polarita molekuly kvantitativně odhaduje velikost jeho momentu dipólu. Z dipólových momentů molekuly můžete vypočítat dipólové momenty jednotlivých přípojek (viz tabulka 2.1). Více dipólového momentu, polárního spojení. Příčinou polarity komunikace je rozdíl v elektronegabilitě vázaných atomů.
Elektřina charakterizuje schopnost atomu v molekule držet valenčních elektronů. S nárůstem elektronegativity atomu se zvyšuje stupeň posunutí v jeho straně telekomunikačního elektronu.
Na základě hodnot dluhopisové energie, americký chemik L. Poling (1901-1994) navrhl kvantitativní charakteristiku relativní elektronegability atomů (Pauling Scale). V tomto měřítku (řádek) jsou typické prvky organogenogenů umístěny na relativní elektronegativitě (pro srovnání existují dva kovové) následujícím způsobem:
Elektřina není absolutní konstantou prvku. Záleží na účinném náboji jádra, typ hybridizace JSC a vliv substituentů. Například elektronegabilita atom uhlíku umístěného ve stavu SP 2 - nebo SP-hybridizace je vyšší než ve State SP 3-hybridizaci, která je spojena se zvýšením podílu S-orbitální v hybridním orbitálu. Při pohybu atomů od SP 3 - v SP 2 - a pak v sp.-Hybridizovaný stav postupně snižuje délku hybridního orbitálního (zejména ve směru, který zajišťuje největší překrytí během tvorby σ-vazby), což znamená, že ve stejné sekvenci je maximální hustota elektronů umístěna blíže k jádru odpovídajícího atomu.
V případě nepolární nebo téměř nepolární kovalentní vazby je rozdíl v elektronegabilitě vázaných atomů nulová nebo blízko nule. Polarita komunikace se zvyšuje se zvýšením rozdílu v elektronegabilitě. S rozdílem na 0,4, mluví o slabě polárním, více než 0,5 - asi silně polární kovalentní vazby a více než 2,0 - o komunikaci iontů. Polární kovalentní vazby jsou predisponovány do heterolitické diskontinuity
(Viz 3.1.1).
Polarizovatelnost komunikace je vyjádřena v posunutí elektronů komunikace pod vlivem externího elektrického pole, včetně jiné reakční částice. Polarizovatelnost je určena mobilitou elektronů. Elektrografy jsou více pohybující, tím dále jsou z jader atomů. Podle polarizovatelnosti, π-vazba významně přesahuje σ-vazbu, protože maximální elektronová hustota π-vazba je dále umístěna od vazebných jader. Polarizovatelnost do značné míry určuje reaktivitu molekul ve vztahu k polární činidel.
2.2.2. Připojení dárců
Překrývání dvou jednorázových JSC není jediným způsobem, jak vytvořit kovalentní vazbu. Covalentní vazba může být vytvořena v interakci dvou elektronové orbitální jednoho atomu (dárce) s volným orbitálním jiným atomem (akceptor). Donors podávají sloučeniny obsahující buď orbitál s průměrným párem elektronů nebo π-mo. Dopravci parních elektronů (N-elektrony, z angličtiny. non-lepení)jsou atomy dusíku, kyslík, halogen.
Villy páry elektronů hrají důležitou roli v projevu chemických vlastností sloučenin. Zejména jsou zodpovědné za schopnost sloučenin pro vstup do interakce dárcovského akceptoru.
Kovalentní spojení tvořené pár elektronů jednoho z komunikačních partnerů se nazývá dárce-akceptor.
Vytvořený donor-akceptorové vazby se liší pouze metodou vzdělávání; Podle vlastností je stejné se zbytkem kovalentních vazeb. Zároveň dárce zároveň získá kladný náboj.
Donor-akceptorová připojení jsou charakteristická pro komplexní sloučeniny.
2.2.3. Vodíkové vazby
Atom vodíku spojený s silně elektronegativního prvku (dusík, kyslík, fluor atd.) Je schopen interagovat s esenciálním párem elektronů druhého, dostatečně elektronegativní atom stejného nebo jiné molekuly. V důsledku toho vzniká vodíková vazba, což je druh dárce
komunikace akceptorů. Graficky vodíková vazba obvykle označuje tři body.
Energie vodíkové vazby je malá (10-40 kJ / mol) a je určena především elektrostatickou interakcí.
Intermolekulární vodíkové vazby určují asociaci organických sloučenin, jako jsou alkoholy.
Dluhopisy vodíku ovlivňují fyzikální (varu a teplotu teploty tání, viskozity, spektrální vlastnosti) a chemické (kyselé primární) vlastnosti sloučenin. Takže bod varu ethanolu C2 h 5. Oh (78,3? C) je významně vyšší než mít stejnou molekulovou hmotnost dimethyletheru CH3C3 (-24? C), nepřipojující se v důsledku vodíkové vazby.
Vodíkové vazby mohou být intramolekulární. Takové spojení v aniontové salicylové kyselině vede ke zvýšení jeho kyselosti.
Hydrogenní vazby hrají důležitou roli ve tvorbě prostorové struktury vysoce molekulárních sloučenin - bílých polysacharidů, nukleových kyselin.
2.3. Konjugované systémy
Kovalentní vazba může být lokalizována a delokalizována. Lokalizovaná se nazývá Komunikace, jejíž elektrony jsou ve skutečnosti rozděleny mezi dvě jádra vazebných atomů. Pokud je komunikační elektron rozdělen do více než dvou jádrů, mluví o delokalizované komunikaci.
Delokalizovaný vztah je kovalentní vazba, molekulární orbitální pokrývající více než dva atomy.
Delokalizovaná připojení ve většině případů jsou π-dluhopisy. Jsou charakteristické pro konjugované systémy. V těchto systémech se provádí speciální typ vzájemného vlivu atomů - konjugace.
Spojka (Mesomeria, od řečtiny. mesos.- Médium) je vyrovnání odkazů a nábojů v reálné molekule (částice) ve srovnání s dokonalou, ale ne existující strukturou.
Zúčastněné delokalizované p-orbitály mohou patřit buď dvěma π-odkazy nebo více nebo π-dluhopisy a jeden atom s p-orbitalem. V souladu s tím se rozlišují π, π-konjugace a ρ, π-konjugace. Párovací systém může být otevřen nebo uzavřen a obsahovat nejen atomy uhlíku, ale také heteroatomy.
2.3.1. Systémy s otevřeným párovacím řetězem
π,π - Řešení.Nejjednodušší zástupce π, π-konjugátových systémů s uhlíkovým řetězem slouží butadien-1,3 (obr. 2.6, a). Atomy uhlíku a vodíku, a proto všechny σ-vazby ve své molekule leží ve stejné rovině, tvořící plochý σ-skeleton. Atomy uhlíku jsou ve stavu SP 2-hybridizace. Ungibridized R-AO každého atomu uhlíku se nachází kolmo k rovině σ-kostry a rovnoběžně, což je předpokladem pro jejich překrývání. Překrývání dochází nejen mezi P-AO atomy C-1 a C-2, C-3 a C-4, ale také mezi P-AO atomy C-2 a C-3, v důsledku Vytvoří se objímání čtyř atomů uhlíku. - Systém, tj. Delokalizovaný kovalentní vazba vzniká (viz obr. 2,6, b).
Obr. 2.6.Atomový orbitální model molekuly butadiene-1,3
To se odráží při změně délek vazeb v molekule. Délka vazby C-1-C-2, stejně jako C-3-C-4 v butadiene-1,3, je poněkud zvýšena a vzdálenost mezi C-2 a C-3 je zkrácena ve srovnání s konvenční dvojitou a jedním vazby. Jinými slovy, proces delokalizace elektronu vede k vyrovnání délek propojení.
Uhlovodíky s velkým počtem konjugovaných dvojitých spojů jsou běžné v rostlinném světě. Mezi ně patří například karotky, které určují barvu mrkve, rajčat atd.
Otevřený systém párování může zahrnovat heteroatomy. Příklad otevřený π, π-konjugované systémy s heteroatomem v řetězechmůže sloužit α, p-nenasycené karbonylové sloučeniny. Například aldehydová skupina v akroleinu ch2 \u003d CH-CH \u003d O je člen konjugačního řetězce tří atomů Hybridizovaných uhlíku SP 2 a atom kyslíku. Každý z těchto atomů přispívá k jednomu π systému jedním p-elektronem.
pn konjugace.Tento typ konjugace se nejčastěji projevuje ve sloučeninách obsahujících konstrukční fragment -CH \u003d CH-X, kde X je heteroatom mající vodící pár elektronů (první ze všech O nebo n). Ty zahrnují například vinylethery v molekulách, z nichž spojují dvojitou komunikaci r.- atom kyslíku. Delokalizovaná třístranná komunikace je tvořena překrývajícím se dva atomy uhlíku R-AO SP 2-flexizované uhlíky a jeden r.-Ao heteroatom s párem a elektrony.
Vytvoření podobné delokalizované tři centrální komunikace je k dispozici v karboxylové skupině. Zde se π-elektrony spojení C \u003d O a N-elektrony atomu kyslíku skupiny se podílejí do konjugace. Konjugované systémy s plně vyrovnanými vazbami a náboji zahrnují negativně nabité částice, jako je acetát ion.
Směr přemístění hustoty elektronů označuje zakřivenou šipku.
Existují i \u200b\u200bdalší grafické způsoby, jak zobrazit výsledky konjugace. Struktura acetát iont (I) předpokládá, že náboj je rovnoměrně rozložen podle obou atomů kyslíku (jak je znázorněno na obr. 2.7, což odpovídá realitě).
Struktury (II) a (III) se používají v teorie rezonance.Podle této teorie je skutečná molekula nebo částice popsána množinou určitých tzv rezonančních struktur, které se od sebe liší pouze distribucí elektronů. V konjugovaných systémech je hlavní příspěvek k rezonančnímu hybriduu vytvořeny struktury s různými distribucemi hustoty π-elektronů (oboustranná šipka spojující tyto struktury je speciálním symbolem teorie rezonance).
Limit (hraniční) struktury ve skutečnosti neexistují. Nicméně, oni v jednom stupni nebo jiném "přispívají" do skutečné distribuce hustoty elektronů v molekule (částic), což je reprezentováno jako rezonanční hybrid, který vyplývají z překrytí (superpozice) mezních struktur.
V ρ, π-konjugované sycené systémy, konjugace může být provedena za přítomnosti atomu uhlíku s nelibbovanou p-orbitálem. Takové systémy mohou být mezilehlé částice - bibniony, karbáty, volné radikály, například allyl struktura. Volné radikální allyl fragmenty hrají důležitou roli v procesu oxidace peroxidu lipidů.
V ALLYL ANION CH 2 \u003d CH-CH 2 sP 2-hybridizovaný atom C-3 atom uhlíku k celkovému konjugátu
Obr. 2.7.COONA GROUP GROUP Elektronická hustota Mapa v peticilinu
systém dva elektrony, v allyl radikální CH2 \u003d CH-CH 2+ - jeden, a v allyl karbocathion CH2 \u003d CH-CH 2+ nedodává žádné. Výsledkem je, že při překrývání P-AO ze tří atomů SP 2-hybridizovaných uhlíku se vytvoří delokalizovaná třídicí vazba, která obsahuje čtyři (v karbanionu), tři (ve volném radikálu) a dva (v karbocathionu) elektron.
Formálně A atom C-3 v Allyl kationu nese kladný náboj, v allyl radikál - nepárový elektron a v allyl-anionu - negativní náboj. Ve skutečnosti, v takových konjugovaných systémech existuje delokalizace (disperze) hustoty elektronů, což vede k vyrovnání vazeb a nábojů. Atomy C-1 a C-3 v těchto systémech jsou ekvivalentní. Například v Allyl Cation, každý z nich nese kladný náboj.+1/2 a připojeno pomocí "jednohodinového" spojení s atomem C-2.
Konjugace tedy vede k významnému rozdílu v distribuci hustoty elektronů v reálných konstrukcích ve srovnání s konstrukcemi znázorněnými konvenčními struktury vzorce.
2.3.2. Uzavřené systémy párování
Cyklické konjugované systémy mají velký zájem jako skupina sloučenin se zvýšenou termodynamickou stabilitou ve srovnání s konjugátovými otevřenými systémy. Tyto sloučeniny mají jiné speciální vlastnosti, jejichž kombinace je kombinována s obecným pojmem. aromatičnost.Jedná se o schopnost takových formálně nenasycených sloučenin.
pro vstup do reakcí substituce, nikoliv přistoupení, odolnost proti působení oxidačních činidel a teploty.
Typickými zástupci aromatických systémů jsou arény a jejich deriváty. Rysy elektronické struktury aromatických uhlovodíků se jednoznačně projevují v atomovém orbitálním modelu benzenové molekuly. Benzenový rám tvoří šest atomů uhlíku SP 2. Všechny σ-vazby (C-C a C - H) leží ve stejné rovině. Šest neganizovaných R-AO se nachází kolmo k rovině molekuly a rovnoběžně (obr. 2,8, A). Každý r.- ale stejně se mohou překrývat se dvěma sousedícími r.-Ao. V důsledku tohoto překrytí se vyskytuje jediný delokalizovaný π-systém, největší hustota elektronů, ve které je umístěna nad a pod rovinou σ-skeletu a pokrývá všechny atomy cyklu uhlíku (viz obr. 2,8, b). Hustota π-elektronová hustota je rovnoměrně rozložena po celý cyklický systém, který je indikován kruhem nebo tečkovanou linií uvnitř cyklu (viz obr. 2,8, b). Všechny vazby mezi atomy uhlíku v benzenovém kruhu mají stejnou délku (0,139 nm), mezi délkou jednotlivých a dvojitých vazeb.
Na základě kvantových mechanických výpočtů bylo zjištěno, že pro tvorbu takových stabilních molekul musí rovný cyklický systém obsahovat (4N + 2) π-elektrony, kde n.\u003d 1, 2, 3 atd. (Pravidlo Hyukkel, 1931). S touto daty lze specifikovat koncept "aromaticity".
Sloučenina aromatická, pokud má plochý cyklus a konjugátπ -Elektronický systém pokrývající všechny atomy cyklu a obsahující(4n.+ 2) π -elektrony.
Hyukkel pravidlo platí pro všechny ploché kondenzované systémy, ve kterých nejsou žádné atomy, které jsou běžné než pro
Obr. 2.8.Atomový orbitální model benzenové molekuly (atomy vodíku je vynechán; vysvětlení v textu)
dva cykly. Takové sloučeniny s kondenzovanou benzenovou jádrou, jako naftalen a další, odpovídají kritériím pro aromaticialitu.
Stabilita konjugovaných systémů. Tvorba konjugátu a zejména aromatického systému je energeticky příznivým procesem, protože zvyšuje stupeň překrytí orbitálního a delokalizace (dispergačního) zvyšuje se r.-Electrons. V tomto ohledu mají konjugované a aromatické systémy zvýšenou termodynamickou stabilitu. Obsahují menší zásobování vnitřní energie a jsou především obsazeny nižší energetickou hladinou ve srovnání s nepřipojenými systémy. Ve rozdílu těchto úrovní je možné kvantifikovat termodynamickou stabilitu konjugované sloučeniny, tj odpovídající energie(Energie delokalizace). Pro butadiene-1.3 je malý a činí asi 15 kJ / mol. S zvýšením délky konjugovaného obvodu, párovací energie a, v uvedeném pořadí, se zvýší termodynamická stabilita sloučenin. Párovací energie pro benzenu je mnohem větší a je 150 kJ / mol.
2.4. Elektronické efekty substituentů 2.4.1. Indukční účinek
Polární σ-vazba v molekule způsobuje polarizaci nejbližších σ-vazeb a vede k vzniku částečných nábojů na sousední atomy *.
Substituenty způsobují polarizaci nejen "jejich", ale také sousední σ-odkazy. Tento typ přenosu vlivu atomů se nazývá indukční účinek (/ -effect).
Indukční účinek - přenos vlivu elektronů substituentů v důsledku posunutí elektronů σ-odkazy.
Vzhledem k slabé polarizovatelnosti σ-vazeb, induktivní účinek vybledne třemi nebo čtyřmi vazbami v řetězci. Jeho akce se nejvíce projevuje ve vztahu k atomu uhlíku, sousedí, ve kterém se zástupce nachází. Směr indukčního účinku substituentu je kvalitativně odhadován ve srovnání s atomem vodíku, jehož indukční účinek je přijímán na nulu. Graficky je výsledek / účinek znázorněn šipkou, která se shoduje s polohou valenční pomlčky a řízená hranou směrem k více elektronegativnímu atomu.
/v\\silnější než atom vodíku, manifestyzápornýindukční účinek (- / - efekt).
Takové substituenty obecně snižují elektronickou hustotu systému, nazývají se electron-Electroceptor.Mezi ně patří většina funkčních skupin: Oh, NH2, COOH, NE 2 a kationtové skupiny, například -NH3+.
Zástupce, posunutí ve srovnání s elektronickou hustotou atom vodíkuσ - komunikace vůči atomu uhlíku řetězu, projevuje sepozitivníindukční účinek (+/- efektu).
Takové substituenty zvyšují hustotu elektronů v řetězci (nebo kroužku) a jsou volány dárce elektronů.Mezi ně patří alkylové skupiny, které jsou na SP 2-hybridizované atom uhlíku, a aniontová centra v nabitých částcích, například -.
2.4.2. Efekt mesometr
V konjugovaných systémech v přenosu elektronického vlivu hraje hlavní roli π-elektrony delokalizovaných kovalentních vazeb. Účinek se projevil v posunutí hustoty elektronové hustoty delokalizovaného (konjugátu) π-systému se nazývá mesomerní (M-efektu) nebo konjugační účinek.
Mezomerní účinek je přenos elektronického vlivu substituentů konjugovaným systémem.
Současně je samotný zástupce členem konjugovaného systému. Může být předložen do konjugačního systému nebo π-dluhopisu (karbonyl, karboxylovou skupinu atd.), Nebo vodní pár elektronů heteroatomu (amino a hydroxy skupiny) nebo volné nebo naplněné jedním elektronem R-AO.
Substituent, zvyšující se hustota elektronů v konjugátu, ukazujepozitivnímesomerní efekt (+ m- efektu).
M-efektu má substituenty, včetně atomů s nesmyslným párem elektronů (například aminoskupinou v molekule anyline) nebo celý negativní náboj. Tyto substituenty jsou schopné
k přenosu párových elektronů do celkového konjugovaného systému, tj. dárce elektronů.
Zástupce, snížení hustoty elektronů v konjugátu, exponátyzápornýefekt mesometr (efektu).
M-efektu v konjugátovém systému má atomy kyslíku nebo dusíku spojené s dvojnou vazbou s atomem uhlíku, jak je ukázáno příkladem kyseliny akrylové a benzaldehyd. Taková seskupení jsou electron-Electroceptor.
Posunutí hustoty elektrony je označeno zakřivenou šipkou, z nichž začátek ukazuje, které jsou posunuty, které jsou posunuty, a konec je vazbou nebo atom, ke kterému jsou vysídleny. Mezomerní účinek, na rozdíl od indukční, je přenášen podle systému konjugovaných spojů pro mnohem větší vzdálenost.
Při posuzování účinku substituentů na distribuci hustoty elektronů v molekule je nutné zvážit výsledný účinek indukčních a mesomerních účinků (tabulka 2.2).
Tabulka 2.2.Elektronické efekty některých substituentů
Elektronické účinky substituentů vám umožňují poskytnout kvalitativní posouzení distribuce elektronové hustoty v noneighted molekule a předpovídat jeho vlastnosti.
Většina organických sloučenin má molekulární strukturu. Atomy v látkách s molekulárním typem struktury vždy tvoří pouze kovalentní vazby vzájemně, což je pozorováno v případě organických sloučenin. Připomeňme si, že kovalent se nazývá tento typ komunikace mezi atomy, který je implementován v důsledku skutečnosti, že atomy zobecňuje část svých vnějších elektronů, aby získala elektronickou konfiguraci vznešeného plynu.
Počet běžných elektronických párů mohou být kovalentní vazby v organických látkách rozděleny do jednoho, dvojitého a trojitého. Tyto typy dluhopisů v grafickém vzorci, respektive, jeden, dva nebo tři funkce jsou uvedeny:
Multiplicita komunikace vede ke snížení jeho délky, takže jediné C-C spojení má délku 0,154 nm, dvojité C \u003d s vazbou - 0,134 nm, trojité S≡С připojení - 0,120 nm.
Typy odkazů prostřednictvím překrývající se orbitální
Jak je známo, orbitální může mít jinou formu, například s-orbitály mají sférický a p-činka tvar. Z tohoto důvodu se komunikace může také lišit ve způsobu překrývajících se elektronických orbitálů:
Komunikace - vytvořená, když se orbital překrývá tak, aby jejich překrývající se oblast protíná linku spojující jádro. Příklady ϭ-odkazy:
π-dluhopisy jsou tvořeny, když se orbitální překrytí, ve dvou oblastech - výše a pod vedením spojovacího jádra atomů. Příklady π-odkazy:
Jak zjistit, když jsou v molekule π- a ϭ-odkazy?
S kovalentním typem komunikace je vazba mezi dvěma atomy vždy a π-Bond má pouze v případě více (dvojitých, trojitých) vazeb. Kde:
- Jedna komunikace - vždy ϭ-dluhopis
- Dvojitá vazba se vždy skládá z jednoho ϭ a jednoho π-komunikace
- Triple vztah je vždy tvořen jedním ϭ- a dvěma π-dluhopisy.
Ukazujeme tyto typy vazeb v molekule kyseliny Propin:
Hybridizace atomu uhlíku Orbital
Hybridizace orbitálů se nazývá proces, ve kterém orbitály, zpočátku mají různé tvary a míchané energie, tvořící místo stejného množství hybridních orbitálů rovných tvaru a energie.
Tak například při míchání jednoho s- a tři p-jsou tvořeny čtyři orbitály sP 3.-HyBridní orbitály:
V případě atomů uhlíku v hybridizaci se vždy podílí s-orbitální a číslo p.-Evubitals, které se mohou zúčastnit hybridizace se liší od jedné do tří p-orbitaly.
Jak určit typ hybridizace atomu uhlíku v organické molekule?
V závislosti na tom, zda je atom uhlíku spojen s tím, kolik dalších atomů je buď ve státě. sP 3.buď ve státě sP 2.buď ve státě sp-hybridizace:
Pracujeme pro stanovení typu hybridizace atomů uhlíku na příkladu následující organické molekuly:
První atom uhlíku je spojen se dvěma dalšími atomy (1H a 1C), což znamená, že je ve stavu sp.-Hybridizace.
- Druhý atom uhlíku je spojen se dvěma atomy - sp.-Hybridizace
- Třetí atom uhlíku je spojen se čtyřmi dalšími atomy (dva c a dva n) - SP 3.-Hybridizace
- Čtvrtý atom uhlíku je spojen se třemi dalšími atomy (2O a 1C) - sP 2.-Hybridizace.
Radikální. Funkční skupina
Pod pojmem radikál, nejčastěji implikuje uhlovodíkový radikál, který je zbytek molekuly jakéhokoliv uhlovodíku bez jediného atomu vodíku.
Název uhlovodíkové radikály je vytvořen na základě názvu subfixu substituovaného uhlovodíku -An. na příponu -Il. .
Funkční skupina - Strukturální fragment organické molekuly (některá skupina atomů), která je zodpovědná za jeho specifické chemické vlastnosti.
V závislosti na tom, který z funkčních skupin v molekule látky je starší, sloučenina se týká určité třídy.
R je označení uhlovodíkové substituenty (radikál).
Radikály mohou obsahovat více vazeb, které mohou být také považovány za funkční skupiny, protože více komunikace přispívá k chemickým vlastnostem látky.
Pokud se organická molekula látky obsahuje dvě nebo více funkčních skupin, takové sloučeniny se nazývají polyfunkční.
169375 0
Každý atom má několik elektronů.
Při vstupu do chemických reakcí jsou atomy podávány, získají nebo komunikovat elektrony, dosahují nejstabilnější elektronické konfigurace. Nejstabilnější je konfigurace s nejnižší energií (jako v atomech vznešených plynů). Tento vzor se nazývá "Octet pravidla" (obr. 1).
Obr. jeden.
Toto pravidlo platí pro všechny typy připojení. Elektronické spoje mezi atomy umožňují tvořit stabilní struktury, od nejjednodušších krystalů až po složité biomolekuly tvořících, nakonec živé systémy. Liší se od krystalů s kontinuálním metabolismem. V tomto případě mnoho chemických reakcí probíhá mechanismy elektronický přenoskteří hrají klíčovou roli v energetických procesech v těle.
Chemická vazba je síla, která drží dva nebo více atomů, iontů, molekul nebo libovolnou kombinaci.
Povaha chemické vazby je univerzální: Jedná se o elektrostatickou sílu přitažlivosti mezi negativně nabitými elektrony a pozitivně nabité jádry, určená konfigurací elektronů vnějšího pláště atomů. Schopnost atomu pro tvorbu chemických spojů se nazývá mocenstvíOr. stupeň oxidace. S valencí spojenou s konceptem valenční elektrony - Elektrony tvořící chemické vazby, které jsou umístěny na nejvíce energetickém orbitálu. V důsledku toho se nazývá vnější plášť atomu obsahující tyto orbitální valentýnský plášť. V současné době nestačí k označení přítomnosti chemické vazby, a je nutné vyjasnit jeho typ: iontový, kovalentní, dipól-dipól, kovový.
První typ komunikace -ionic sdělení
V souladu s elektronickou teorií Lewis a valence Kosssel, atomy mohou atomy dosáhnout stabilní elektronické konfigurace dvěma způsoby: Nejprve ztrácí elektrony, otáčení kationtyZadruhé je získáváte anionty. V důsledku elektronického přenosu díky elektrostatické pevnosti přitažlivosti mezi ionty s nábojem opačného znamení, chemická vazba zvaná Cossel " elecctionlent."(Teď se nazývá ionic).
V tomto případě jsou anionty a kationty stabilní elektronickou konfiguraci s externí elektronickou plodou. Typické iontové vazby jsou tvořeny z kationtů T a II skupin periodického systému a aniontů nekovových prvků VI a VII skupin (16 a 17 podskupin - resp. chalcogenov.a halogen). Komunikace v iontových sloučeninách je nenasycená a nesměrová, takže je zachována možnost elektrostatické interakce s jinými ionty. Na Obr. 2 a 3 jsou příklady iontových spojích, které odpovídají elektronickým modelům přenosu ko-axle.
Obr. 2.
Obr. 3. Připojení iontu v tabulce soli molekuly (NaCl)
Zde je vhodné připomenout některé vlastnosti, které vysvětlují zejména chování látek v přírodě, zvažte myšlenku kyselinya pánve.
Vodná roztoky všech těchto látek jsou elektrolyty. Mění různými způsoby indikátory. Mechanismus působení ukazatelů byl otevřen F.V. Ostelad. Ukázalo se, že ukazatele jsou slabé kyseliny nebo báze, jejichž obraz se rozpustí v nespravedlivých a disociovaných stavech.
Základy jsou schopny neutralizovat kyseliny. Ne všechny báze jsou rozpustné ve vodě (například nerozpustné, některé organické sloučeniny, které neobsahují zejména skupiny, zejména triethylamin n (c 2n 5) 3); Rozpustné základny se nazývají alkalický.
Kyseliny vodných roztoků Zadávají charakteristické reakce:
a) s oxidy kovů - s tvorbou soli a vody;
b) s kovy - s tvorbou soli a vodíku;
c) s uhličitanáty - s tvorbou soli, Spolupracovník 2 I. N. 2 Ó..
Vlastnosti kyselin a bází popisují několik teorií. V souladu s teorií S.A. Arrhenius, kyselina je látka, která disociuje s tvorbou iontů N. +, zatímco základní formy ionty Je on. -. Tato teorie nebere v úvahu existenci organických bází, které nemají hydroxylové skupiny.
V souladu s S. protonnateorie Brenstedu a Lowry, kyselina je látka obsahující molekuly nebo ionty, které poskytují protony ( dárciprotony) a základna je látka sestávající z molekul nebo iontů odebraných protonů ( akceptoryprotony). Všimněte si, že ve vodných roztokech iontů vodíku existují v hydratované formě, tj. Ve formě hydroxonitových iontů H 3 O. +. Tato teorie popisuje reakci nejen s ionty vodou a hydroxidem, ale také se provádí v nepřítomnosti rozpouštědla nebo s nevodným rozpouštědlem.
Například v reakci mezi amoniakem Nh. 3 (slabá báze) a chlorid v plynné fázi je tvořen pevný chlorid amonný a 4 částice jsou vždy přítomny v rovnovážné směsi dvou látek, z nichž dva jsou kyseliny, a druhá - báze:
Tato rovnovážná směs se skládá ze dvou konjugovaných párů kyselin a základen:
1) Nh. 4 + I. Nh. 3
2) Hcl.a Klenot ‑
Zde v každém dvojici konjugátů kyseliny a základna se liší na jednom protonu. Každá kyselina má konjugátovou základnu. Slabá konjugátová základna odpovídá závažné kyselině a závažné konjugované bázi.
Teorie Brensteda Lowei vám umožní vysvětlit jedinečnost úlohy vody pro živobytí biosféry. Voda, v závislosti na látce interakce s ním, může vykazovat vlastnosti nebo kyseliny nebo báze. Například v reakcích s vodnými roztoky kyseliny octové jsou voda základna a vodným roztokem amoniaku - kyseliny.
1) CH 3 Coxy. + H 2 O. ↔ H 3 O. + + CH 3 SOO. -. Zde molekula kyseliny octové je protonem molekuly vody;
2) NH3. + H 2 O. ↔ NH4. + + Je on. -. Zde se molekula amoniaku přijímá proton z molekuly vody.
Voda tedy může tvořit dva páry konjugátu:
1) H 2 O. (kyselina) a Je on. - (konjugátová základna)
2) H 3 O. + (kyselina) a H 2 O.(konjugátová základna).
V prvním případě je voda diagnostikována protonem a ve druhém případě ji přijímá.
Tato vlastnost se nazývá amfiprotonalita. Látky, které mohou vstoupit do reakcí v kvalitě a kyselinách a pozemcích, se nazývají amfoterní. V divočině jsou tyto látky běžné. Například aminokyseliny jsou schopny vytvářet soli a kyselinami a s bázemi. Proto peptidy snadno tvoří koordinační sloučeniny s těmi přítomnými kovovými ionty.
Charakteristickým vlastnostem iontového spojení je tedy úplný pohyb UPA vázacích elektronů k jednomu z jader. To znamená, že existuje oblast mezi ionty, kde je elektronická hustota téměř nulová.
Druhý typ komunikace -kovalentní sdělení
Atomy mohou tvořit stabilní elektronickou konfiguraci kombinací elektronů.
Takové spojení je vytvořeno, když je dvojice elektronů generalizován jedním od všech Atom. V tomto případě jsou společné komunikační elektrony rozděleny mezi atomy stejně. Příklady kovalentní komunikace lze volat gomoiderny.dihomatomy molekuly N. 2 , N. 2 , F. 2. Stejný typ komunikace je k dispozici na Allotropics Ó. 2 a Ozone. Ó. 3 a v polyatomické molekule S. 8, stejně jako heteroAnterore molekuly chloroodor Nsl., oxid uhličitý Spolupracovník 2, Metha. Sh. 4, ethanol. Z 2 N. 5 Je on., hexafluorid síry Sf. 6, acetylene. Z 2 N. 2. Ve všech těchto molekulách jsou elektrony stejně běžné a jejich spoje jsou nasycena a řízena stejně (obr. 4).
Pro biologové je důležité, aby ve dvou a trojných vazbách, kovalentní atomy poloměru byly sníženy ve srovnání s jednotnou vazbou.
Obr. čtyři. Covalentní vazba v molekule CL 2.
Iontové a kovalentní typy spojení jsou dva omezující případy mnoha stávajících typů chemických dluhopisů a v praxi většina mezilehlých vazeb.
Sloučeniny dvou prvků umístěných v opačných koncích jedné nebo odlišných období systému MENDELEEV se s výhodou tvoří iontové vazby. Vzhledem k tomu, že měří prvky v období, je iontová povaha jejich sloučenin snížena a zvyšuje se kovalentní. Například halogenidy a oxidy prvků levé části periodické tabulky tvoří převážně iontové připojení ( NaCl, Agbr, Baso 4, Caco 3, Kno 3, Cao, NaOH) a stejná vazba prvků pravé části tabulky - kovalentní ( H20, CO 2, NH3, NO 2, CH 4, fenol C6H 5 OH, glukóza C6H 12 O 6, ethanol. Od 2N 5).
Kovalentní vazba má zase další modifikace.
V polyhytomických iontech a ve složitých biologických molekulách se obě elektrony mohou vyskytnout pouze od jedenatom. To se nazývá dárceelektronický pár. Atom, kompatibilní s dárcem této dvojice elektronů, se nazývá akceptorelektronický pár. Takový druh kovalentní komunikace je pojmenován koordinace (dárce-akceptor, nebodativ) společenstvi(Obr. 5). Tento typ komunikace je nejdůležitější pro biologii a medicínu, protože chemie nejdůležitějších D-prvků pro metabolismus je do značné míry popsána koordinačními vazbami.
PC. Pět.
Jako pravidlo, v komplexní sloučenině, atom kovů působí jako akceptor elektronického páru; Naopak s iontovými a kovalentními vazbami je kovový atom elektronovým dárcem.
Podstatou kovalentní vazby a jeho odrůd - koordinační komunikace - lze vyjasnit pomocí jiné teorie kyselin a důvodů navržených GG. Lewis. On poněkud rozšířil sémantický koncept pojmů "kyselina" a "základna" na teorii brenstead-lowry. Lewisova teorie vysvětluje povahu tvorby komplexních iontů a účasti látek v reakcích nukleofilní substituce, tj. V tvorbě policajta.
Podle Lewisu je kyselina látka schopná vytvářet kovalentní spojení přijetím elektronického páru ze základny. Lewisová základna se nazývá látka se středním bez elektronového páru, který otočením elektronů tvoří kovalentní vazbu s kyselinou Lewisic.
To znamená, že Lewis teorie rozšiřuje kruh reakcí kyselých bází také na reakci, ve které se protony vůbec neúčastní. Kromě toho je proton samotná, podle této teorie, je také kyselina, protože je schopna přijmout elektronický pár.
V důsledku toho jsou podle této teorie kationty leewasic kyseliny a anionty jsou Lewis Bases. Příkladem je následující reakce:
Je třeba poznamenat, že subdivize látek na iontové a kovalentní relativní, protože úplný přechod elektronu na atomy kovů k akceptorovým atomům v kovalentních molekulech nedochází. Ve sloučeninách s iontovým vazbou se každá ion nachází v elektrickém poli iontů opačného označení, takže se vzájemně polarizují a jejich skořápky jsou deformovány.
Polarizovatelnosturčená elektronickou strukturou, nábojem a velikostí iontů; Jsou vyšší než u kationtů. Největší polarizovatelnost mezi kationty - kationty většího náboje a menší, například HG 2+, CD 2+, PB 2+, Al 3+, TL 3+. Silná polarizační akce má N. +. Vzhledem k tomu, že vliv polarizace iontů je bilaterální, významně mění vlastnosti sloučenin tvořených nimi.
Třetí komunikační typ -dipól-dipole sdělení
Kromě uvedených typů komunikace rozlišuje dipól-dipól intermolekulárníinterakce také lupičové masy .
Síla těchto interakcí závisí na povaze molekul.
Mix interakcí tří typů: permanentní dipól - permanentní dipól ( dipól-dipole atrakce); Permanentní dipól - indukovaný dipól ( indukční atrakce); Instantní dipól - indukovaný dipól ( disperze atrakce nebo londýnské síly; Obr. 6).
Obr. 6.
Dipól-dipól moment má pouze molekuly s polární kovalentní vazby ( HC1, NH3, SO 2, H20, C6H5 Cl) a komunikační síla je 1-2 debay.(1d \u003d 3,338 × 10 -30 Přívěsek měřičů - Cl × m).
V biochemii se rozlišuje ještě jeden typ komunikace - vodík komunikace, která je extrémním případem dipól-dipole atrakce. Tento vztah je tvořen přitažlivostí mezi atomem vodíku a elektronegativním atomem malé velikosti, nejčastěji - kyslíku, fluor a dusík. S velkými atomy s podobnou elektronily (například s chlorem a šedou), je vodíková vazba významně slabší. Atom vodíku se vyznačuje jedním základním znakem: když se vyznačuje vazebnými elektrony, jeho jádro - proton - se odebírá a přestává aplikovat elektrony.
Proto atom se změní na hlavní dipól.
Vodíková vazba, na rozdíl od vanderwals, je tvořen nejen pro intermolekulární interakce, ale také uvnitř jedné molekuly - intramolekulárnívodíková vazba. Napájecí vodíkové vazby hrají významnou roli v biochemii, například stabilizovat strukturu proteinů ve formě A-šroubovice nebo pro tvorbu dvojité DNA helixu (obr. 7).
Obr.7.
Dluhopisy vodíku a vanderwalts jsou mnohem slabší než iontové, kovalentní a koordinace. Energie intermolekulárních spojů je uvedena v tabulce. jeden.
Stůl 1. Energie intermolekulární energie
Poznámka: Stupeň intermolekulárních interakcí odrážejí ukazatele entalpie tavení a odpařování (varu). Sloučeniny iontů jsou nutné pro oddělení iontů mnohem více energie než pro separaci molekul. Entalpie tání iontové sloučeniny jsou významně vyšší než molekulární sloučeniny.
Čtvrtý typ komunikace -kovová komunikace
Konečně existuje další typ intermolekulárních vazeb - kov: Komunikace pozitivních kovových mřížových iontů s volnými elektrony. V biologických objektech není tento typ komunikace nalezen.
Od stručného přehledu typů dluhopisů, jeden kus je nalezen: důležitý parametr atomu nebo kovového iontu - elektronů dárce, stejně jako atom - akceptor elektronů je jeho velikost.
Bez toho, aby se dostali do detailů, poznamenáváme, že kovalentní poloměry atomů, iontové poloměry kovů a poloměry vanderwalia interakčního molekul se zvyšují, protože zvyšují jejich pořadové číslo v periodických skupinách. Současně jsou hodnoty iontů radii nejmenší a poloměr vantherwalvas - největší. Jak je pravidlo při pohybu skupiny, poloměry všech prvků zvyšují jak kovalentní, tak v vandi.
Největší hodnota pro biologové a lékaři mají koordinace(dárce-akceptor.) Komunikace zvažovaná koordinační chemie.
Lékařské bioornery. Gk. Barashkov.
V podstatě má atom uhlíku s (1S 2 2S 2 2p 2) dvě nepárové elektrony, které mohou být vytvořeny pouze dvě běžné elektronické páry. Ve většině jeho sloučenin však uhlíkový tetravalenten. To je vysvětleno tím, že atom uhlíku, absorbuje malé množství energie, jde do vzrušenýho stavu, ve kterém má 4 nepárový elektron, tj. Vytvořený formulářem čtyři Kovalentní vazby a účast na tvorbě čtyř všeobecných elektronických párů:
6 s 1S 2 2S 2 2P 2 6 C * 1S 2 2S 1 2p 3.
| ↓ | ||||||||||||
| 1 | ↓ | P. | ↓ | P. | ||||||||
| S. | S. | |||||||||||
Excitační energie je kompenzována tvorbou chemických vazeb, které se vyskytuje s uvolňováním energie.
Atomy uhlíku mají schopnost tvořit tři typy hybridizace elektronických orbitálů ( sP 3., sP 2., sp.) A vytvoření více (dvojitých a trojitých) připojení (tabulka 2.2).
Tabulka 2.2.
Typy hybridizace a geometrie molekuly
Jednoduchá (jednoduchá) s komunikací se provádí na sP 3.-Hybridizace, ve kterých jsou všechny čtyři hybridní orbitální prvky ekvivalentní a mají zaostření do prostoru pod úhlem 109 ° 29 'a jsou orientovány na vrcholy správného tetrahedronu (obr. 2,8).
Obr. 2.8. Vzdělávací molekula metan CH 4
Pokud hybridní orbitály uhlíkových překrytí s kulovou s.-Vyskupin atom vodíku, tvoří nejjednodušší organický sloučenina methan CH 4 - limitový uhlovodík.
Velkého zájmu je studium dluhopisů atomů uhlíku mezi sebou as atomy jiných prvků. Zvažte strukturu molekul ethanu, ethylenu a acetylenu.
Úhly mezi všemi přípojkami v molekule ethanu jsou téměř přesně stejné (Obr. 2.9) a neliší se od rohů C - H v molekule metanu.
V důsledku toho jsou atomy uhlíku ve stavu sP 3.-Hybridizace.
Obr. 2.9. Ethanová molekula s 2 h 6
Hybridizace elektronických orbitálů atomů uhlíku může být neúplná, tj. Dva se mohou zúčastnit ( sP 2.-Hypebridizace) nebo jeden ( sp.-Hypebridizace) tří r.-Evubitals. V tomto případě jsou vytvořeny atomy uhlíku pastreat. (dvojitý nebo trojitý). Uhlovodíky s více spojkami se nazývají nenasycené nebo nenasycené. Dvojitá vazba (c \u003d c) je tvořena, když sP 2.-Hybridizace.
V tomto případě je každý z atomů uhlíku jeden ze tří r.-Evubitals se neúčastní hybridizace, protože výsledek jsou tvořeni sP 2.-HyBridní orbitály umístěné v jedné rovině pod úhlem 120 ° k sobě, a ne-liberální 2 r.- Sorbital je kolmý k této rovině. Dva atomy uhlíku jsou navzájem spojeny, tvoří jednu S-komunikaci v důsledku překrývajících se hybridních orbitálů a jednoho P-link v důsledku překrývání r.-Evubitals.
Interakce volného hybridního uhlíku orbitálu 1 s.-Rbital atomy vodíku vede k tvorbě ethylenu molekuly C2H4 (obr. 2.10) - nejjednodušší reprezentativní nenasycené uhlovodíky.
Obr. 2.10. Tvorba molekuly ethylenu s 2 h 4
Překrývající se elektronických orbitálů v případě p-dluhopisů je menší a zóna se zvýšenou hustotou elektronů leží na jádrech atomů, takže tento vztah je méně trvanlivý než S-Bond.
Trojitá vazba je tvořena jednou S-komunikací a dvěma p-odkazy. Elektronické orbitály jsou ve stavu SP-hybridizace, jejichž tvorba je způsobena s.- a jeden r.-Subitály (obr. 2.11).
Dva hybridní orbitály jsou umístěny pod úhlem 180 ° vzájemného vzájemného vzájemného a zbývajícího nehlášeného r.-Evubitals jsou umístěny ve dvou vzájemně kolmých letadlech. Tvorba trojité vazby probíhá v acetylenové molekuly C 2H2 (viz obr. 2.11).
Obr. 2.11. Tvorba molekuly acetylenu s 2 h 2
Speciální typ komunikace probíhá, když je vytvořena benzenová molekula (od 6 hodin) - nejjednodušší reprezentant aromatických uhlovodíků.
Benzol obsahuje šest atomů uhlíku spojených mezi sebou v cyklu (benzenový kruh) a každý atom uhlíku je ve stavu SP 2-hybridizace (obr. 2.12).
Obr. 2.12. SP 2 - Orbitální benzenové molekuly s 6 h 6
Všechny atomy uhlíku jsou součástí benzenové molekuly jsou umístěny ve stejné rovině. Každý atom uhlíku ve stavu SP 2-hybridizace je další ne-liberální p-orbital s nepárovým elektronem, který tvoří P-link (obr. 2.13).
Osa taková r.-Evubitals umístěné kolmo k rovině molekuly benzenu.
Všech šest nonregid. r.Pojiva tvoří běžnou vazebnou molekulovou p-orbitální a všech šesti elektronů se spojí do p-elektronické sekty.
Hraniční povrch takové orbitální se nachází nad a pod rovinou uhlíkového S-Skeletonu. V důsledku kruhového překrývání se vyskytuje jeden delokalizovaný p-systém, pokrývající všechny atomy uhlíkových cyklů (obr. 2.13).
Benzol je schematicky znázorněn ve formě šestiúhelníku s kruhem uvnitř, což naznačuje, že existuje delokalizace elektronů a odpovídajících vazeb.
Obr. 2.13. - Komunikace v molekule benzenu s 6 h 6
Chemická komunikace ION
Komunikace iontů - Chemická vazba vytvořená v důsledku vzájemné elektrostatické přitažlivosti opačných nabitých iontů, ve kterém je stabilní stav dosažen celkovým přechodem celkové hustoty elektronů na atom více elektronegativního prvku.
Čistě iontové spojení je lhůta kovalentní vazby.
V praxi není realizován úplný přechod elektronů z jednoho atomu k jinému atomu komunikace, protože každý prvek má větší nebo menší (ale ne nulový) EO, a jakákoliv chemická vazba bude poněkud kovalentní.
Takové připojení se vyskytuje v případě velkého rozdílu atomů EO, například mezi kationty s.-Mets prvního a druhého skupin periodického systému a aniontů non-kovů skupiny VIA a VIIA (LIF, NaCl, CSF atd.).
Na rozdíl od kovalentní komunikace iON připojení nemá . To je vysvětleno tím, že elektrické pole iontu má sférickou symetrii, tj. klesá se vzdáleností ve stejném zákoně v libovolném směru. Proto je interakce mezi ionty bez ohledu na směr.
Interakce dvou iontů opačného znaku nemůže vést k úplné vzájemné kompenzaci svých mocností. Díky tomu udržují schopnost přilákat ionty opačného znamení a v jiných destinacích. Proto na rozdíl od kovalentního spojení, iontická komunikace je také charakterizována nenasycená .
Nedostatek záření a sytosti v iontovém vztahu způsobuje sklon iontových molekul do sdružení. Všechny iontové sloučeniny v pevném stavu mají iontová krystal mříž, ve kterém je každý ion obklopen několika ionty opačného znaménka. Ve stejné době, všechny vazby tohoto iontu se sousedními ionty jsou ekvivalentní.
Kovová komunikace
Kovy se vyznačují řadou speciálních vlastností: elektrická a tepelná vodivost, charakteristická kovová lesk, kování, vysoká plasticita, vysoká pevnost. Tyto specifické vlastnosti kovů mohou být vysvětleny speciálním typem chemické vazby kov .
Kovová vazba je výsledkem překrývání delokalizovaných orbitálních atomů, které spojují v krystalické kovové mřížce.
Většina kovů na vnější úrovni elektronů má významný počet prázdných orbitálů a malý počet elektronů.
Proto je energeticky výhodnější, že elektrony nejsou lokalizovány, ale patřily do celého atomu kovů. V uzlech kovové mřížky jsou pozitivně nabité ionty, které jsou ponořeny do elektronického plynu distribuovaného v celém kovu:
Mě ↔ mě n + + n.
Existuje elektrostatická interakce mezi pozitivně nabitým iontem kovových iontů (ME N) a nesilzněmi elektrony (n), což zajišťuje odolnost látky. Energie této interakce je mezi energií kovalentních a molekulárních krystalů meziprodukty. Proto prvky s čistou kovovou kravatu ( s.-, I. p.- Prvky) se vyznačují relativně vysokými teplotami tání a tvrdosti.
Přítomnost elektronů, které se mohou volně pohybovat z hlediska krystalu a poskytne specifické vlastnosti
Vodíková komunikace
Vodíková komunikace – speciální typ intermolekulární interakce. Atomy vodíku, které jsou kovalentně spojeny s atomem elementu, který má vysokou hodnotu elektronegability (nejčastěji F, O, N, stejně jako Cl, S a C), nesou relativně vysoký účinný náboj. V důsledku toho mohou tyto atomy vodíku elektrostaticky interagovat s atomy specifikovaných prvků.
Atom H D + jedna molekula vody je tedy orientována, a proto interakce (což je znázorněno ve třech bodech) s atomem D - jinou molekulou vody:
Dluhopisy tvořené N atomem umístěným mezi dvěma atomy elektronegativních prvků se nazývají vodík:
d-D + D-
A - n × × in
Energie vodíkových vazeb je podstatně menší než energie konvenční kovalentní vazby (150-400 kJ / mol), ale tato energie je dostatečná, aby způsobila agregaci molekul odpovídajících sloučenin v kapalném stavu, například v Kapalný fluorid vodíku HF (obr. 2.14). Pro připojení fluorů dosáhne přibližně 40 kJ / mol.
Obr. 2.14. Agregace molekul HF v důsledku vodíkových vazeb
Délka vodíkové vazby je také menší než délka kovalentní vazby. Tak, v polymeru (HF) N, délka spojení F-H \u003d 0,092 nm a spojení f ∙∙∙ H \u003d 0,14 nm. Ve vodě, délka délky vazby o - H \u003d 0,096 nm a vazby o ∙∙∙ H \u003d 0,177NM.
Tvorba intermolekulárních vodíkových vazeb vede k významné změně vlastností látek: zvýšení viskozity, dielektrické konstanty, teploty varu a tání.
Podobné informace.