Tipuri de legături chimice. Legăturile covalente cu participarea atomului de carbon tip de comunicare între atomi în substanțele organice

Varietate de substanțe anorganice și organice

Chimia organică este chimia compușii de carbon. Compușii de carbon anorganici includ: oxizi de carbon, acid coalic, carbonați și hidrocarburi, carburi. Substanțe organice, cu excepția carbonului conține hidrogen, oxigen, azot, fosfor, sulf etc.. Atomii de carbon pot forma lanțuri lungi și ramificate, inele, atașați alte elemente, prin urmare numărul compușilor organici a abordat 20 de milioane, în timp ce substanțele anorganice apar puțin mai mult de 100 de mii.

Baza de dezvoltare a chimiei organice este teoria structurii compușilor organici A. M. Butlerova. Un rol important în descrierea structurii compușilor organici aparține conceptului de valență, care caracterizează capacitatea atomilor la formarea legăturilor chimice și determină numărul acestora. Carbon în compuși organici Întotdeauna răsucite. Postulatul principal al teoriei lui A. M. BuLerova este prevederea structurii chimice a substanței, adică legătura chimică. Această procedură este afișată utilizând formule structurale. Teoria butlerova aprobă ideea că fiecare substanță are anumite structuri chimice și proprietățile substanțelor depind de structură.

Teoria structurii chimice a compușilor organici A. M. Butlerova

Doar cum, pentru chimia anorganică, baza dezvoltării este legea periodică și sistemul periodic al elementelor chimice din D. I. Mendeleev, pentru substanțele chimice organice, fundamentalul a devenit.

Teoria structurii chimice a compușilor organici A. M. Butlerova

Postulatul principal al teoriei Butlerov este prevederea structurii chimice a unei substanțe în care este înțeleasă ordinea, secvența compusului reciproc al atomilor în moleculă, adică comunicații chimice.

Structura chimică - Ordinea compusului de atomi de elemente chimice din moleculă în funcție de valența lor.

Această comandă poate fi afișată utilizând formule structurale, în care valența atomilor este indicată: un copil corespunde unei unități de valență a unui atom de element chimic. De exemplu, pentru o substanță organică a metanului având o formulă moleculară de CH4, formula structurală arată astfel:

Principalele prevederi ale teoriei A. M. Butlerova:

· Atomii în moleculele de substanțe organice sunt asociate între ele. În funcție de valența lor. Carbonul în compușii organici este întotdeauna în patru coadă, iar atomii săi sunt capabili să se combine reciproc, formând diferite lanțuri.

· Proprietățile substanțelor sunt determinate nu numai de compoziția lor calitativă și cantitativă, ci și prin ordinul compusului atomilor din moleculă, adică structura chimică a substanței.

· Proprietățile compușilor organici depind nu numai de compoziția substanței și de ordinea compusului atomilor din molecula sa, dar și de la influența reciprocă a atomilor și grupuri de atomi unul pe celălalt.

Teoria structurii compușilor organici este o învățătură dinamică și în curs de dezvoltare. Ca cunoaștere a naturii legăturii chimice, efectul structurii electronice a moleculelor de materie organică a început să utilizeze, cu excepția formulelor empirice și structurale, electronice. În astfel de formule arată direcția deplasarea perechilor electronice în moleculă.

Chimia cuantică și chimia structurii compușilor organici au confirmat predarea despre direcția spațială a obligațiunilor chimice (ISSomerismul CSI și TRAV), a studiat caracteristicile energetice ale tranzițiilor reciproce în izomeri, ne-a permis să judecăm influența reciprocă a atomilor în molecule de diferite substanțe, a creat condiții prealabile pentru prezicerea tipurilor de izomerism și direcții și direcții și mecanisme pentru scurgerea reacțiilor chimice.

Substanțele organice au o serie de caracteristici.

· Compoziția tuturor substanțelor organice constă din carbon și hidrogen, astfel încât acestea să fie formate la ardere dioxid de carbon și apă.

· Substanțe organice Construit dificil și poate avea o greutate moleculară imensă (proteine, grăsimi, carbohidrați).

· Substanțele organice pot fi plasate în rândurile compoziției, structurii și proprietăților similare omologi.

· Pentru substanțele organice, caracteristica este isomeria..

Isomerius și omologia substanțelor organice

Proprietățile substanțelor organice depind nu numai de compoziția lor, ci și de la ordinea compusului atomilor din moleculă.

Isomeria.- Aceasta este apariția existenței unor substanțe diferite - izomeri cu aceeași compoziție calitativă și cantitativă, adică cu aceeași formulă moleculară.

Există două tipuri de izomerie distincte: structurală și spațială (stereoisomeria). Izomerii structurali diferă una de cealaltă prin ordinea comunicării atomilor în moleculă; Stereoizomeri - aranjamentul atomilor în spațiu cu aceeași ordine de conexiuni între ele.

Principalele tipuri de izomerie:

· Izomerismul structural - substanțele diferă prin procedura de conectare a atomilor în molecule:

1) izomerismul scheletului de carbon;

2) Poziția izomerilației:

• conexiuni multiple;
• deputați;
• grup functional;

3) izomerismul seriei omoloage (inter-ciudat).

· Izomerismul spațial - Moleculele de substanțe se disting prin ordinea comunicării atomilor și poziția lor în spațiu: cis-, trans izomeria (geometrică).

Clasificarea substanțelor organice

Se știe că proprietățile substanțelor organice sunt determinate prin compoziția și structura chimică. Prin urmare, nu este surprinzător faptul că clasificarea compușilor organici este teoria structurii - teoria lui A. M. Butlerova. Substanțe organice clasificate în funcție de prezența și ordinea compusului de atomi în moleculele lor. Partea cea mai durabilă și cea mai mică a moleculei de materie organică este ea schelet - lanț de atomi de carbon. În funcție de ordinea compusului atomilor de carbon din acest lanț, substanțele sunt împărțite în aciclicfără a conține lanțuri închise de atomi de carbon în molecule și carbociclicconținând astfel de lanțuri (cicluri) în molecule.

În plus față de atomii de carbon și de hidrogen, moleculele de substanțe organice pot conține atomi și alte elemente chimice. Substanțele din moleculele din care aceste așa-numite heteroatomi sunt incluse în circuitul închis, sunt denumite compuși heterociclici.

Heteroatomie(oxigenul, azotul etc.) pot face parte din molecule și compuși aciclici, formând grupări funcționale în ele, de exemplu,

hidroxil.

carbonil.

,

carboxyl.

,

grupul amino.

.

Grup functional - un grup de atomi, care determină proprietățile chimice cele mai caracteristice ale substanței și aparținând unei clase specifice de compuși.

Nomenclatorul compușilor organici

La începutul dezvoltării chimiei organice, au fost desemnați compușii deschisi de compuși numele trivialeadesea asociate cu istoricul preparatului lor: acid acetic (care este baza de oțet de vin), acid ulei (format în unt), glicol (adică "dulce") etc., etc, deoarece numărul de substanțe noi deschise a crescut atingerea nume cu structura lor. Acesta este modul în care au apărut nume raționale: metillinică, dietilamină, alcool etilic, metil etil cetonă, pe baza numelui celui mai simplu compus. Pentru compuși mai complexi, nomenclatura rațională este nepotrivită.

Teoria structurii lui A. M. BuLerova a dat baza pentru clasificarea și nomenclatorul compușilor organici pe elemente structurale și de localizarea atomilor de carbon în moleculă. În prezent, cel mai consumabil este nomenclatorul dezvoltat de Uniunea Internațională de Chimie Teoretică și Aplicată (IUPAC)numit nomenclatură Jupak.. Regulile evreului recomandă formarea de titluri mai multe principii, una dintre ele - principiul înlocuirii. Pe baza acestui fapt, a fost dezvoltată o nomenclatură de substituție, care este cea mai universală. Prezentăm mai multe reguli de bază ale nomenclaturii înlocuitoare și luați în considerare utilizarea lor pe exemplul unui compus heterofuncțional care conține două grupe funcționale - aminoacizi leucine:

1. Titlul compușilor se bazează pe structura sursei (lanțul principal al moleculei aciclice, un sistem carbociclic sau heterociclic). Numele structurii sursei este baza titlului, rădăcina cuvântului.

În acest caz, structura generală este un lanț de cinci atomi de carbon asociat cu legături unice. Astfel, partea rădăcină a numelui este Pentan.

2. Grupurile și substituenții caracteristici (elemente structurale) sunt notate prin prefixe și sufixe. Grupurile caracteristice sunt împărțite în vechime. Ordinea vechimii grupurilor principale:

Dezvăluie grupul caracteristic mai vechi, care este notat în sufix. Toți ceilalți substituenți sunt numiți prefixul în ordine alfabetică.

În acest caz, grupul caracteristic mai vechi este carboxil, adică acest compus se referă la clasa de acizi carboxilici, prin urmare, la partea indigenă a numelui se adaugă acid. Al doilea grup de vechime este un grup amino, care este indicat de prefixul amino. În plus, molecula conține un metil substituent de hidrocarburi. Astfel, numele titlului este un acid incident aminoometil.

3. Numele include desemnarea legăturii duble și triple, care merge imediat după rădăcină.

Compusul în cauză nu conține mai multe conexiuni.

4. Atomii înălțimii gradului în număr. Numerotarea începe de la capăt al lanțului de carbon la care grupul caracteristic mai vechi este mai aproape:

Numerotarea lanțului pornește de la atomul de carbon inclus în grupul carboxil, acesta este atribuit acestuia 1. În acest caz, gruparea amino va fi cu carbon 2 și metil - cu carbonul 4.

Astfel, leucina naturală de aminoacid conform regulilor acidului 3-amino-4-metilpenhanic.

Hidrocarburi. Clasificarea hidrocarburilor

Hidrocarburi - Aceștia sunt compuși constând numai din atomii de hidrogen și de carbon.

În funcție de structura lanțului de carbon, compușii organici sunt împărțiți în conexiuni cu lanț deschis - aciclic (alifatică) și ciclic - cu un lanț închis de atomi.

Ciclice sunt împărțite în două grupe: compuși carbociclici (ciclurile sunt formate numai de atomii de carbon) și heterociclic (Ciclurile includ alți atomi, cum ar fi oxigenul, azotul, sulful).

Compușii carbociclici, la rândul lor, includ două rânduri de compuși: aliciclic și aromatice.

Compuși aromatici pe baza structurii moleculelor au cicluri conținând carbon cu un sistem închis special de P-ElectroniFormarea unui sistem comun comun (Single π-electrimobraco). Aromatics este caracteristic multor compuși heterociclici.

Toate celelalte compuși carbociclici se referă la un rând aliciclic.

Ambele hidrocarburi aciclice (alifatice) și ciclice pot conține comunicații multiple (dublu sau triple). Astfel de hidrocarburi sunt numite neprevăzut (nesaturate), spre deosebire de limita (saturată), conținând numai conexiuni unice.

Limitați apelul hidrocarburilor alifatice alcananss.Acestea au o formulă generală cu N 2N + 2, unde n este numărul de atomi de carbon. Numele lor vechi este adesea folosit în prezent - parafine:

Hidrocarburi alifatice neprevăzute care conțin o legătură dublă, au primit un nume alkens.. Au o formulă generală C n H 2N:

Hidrocarburi alifatice nesaturate cu două conexiuni duble alkadienami.. Formula lor generală C n H 2N-2:

Hidrocarburi alifatice neprevăzute cu un apel triplu de legătură alcina.. Formula lor generală C n H 2N - 2:

Limitați hidrocarburile aliciclice - cicloalcani, formula lor generală cu N H 2N:

Grupul special de hidrocarburi, aromatice sau arenov. (cu un sistem L-electronic complet închis), cunoscut din exemplul de hidrocarburi cu o formulă generală cu NN 2N - 6:

Astfel, dacă există unul sau mai mulți atomi de hidrogen în moleculele lor pentru a înlocui alți atomi sau grupări de atomi (halogeni, grupări hidroxil, grupări amino etc.), se formează derivați de hidrocarburi: derivați de halogen, conținând oxigen conținând azot și alți compuși organici.

Gama homologică de hidrocarburi

Hidrocarburi și derivații lor cu aceeași grupare funcțională formează rânduri omoloage.

Omologă apropiată Acestea numesc un număr de compuși aparținând unei clase (omologi), situate în ordine ascendentă a maselor lor moleculare relative similare structurii și proprietăților chimice, în care fiecare membru diferă de cea anterioară pe diferența omologă CH 2. De exemplu: CH4-metan, C2H6-etan, C3H8-propan, C4H 10 - Bhutan etc. Similitudinea proprietăților chimice ale omologilor simplifică în mare măsură studiul compușilor organici.

Izomeri ai hidrocarburilor

Acei atomi sau grupuri de atomi care definesc proprietățile cele mai caracteristice ale acestei clase de substanțe sunt numite grup functional.

Derivații de halogen de hidrocarburi pot fi considerați ca produse de substituție în hidrocarburi ale unuia sau mai multor atomi de hidrogen de halogen. În conformitate cu aceasta, limita și neprevăzută mono-, di-, trei- (în general poli-) derivați de halogen.

Formula generală pentru derivatele monogalogice ale hidrocarburilor:

Și compoziția este exprimată prin formula

În cazul în care R este reziduul din hidrocarbura limită (alcan), radicalul de hidrocarbură (această denumire este de asemenea utilizat în continuare atunci când se ia în considerare și alte clase de substanțe organice), G este un atom de halogen (F, CI, BR, I).

De exemplu:

Să dăm un exemplu de digalgeză:

LA substanțe organice care conțin oxigen Acestea sunt alcooli, fenoli, aldehide, cetone, acizi carboxilici, simpli și esteri. Alcoolii sunt derivați de hidrocarburi în care unul sau mai mulți atomi de hidrogen sunt substituiți cu grupări hidroxil.

Alcoolii sunt numiți monatomici, dacă au o grupare hidroxil și limita, dacă sunt derivați alcanov.

Formula generală pentru limită alcool simultan:

Și compoziția lor este exprimată prin formula generală:

De exemplu:

Exemple cunoscute alcooli polistionali, adică mai multe grupări hidroxil:

Fenolii - derivați ai hidrocarburilor aromatice (rând de benzen), în care unul sau mai mulți atomi de hidrogen din inelul benzen sunt substituiți cu grupări hidroxil.

Cel mai simplu reprezentant cu formula C6H5 OH sau

numit fenol.

Aldehide și cetone - derivați ai hidrocarburilor care conțin grupare carbonil de atomi

(carbonil).

În molecule aldehides. O conexiune carbonil este conectată la un atom de hidrogen, altul cu un radical hidrocarbonat. Formula generală de aldehide:

De exemplu:

Cand cetone Gruparea carbonil este asociată cu radicalii (în cazul general diferit), formula generală a cetonelor:

De exemplu:

Compoziția aldehidelor limită și a cetonelor este exprimată prin formula cu 2N H 2N O.

Acizi carboxilici - derivați de hidrocarburi care conțin grupări carboxil

(sau -son).

Dacă o grupare carboxil este într-o moleculă acidă, atunci acidul carboxilic este monosular. Formula generală de limitare a acizilor mono-anormali:

Compoziția lor este exprimată prin formula cu N 2N O 2.

De exemplu:

Simple eteri Există substanțe organice care conțin două radicali de hidrocarburi conectate printr-un atom de oxigen: R-O-R sau R1 -O-R2.

Radicalii pot fi aceiași sau diferiți. Compoziția eterică este exprimată prin formula C n H 2N + 2 O.

De exemplu:

Esențiale- Compușii formați prin înlocuirea atomului de hidrogen al grupării carboxilului în acizi carboxilici pe un radical hidrocarbonat.

Formula generală pentru esteri:

De exemplu:

Nitro compus. - derivați ai hidrocarburilor în care unul sau mai mulți atomi de hidrogen sunt substituiți pe grupa nitro -Nu 2.

Formula generală de limită Monofime Compuși:

Și compoziția este exprimată prin formula generală C n H 2N + 1 nr. 2.

De exemplu:

Arezentați cu nitro-produse:

Amines. - Compușii care sunt considerați ca amoniac derivați (NH3), în care atomii de hidrogen sunt substituiți cu radicali de hidrocarburi. În funcție de natura radicalului, aminele pot fi alifatice, de exemplu:

și aromatice, de exemplu:

În funcție de numărul de atomi de hidrogen substituiți asupra radicalilor distinge:

amine primare Cu formula generală:

secundar - cu formula generală:

terţiar - cu formula generală:

În cazul particular, aminele secundare, precum și terțiare ale radicalilor pot fi aceleași.

Aminele primare pot fi de asemenea considerate ca derivați ai hidrocarburilor (alcani), în care un atom de hidrogen este substituit pe grupa amino -NH2. Compoziția aminelor primare limită este exprimată prin formula C n H 2N + 3 N.

De exemplu:

Aminoacizii conțin două grupări funcționale conectate la un radical hidrocarbonat: amino grup -NH2 și carboxil-cooh.

Formula generală a α-aminoacizilor (ele sunt cele mai importante pentru construirea de proteine \u200b\u200bdin care constau organisme vii):

Compoziția aminoacizilor de limitare care conține o grupă amino și un carboxil este exprimată prin formula C n H 2N + 1 nr. 2.

De exemplu:

Alți compuși organici importanți, care au mai multe grupări funcționale diferite sau identice, sunt cunoscute și lanțuri lungi liniare asociate cu inelele benzenice. În astfel de cazuri, determinarea strictă a apartenenței substanței la o anumită clasă este imposibilă. Acești compuși sunt adesea izolați în anumite grupe de substanțe: carbohidrați, proteine, acizi nucleici, antibiotice, alcaloizi etc.

În prezent, există și mulți compuși care pot fi atribuiți organicului și anorganic. X sunt numiți compuși elemenodorganici. Unele dintre ele pot fi considerate derivate ale hidrocarburilor.

De exemplu:

Există compuși având aceeași formulă moleculară care exprimă compoziția substanțelor.

Fenomenul izomerismului este că există mai multe substanțe diferite în proprietățile substanțelor care au aceeași compoziție a moleculelor, dar o structură diferită. Aceste substanțe sunt numite izomeri.

În cazul nostru, aceștia sunt izomeri inter-ciudați: cicloalcani și alcani, alkadiennes și alci, alcooli monohidrici și eteri, aldehide și cetone, limitând acizii carboxilici monosocondari și esteri.

Izomeria structurală

Alocă următoarele soiuri izomeria structurală: Izomerizarea scheletului de carbon, izomericarea situației, izomericarea diferitelor clase de compuși organici (izomerismul interclației).

Isomereriul scheletului de carbon este datorat diferite ordine de comunicare între atomii de carbonformând scheletul moleculei. După cum sa arătat deja, două hidrocarburi corespund formulei moleculare cu 4 H 10: n-butan și izobutan. Pentru hidrocarburi cu 5 H12, sunt posibile trei izomeri: Pentan, Isopentan și Neostenant.

Cu o creștere a numărului de atomi de carbon din moleculă, numărul de izomeri crește rapid. Pentru hidrocarburi cu 10 H 22 există deja 75 și pentru hidrocarburi de la 20 H 44-366 319.

Izomerismul situației se datorează diferitelor poziții ale comunicării multiple, a grupului de substituent, funcțional cu același schelet de carbon al moleculei:

Izomerismul diferitelor clase de compuși organici (izomeria interclassă) se datorează diferitelor poziții și combinațiilor de atomi în moleculele de substanțe care au aceeași formulă moleculară, dar aparținând unor clase diferite. Astfel, formula moleculară C6H12 corespunde unei hidrocarburi nesaturate hexend-1 și ciclohexan de hidrocarburi ciclice.

Izomerii sunt o hidrocarbură aparținând alcoților - Butong 1 și o hidrocarbură cu două legături duble în lanțul Boutadien-1,3:

Dietil eter și alcool butilic au aceeași formulă moleculară cu 4N10 o:

Izomerii structurali sunt acidul aminoacetic și nitroetanul corespunzător formulei moleculare C 2N 5 nr. 2:

Izomerii de acest tip conțin diferite grupuri funcționale și aparțin unor clase de substanțe diferite. Prin urmare, ele diferă în proprietățile fizice și chimice semnificativ mai mult decât izomerii scheleticii de carbon sau izomerii de poziție.

Izomeria spațială

Izomeria spațială Este împărțită în două tipuri: geometrică și optică.

Izomerismul geometric este caracteristic compușilor, conținând legături duble și compuși ciclici. Deoarece rotația liberă a atomilor din jurul legăturii duble sau în ciclu este imposibilă, substituenții pot fi localizați fie una laterală a planului dublu sau a ciclului (poziția CSI) sau prin diferite direcții (locație). Denumirile CIS și trans- sunt de obicei menționate ca o pereche de substituenți identici.

Izomeri geometrici diferă în proprietățile fizice și chimice.

Apare izomeria optică dacă molecula este incompatibilă cu imaginea sa în oglindă. Acest lucru este posibil atunci când atomul de carbon din moleculă are patru substituenți diferiți. Acest atom se numește asimetric. Un exemplu de astfel de moleculă este o moleculă acidă a-aminopropionică (a-alanină) CH3CH (NH2) OH.

Molecula a-alanină, cu orice mișcare, nu poate coincica cu reflecția sa oglindă. Astfel de izomeri spațiali sunt numiți oglindă, antipode optice sau enantiomeri. Toate proprietățile chimice fizice și practic ale unor astfel de izomeri sunt identice.

Studiul izomerismului optic este necesar atunci când se ia în considerare multe reacții care apar în organism. Cele mai multe dintre aceste reacții sunt sub acțiunea enzimelor - catalizatori biologici. Substanțele moleculelor de date ar trebui să se apropie de moleculele compușilor la care acționează ca fiind cheia castelului, prin urmare, structura spațială, aranjamentul reciproc al moleculelor și alți factori spațiali au o mare importanță pentru fluxul acestor reacții. Astfel de reacții sunt numite stereo selective.

Majoritatea compușilor naturali sunt enantiomeri individuali, iar efectele lor biologice (de la gust și miros și terminând cu efectul medicamentos) diferă dramatic de proprietățile antipodelor lor optice obținute în laborator. O diferență similară în activitatea biologică este de mare importanță, deoarece este baza celei mai importante proprietăți a tuturor organismelor vii - metabolism.

Isomeria.

Structura electronică a atomului de carbon

Carbonul, care face parte din compușii organici prezintă valență permanentă. La ultimul nivel de energie al atomului de carbon conține 4 electronDouă dintre ele ocupă un orbital de 2s având o formă sferică, iar doi electroni ocupă orbii 2P având o formă asemănătoare cu gantere. Atunci când sunt încântați, un electron de la Orbitalul 2s se poate deplasa pe unul dintre orbitele vacante 2R. Această tranziție necesită costuri de energie (403 kJ / mol). Drept urmare, atomul de carbon excitat are 4 electroni neplătiri, iar configurația sa electronică este exprimată cu 2S 1 2P 3 Formula. Deci, în cazul metanului de hidrocarbură (CH4), atomul de carbon formează 4 legături cu S-Electroni de hidrogen atomi. În acest caz, 1 conexiune a tipului S (între electronul S al atomului de carbon și atomul de hidrogen) și 3 legături PS (între electronii 3-p-atomi de carbon și 3 s electroni de 3 Atomii de hidrogen) ar fi formați. Aceasta implică încheierea cu privire la inegalitatea a patru obligațiuni covalente formate de atomul de carbon. Cu toate acestea, experiența practică a chimiei indică faptul că toate cele 4 legături din molecula metanului sunt absolut egale, iar molecula de metan are o structură tetrahedrală cu unghiuri de valență de 109,5 0, care nu se poate datora egalității conexiunilor. Într-adevăr, numai orbii ale electronilor P sunt orientați în spațiu prin perpendiculară reciprocă pe axele X, Y, Z și Orbitalul S-Electron are o formă sferică, astfel încât direcția de educație a comunicării cu acest electron ar fi arbitrară. A explicat că această contradicție a fost capabilă să hibridizeze teoria. L. Poltarea a sugerat că în orice molecule nu există legături una de cealaltă. În formarea de obligațiuni, orbitalul tuturor electronilor de valență se suprapun. Sunt cunoscute mai multe tipuri hibridizarea orbitălor electronice. Se presupune că în metanul și alte molecule alcanov în hibridizare, 4 electroni intră.

Hibridizarea atomului de carbon orbital

Hibridizarea orbitalului - Aceasta este o schimbare a formei și a energiei unor electroni în formarea unei legături covalente, ceea ce duce la o suprapunere mai eficientă a puterii orbitale și de creștere a legăturii. Hibridizarea orbitală are loc întotdeauna atunci când electronii aparținând diferitelor tipuri de orbite sunt implicate în formarea de conexiuni.

1. sp. 3 -hibridizare (Prima condiție de valență a carbonului). Cu SP 3-hibridizare de 3 p-orbitale și un S-orbital al atomului de carbon excitat interacționează astfel încât orbitale să fie absolut identice în energie și amplasate simetric în spațiu. Această conversie poate fi scrisă ca:

În hibridizare, numărul total de orbite nu se schimbă, ci numai energia lor și se schimbă. Se arată că SP 3-hibridizarea orbitală seamănă cu cea mai mare parte a celor opt, a cărei lame este mult mai diferită. Patru orbite hibride sunt alungite din centru până la vârfurile tetraedrului corect la un unghi de 109,5 0. Comunicațiile formate din electronii hibrizi (de exemplu, conexiunea S-SP 3) este mai durabilă decât legăturile efectuate prin P-Electroni ne-menționați (de exemplu, comunicarea-S-P). Deoarece Hybrid SP 3 -Orbital oferă o suprafață mare de suprapunere a orbitelor electronice decât un P-orbital non-libidizat. Moleculele în care SP 3 se efectuează hibridizarea are o structură tetraedrală. Acestea, cu excepția metanului includ omologii metanului, moleculele de tip amoniac anorganic. Cifrele arată o moleculă de metan hibridizată și o moleculă de metan tetrahedric.

Legăturile chimice care apar în metan între atomi de carbon și hidrogen se referă la tipul de legături σ (SP 3 -s-comunicare). În general, orice legătură sigma se caracterizează prin faptul că densitatea electronică a doi atomi conectați este suprapusă de-a lungul liniei care leagă centrele (kernel-urile) atomilor. σ-obligațiunile îndeplinesc gradul maxim posibil de a suprapune orbitele atomice, astfel încât acestea sunt suficient de puternice.

2. sp. 2 -hibridizare (A doua stare de carbon de valență). Se întâmplă ca urmare a suprapunerii unui 2S și a două orbitale 2R. Formarea orbitălor SP 2-hibride sunt amplasate într-un singur plan la un unghi de 120 0 unul față de celălalt și o perpendiculară p-orbitală ne-menționată la el. Numărul total de orbale nu se schimbă - cele patru.

Starea SP 2-hibridizare se găsește în moleculele alchene, în grupări carbonil și carboxil, adică În compuși care au o legătură dublă. Astfel, în molecula de etilenă, electronii hibridizați ai atomului de carbon formează legături de 3 Σ (două legături de tip SP 2 -s între atomul de carbon și atomii de hidrogen și o legătură de tip SP 2 -SP 2 între atomii de carbon). Restul P-Electron P-menționat al unui atom de carbon formează legătura cu P-Bond cu un electron p libidizat al celui de-al doilea atom de carbon. O caracteristică caracteristică a legăturii π este că suprapunerea electronilor orbital este în afara liniei care leagă doi atomi. Orbitenele suprapuse sunt mai mari și sub legătura Σ legată de ambii atomi de carbon. Astfel, legătura dublă este o combinație de legături σ- și π. În primele două figuri, sa arătat că în molecula de etilenă, unghiurile de valență dintre atomi care formează molecula de etilenă sunt 120 0 (respectiv orientarea cu spațiul de trei orbite SP 2-hibride). Cifrele arată formarea comunicării π.

Deoarece zona de suprapunere a orbitelor P non-libidonate în legăturile π este mai mică decât zona de a suprapune orbitele în legăturile σ, legătura π este mai puțin durabilă decât legătura σ și este mai ușor de rupt în reacții chimice.

3. sp-hibridizare (A treia stare de valență de carbon). În starea Hibridizării SR, atomul de carbon are două orbitale SP-hibrid, amplasate liniar la un unghi de 180 0 unul față de celălalt și două orbite P ne-menționate în două planuri reciproc perpendiculare. SP-hibridizarea este caracteristică a alchinelor și a nitrililor, adică Pentru compușii care au o conexiune triplă.

Astfel, în molecula de acetilenă, unghiurile de valență dintre atomi sunt de 180 o. Electronii hibridizați ai atomului de carbon formează legături de 2 Σ (o legătură SP-S între atomul de carbon și atomul de hidrogen și cealaltă conexiune a tipului SP-SP între atomii de carbon. Două Electrops pe bază de medicamente a unui atom de carbon formează două legături π cu electroni P nu menționați de cel de-al doilea atom de carbon. Suprapunerea elementelor orbitale nu este doar mai mare și sub legătura σ, dar și în față și în spate și P-Electroni are o formă cilindrică. Astfel, o legătură triplă este o combinație de o legătură σ-legături și două legături π. Prezența în moleculă de acetilenă este mai mică decât durabilă două legături π, asigură capacitatea acestei substanțe să se alăture reacție cu o defalcare a legăturii triple.

Material de referință pentru testare:

Mendeleev Tabelul.

Mâna de solubilitate

Capitolul 2. Bond chimic și influența reciprocă a atomilor în compușii organici

Capitolul 2. Bond chimic și influența reciprocă a atomilor în compușii organici

Proprietățile chimice ale compușilor organici se datorează tipului de obligațiuni chimice, natura atomilor asociați și influența dorită a acestora în moleculă. Acești factori, la rândul lor, sunt determinați de structura electronică a atomilor și de interacțiunea orbitelor lor atomice.

2.1. Structura electronică a atomului de carbon

O parte din spațiul atomic în care probabilitatea de a găsi un electron este maximă, se numește un orbital atomic (AO).

În chimie, ideea orbitălor hibride a atomului de carbon și a altor elemente este utilizat pe scară largă. Conceptul de hibridizare ca metodă de descriere a restructurării orbital este necesar atunci când numărul de electroni nepermanzi se află în starea principală a atomului mai puțin decât numărul de conexiuni formate. Un exemplu servește un atom de carbon, care în toți compușii se manifestă ca un element tetravalent, dar în conformitate cu regulile de umplere orbitale la nivelul său de electroni externi, 1s 2 2 2 2p 2 sunt în starea principală de 1s 2 2 2 2p 2 (figura 2.1, darși apendicele 2-1). În aceste cazuri, se posuluează că diferite orbite atomice, aproape de energie, pot fi amestecate între ele, formând orbite hibride în formă și energie.

Orbitele hibride din cauza unei suprapuneri mai mari formează obligațiuni mai puternice comparativ cu orbitalul ne-menționat.

În funcție de numărul de orbital, atomul de carbon introdus în hibridizare poate fi într-una din cele trei stări.

Smochin. 2.1.Distribuția electronilor prin orbital la atomul de carbon este în principal (a), excitat (b) și stări hibridizate (în - sP 3, G- SP 2, d.- SP)

hibridizare (vezi figura 2.1, în d). Tipul de hibridizare determină direcția hibrizilor AO în spațiu și, în consecință, geometria moleculelor, adică structura lor spațială.

Structura spațială a moleculelor este aranjamentul reciproc al atomilor și grupurilor atomice în spațiu.

sp. 3.-Hibridizare.Atunci când amestecați cele patru AO externe a atomului de carbon excitat (vezi figura 2.1, b) - un orbital 2S și trei 2p - există patru orbite echivalente SP 3-hibride. Ei au forma surroundului "opt", una dintre lamele de care este mult mai diferită.

Fiecare orbital hibrid este umplut cu un electron. Atomul de carbon din statul SP 3 este o hibridizare are o configurație electronică 1S2 2 (SP 3) 4 (vezi figura 2.1, b). O astfel de stare de hibridizare este caracteristică a atomilor de carbon în hidrocarburi saturate (alcani) și, în consecință, în radicali alchil.

Datorită repulsiei reciproce a SP 3-hibrid SA, direcționată în spațiu la vârfuri tetrahedra.iar colțurile dintre ele sunt egale cu 109,5? (cea mai avantajoasă locație; Fig. 2.2, a).

Structura spațială este descrisă utilizând formule stereochimice. În aceste formule, Atomul de carbon Hibridizat SP și cele două legături ale acesteia sunt plasate în planul de desen și indică grafic caracteristica obișnuită. O linie grasă sau o pană grasă indică legătura care iese din avion și direcționată către observator; Linie punctată sau pensiune umbroasă (..........) - Bondul provenit de la observator pentru avionul de desen

Smochin. 2.2.Tipuri de hibridizare a atomului de carbon. Punctul din centru este miezul atomului (acțiuni mici de orbale hibride pentru a simplifica modelul sunt omise; culoarea arată non-menționată R-AO)

mS (figura 2.3, a). Atomul de carbon. sp. 3.-Hypebridizarea are o configurație tetraedrală.

sp. 2.-Hibridizare.Când este amestecat unul 2s-și două 2R-AO ale atomului de carbon excitat sunt formate din trei egale sp. 2-hibrid orbital și rămâne ne-menționată 2P-SAC. Atomul de carbon. sp. 2-hibridizarea are o configurație electronică 1S 2 2 (SP 2) 3 2p 1 (vezi figura 2.1, D). O astfel de stare de hibridizare a atomului de carbon este caracteristică hidrocarburilor nesaturate (alchenes), precum și pentru unele grupări funcționale, cum ar fi carbonil și carboxil.

sp. 2 -Hibrid Orbitale sunt amplasate în același plan la un unghi 120?, Un AO ne-menționat este într-un plan perpendicular (vezi figura 2.2, b). Atomul de carbon. sp. 2-hibridizarea are configurație trigonală.Atomii de carbon dublu-legați se află în planul de desen și conexiunile lor unice destinate observatorului și de la acesta sunt desemnate așa cum s-a descris mai sus (vezi figura 2.3, b).

sp-hibridizare.Atunci când se amestecă o singură orbită a atomului de carbon excitat, se formează două ICC echivalente SP-Flexibil și două p-ao rămân ne-menționate. Atomul de carbon din starea hibridizării SP are o configurație electronică

Smochin. 2.3.Formulele stereochimice de metan (A), etan (B) și acetilena (B)

1s 2 2 (SP 2) 2 2p 2 (vezi figura 2.1, e). O astfel de stare de hibridizare a atomului de carbon se găsește în compușii având o legătură triplă, de exemplu, în alciuri, nitrili.

orbitalele SP-Hybrid sunt situate la un unghi de 180 ° C și doi ne-menționați SA în planuri reciproc perpendiculare (vezi figura 2.2, B). Atomul de carbon din starea hibridizării SP are configurație liniară,de exemplu, într-o moleculă de acetilenă, toți cei patru atomi sunt pe o linie dreaptă (vezi figura 2.3, în).

Într-o stare hibridizată, pot exista atomi de alte elemente organogen.

2.2. Obligațiuni chimice de atom de carbon

Obligațiunile chimice în compușii organici sunt reprezentați în principal de obligațiuni covalente.

Covalentul se numește o legătură chimică formată prin generalizarea electronilor atomilor asociați.

Acești electroni obișnuiți ocupă orbale moleculare (MO). De regulă, MO este un multicentric orbital, iar electronii de umplere sunt delocalizați (dispersați). Astfel, Mo, precum și SA, pot fi un vacant, umplut cu un electron sau doi electroni cu rotiri opuse *.

2.2.1. σ- șiπ - Comunicare

Există două tipuri de obligațiuni covalente: σ (Sigma) - și π (pi) -EV.

σ-Bond se numește o legătură covalentă formată atunci când se suprapune AO \u200b\u200bîntr-o linie dreaptă (axa) care leagă kernelul a două atomi de legare cu suprapunerea maximă pe această linie dreaptă.

Σ-Comunicarea are loc atunci când se suprapun orice AO, inclusiv hibrid. Figura 2.4 prezintă formarea legăturii σ între atomii de carbon ca rezultat al suprapunerii axiale a Hybrid SP 3 -AO și Σ-legăturile C - H prin suprapunerea Hybrid SP 3 -AO Carbon și hidrogen S-AO.

* Pentru detalii, consultați: Popkov V.A., Puzakov S.A.Chimie generală. - M.: GOEOTAR MEDIA, 2007. - Capitolul 1.

Smochin. 2.4.Formarea legăturilor σ în etan prin suprapunerea axială a AO (acțiuni mici de orbite hibride sunt omise, culoarea este arătată sP 3 -AO.carbon, negru - hidrogen S-AO)

În plus față de axial, o altă viziune a suprapunerii este posibilă - suprapunerea laterală a P-AO, care duce la formarea comunicării π (figura 2.5).

orbitele r-atomice

Smochin. 2.5.Educație π-obligațiuni în etilenă prin suprapunere r-AO.

π-Bond se numește o legătură formată în timpul suprapunerii laterale a P-AO fără libidonare, cu suprapunerea maximă pe ambele părți de pe o linie dreaptă care leagă miezurile atomilor.

Legăturile multiple găsite în compușii organici sunt o combinație de legături de Σ- și π: dublu - unul Σ- și un π-, triplu - un σ- și două legături π.

Proprietățile legăturii covalente sunt exprimate prin astfel de caracteristici ca energie, lungime, polaritate și polarizabilitate.

Energia de comunicare- Aceasta este energia eliberată în formarea de comunicare sau necesară pentru separarea a două atomi conectați. Acesta servește ca o măsură a rezistenței comunicării: cu cât mai multă energie, cu atât este mai puternică conexiunea (Tabelul 2.1).

Lungime Comunicare- Aceasta este distanța dintre centrele atomilor asociați. Bondul dublu este mai scurt decât singurul, iar triplul este mai scurt decât dublu (vezi Tabelul 2.1). Legăturile dintre atomii de carbon în diferite condiții de hibridizare au un model general -

Tabelul 2.1.Principalele caracteristici ale legăturilor covalente

cu o creștere a ponderii S-Orbital în orbital hibrid, durata comunicării este redusă. De exemplu, într-un număr de conexiuni propan CH3 CH2CH3, propen CH3CH \u003d CH2, Propin CH3C \u003d Lungimea cuplajului CH CH 3 -C este, respectiv, 0,154; 0,150 și 0,146 nm.

Polaritatea comunicării datorită distribuției inegale (polarizare) de densitate electronică. Polaritatea moleculei estimează cantitativ magnitudinea momentului său dipol. Din momentele dipole ale moleculei, puteți calcula momentele dipole ale conexiunilor individuale (vezi Tabelul 2.1). Momentul mai dipol, conexiunea polară. Cauza polarității comunicării este diferența de electronabilitate a atomilor legați.

Electricitate se caracterizează capacitatea unui atom în moleculă pentru a ține electroni de valență. Cu o creștere a electronegativității atomului, gradul de deplasare în partea sa de electron de telecomunicații crește.

Pe baza valorilor energiei de obligațiuni, chimistul american L. Poling (1901-1994) a propus o caracteristică cantitativă a electronizabilității relative a atomilor (scara de salvare). În această scală (rând), elementele organogen tipice sunt situate pe electronegativitate relativă (pentru comparație există două metale) după cum urmează:

Electricitatea nu este o constantă absolută a elementului. Depinde de sarcina efectivă a kernelului, de tipul de hibridizare a SA și influența substituenților. De exemplu, electronegiabilitatea atomului de carbon situată într-o stare SP2 sau SP-hibridizare este mai mare decât în \u200b\u200bstarea SP 3-hibridizare, care este asociată cu o creștere a ponderii S-Orbital în orbitalul hibrid. Când se mișcă atomii de la SP 3 - în SP 2 - și apoi în sp.-Hbridizat stau scade treptat lungimea orbitalei hibride (mai ales în direcția care asigură cea mai mare suprapunere în timpul formării legăturii σ) și acest lucru înseamnă că, în aceeași secvență, densitatea maximă de electroni este situată mai aproape de miez a atomului corespunzător.

În cazul legăturii covalente non-polare sau aproape nepolar, diferența de electronegabilitate a atomilor legați este zero sau aproape de zero. Polaritatea comunicării crește cu o creștere a diferenței de electronitate. Cu o diferență de 0,4, vorbesc despre un slab polar, mai mult de 0,5 - despre legături covalente puternic polare și mai mult de 2.0 - despre comunicarea ionică. Obligațiunile covalente polare sunt predispuse la discontinuitatea heterolit

(A se vedea 3.1.1).

Polarizabilitatea comunicării acesta este exprimat în deplasarea electronilor de comunicare sub influența unui câmp electric extern, incluzând o altă particulă de reacție diferită. Polarizabilitatea este determinată de mobilitatea electronică. Electrografele se mișcă mai mult, în continuare provin din nucleele atomilor. Conform polarizabilității, P-Bond depășește semnificativ σ-Bond, deoarece Densitatea maximă de electroni π-Bond este situată în continuare de la nucleele de legare. Polarizabilitatea determină în mare măsură reactivitatea moleculelor în raport cu reactivii polari.

2.2.2. Conexiuni de acceptare a donatorilor

Suprapunerea a două single-electronice SA nu este singura modalitate de a forma o legătură covalentă. Legătura covalentă poate fi formată în interacțiunea orbitalului cu două electroni a unui atom (donator) cu un orbital vacant al celuilalt atom (acceptor). Donatorii servesc compuși care conțin fie orbital cu o pereche medie de electroni sau π-mo. Purtători de electroni de vapori (N-Electroni, din engleză. non-lipire)sunt atomi de azot, oxigen, halogen.

Perechile vile de electroni joacă un rol important în manifestarea proprietăților chimice ale compușilor. În special, ele sunt responsabile pentru capacitatea compușilor de a intra în interacțiunea acceptorului donator.

Conexiunea covalentă formată de o pereche de electroni ai unuia dintre partenerii de comunicații se numește donator-acceptor.

Bondul de acceptare a donatorilor formați diferă numai prin metoda educației; Conform proprietăților, este același cu restul legăturilor covalente. În același timp, donatorul, în același timp, dobândește o taxă pozitivă.

Conexiunile acceptorilor de donatori sunt caracteristice compușilor complexi.

2.2.3. Legături de hidrogen

Un atom de hidrogen asociat cu un element puternic electronegativ (azot, oxigen, fluor etc.) este capabil să interacționeze cu o pereche esențială de electroni de altul, un atom suficient de electronegativ de aceeași moleculă. Ca rezultat, apare legătura de hidrogen, care este un fel de donator

acceptori Comunicare. Graficul de hidrogen grafic desemnează de obicei trei puncte.

Energia legăturii de hidrogen este mică (10-40 kJ / mol) și este determinată în principal prin interacțiune electrostatică.

Legăturile de hidrogen intermoleculare determină asocierea compușilor organici, cum ar fi alcooli.

Hidrogen Legăturile afectează fizicul (temperatura de fierbere și topire, vâscozitatea, caracteristicile spectrale) și proprietățile chimice (acid-primar) ale compușilor. Deci, punctul de fierbere al etanolului c2 H 5. OH (78,3 ° C) este semnificativ mai mare decât având aceeași greutate moleculară a dimetil eterului CH3OCH3 (-24 ° C), care nu este asociată datorită legăturilor cu hidrogen.

Legăturile de hidrogen pot fi intramoleculare. O astfel de conexiune în acidul salicilic anion conduce la o creștere a acidității sale.

Benile de hidrogen joacă un rol important în formarea structurii spațiale a compușilor moleculari - alb, polizaharide, acizi nucleici.

2.3. Sisteme conjugate

Legătura covalentă poate fi localizată și delocalizată. Localizate se numește comunicare, ale căror electroni sunt efectiv împărțite între cele două nuclee ale atomilor de legare. Dacă electronul de comunicare este împărțit în mai mult de două nuclee, vorbesc despre comunicarea delocalizată.

Relația delocalizată este o legătură covalentă, o orbitală moleculară care acoperă mai mult de doi atomi.

Conexiunile delocalizate în majoritatea cazurilor sunt legăturile π. Acestea sunt caracteristice sistemelor conjugate. În aceste sisteme, se efectuează un tip special de influență reciprocă a atomilor - conjugare.

Cuplarea (Mesomeria, din limba greacă. masos.- Mediu) este alinierea legăturilor și a încărcăturilor într-o moleculă reală (particule) comparativ cu structura perfectă, dar nu existentă.

Participarea la orbitele P-orbitale pot aparține fie două link-uri π sau mai mult sau π-obligațiuni și un atom cu un p-orbital. În conformitate cu acest, conjugarea π, π, conjugarea π sunt distinse. Sistemul de asociere poate fi deschis sau închis și conține nu numai atomi de carbon, ci și heteroatomi.

2.3.1. Sisteme cu lanț de împerechere deschisă

π,π - Soluție.Cel mai simplu reprezentant al sistemelor de conjugat π, π cu un lanț de carbon servește butadienă-1.3 (figura 2.6, a). Atomii de carbon și hidrogen și, prin urmare, toate legăturile σ în molecula se află în același plan, formând un apartament σ-scheleton. Atomii de carbon se află într-o stare de SP 2-hibridizare. Ungibridizat R-AO al fiecărui atom de carbon sunt situate perpendicular pe planul σ-scheletului și paralel unul cu celălalt, ceea ce este o condiție prealabilă pentru suprapunerea acestora. Suprapunerea are loc nu numai între p-ao de atomi C-1 și C-2, C-3 și C-4, dar și între P-AO al atomilor C-2 și C-3, ca rezultat al Pe care se formează patru atomi de carbon de îmbrățișare. - Sistemul, adică o legătură covalentă delocalizată (vezi figura 2.6, b).

Smochin. 2.6.Modelul orbital atomic al moleculei Butadiene-1,3

Acest lucru se reflectă în schimbarea lungimilor legăturilor din moleculă. Lungimea legăturii C-1-C-2, precum și C-3-C-4 din ButadienEn-1.3, este oarecum crescută, iar distanța dintre C-2 și C-3 este redusă în comparație cu dublu și unic convențional obligațiuni. Cu alte cuvinte, procesul de delocalizare electronică conduce la alinierea lungimilor de legătură.

Hidrocarburile cu un număr mare de conexiuni duble conjugate sunt frecvente în lumea plantelor. Acestea includ, de exemplu, carotele care determină culoarea morcovilor, roșii etc.

Sistemul de asociere deschis poate include heteroatomi. Exemplu deschis Sisteme de conjugat π, π cu heteroatom în lanțuripot servi compuși carbonil de α, β-nesaturați. De exemplu, grupul aldehidic în acroleină ch2 \u003d CH-CH \u003d O este membru al lanțului de conjugare a a trei atomi de carbon Hibridizați SP și un atom de oxigen. Fiecare dintre acești atomi contribuie la un singur sistem π \u200b\u200bde către un P-electron.

conjugarea pn.Acest tip de conjugare se manifestă cel mai adesea în compuși care conțin un fragment structural -CH \u003d CH-X, unde X este un heteroatom având o pereche de electroni udați (în primul rând O sau N). Acestea includ, de exemplu, eteri vinilici, în moleculele care cu care se completează comunicarea dublă cu r.- Atom de oxigen. O comunicație delocalizată pe trei fețe este formată prin suprapunerea celor două atomi de carbon flexibili R-AO SP și unul r.-Ao Heteroatom cu o pereche de și electroni.

Formarea unei comunicări centrale delocalizate similare este disponibilă în grupul Carboxyl. Aici, electronii de conexiune C \u003d O și N-electroni ai atomului de oxigen al grupului sunt implicați în conjugare. Sistemele de conjugat cu legături și încărcături complet aliniate includ particule încărcate negativ, cum ar fi ionul de acetat.

Direcția deplasării densității electronice este indicată de săgeata curbată.

Există și alte modalități grafice de a afișa rezultatele conjugării. Astfel, structura ionului de acetat (I) presupune că încărcarea este distribuită uniform în funcție de atomii de oxigen (așa cum se arată în figura 2.7, ceea ce corespunde realității).

Structurile (II) și (iii) sunt utilizate în teoriile de rezonanță.Conform acestei teorii, o moleculă reală sau o particulă este descrisă de un set de anumite structuri rezonante, care diferă una de cealaltă numai prin distribuția de electroni. În sistemele conjugate, contribuția principală la hibridul rezonant se face cu structuri cu diferite distribuții ale densității π-electron (săgeata pe două fețe care leagă aceste structuri este un simbol special al teoriei rezonanței).

Limita (limite) Structurile nu există cu adevărat. Cu toate acestea, ei într-un grad sau altul "contribuie" în distribuția reală a densității electronice în moleculă (particule), care este reprezentată ca un hibrid rezonant care rezultă din suprapunerea (suprapunerea) structurilor limită.

În sistemele carbonate ρ, π-conjugate, conjugarea poate fi efectuată sub prezența unui atom de carbon cu un p-orbital non-libidizat. Astfel de sisteme pot fi particule intermediare - bibioni, cabaluri, radicali liberi, de exemplu, o structură de alil. Fragmentele de alil de alil radicale joacă un rol important în procesul de oxidare a peroxidului a lipidelor.

În alil Anion CH 2 \u003d CH-CH2 sP 2-hibridizat C-3 atom de carbon livrează la conjugatul general

Smochin. 2.7.Harta de densitate electronică a grupului COONA în Peticilina

sistem doi electroni, în radicalul de alil2 \u003d CH-CH2 + - una și în carbocaticul Alil Ch2 \u003d CH-CH2 + nu oferă niciunul. Ca rezultat, atunci când se suprapun P-Ao de trei atomi de carbon Hibridizați SP, se formează o legătură delocalizată cu trei centru, conținând patru (în carbani), trei (într-un radical liber) și două (în carbocatie) un electron, respectiv.

Formal Atomul C-3 din alil cation poartă o încărcătură pozitivă, într-un radical alil - un electron nepedecționat și în alil-anion - o încărcare negativă. De fapt, în astfel de sisteme conjugate există delocalizarea (dispersia) densității electronice, ceea ce duce la egalizarea legăturilor și a acuzațiilor. Atomii C-1 și C-3 din aceste sisteme sunt echivalente. De exemplu, în alil cation, fiecare dintre ei poartă o încărcătură pozitivă.+1/2 și conectate prin conexiunea "O oră" cu atomul C-2.

Astfel, conjugarea conduce la o diferență semnificativă în distribuția densității electronice în structurile reale comparativ cu structurile descrise prin formulele de structură convenționale.

2.3.2. Sisteme de circuite de asociere închise

Sistemele de conjugat ciclic sunt de mare interes ca un grup de compuși cu stabilitate termodinamică crescută în comparație cu sistemele deschise conjugate. Acești compuși au alte proprietăți speciale, a căror combinație este combinată cu un concept general. aromaticitate.Acestea includ capacitatea unor astfel de compuși nefolosiți.

să intre în reacții de substituție, nu aderare, rezistență la acțiunea agenților de oxidare și a temperaturii.

Reprezentanții tipici ai sistemelor aromatice sunt arenele și derivații lor. Caracteristicile structurii electronice a hidrocarburilor aromatice se manifestă în mod clar în modelul orbital atomic al moleculei de benzen. Cadrul benzen formează șase atomi de carbon hipersensibili SP2. Toate legăturile σ (C-C și C - H) se află în același plan. Șase R-AO ne-menționați sunt localizate perpendicular pe planul moleculei și paralel unul cu celălalt (figura 2.8, a). Fiecare r.- dar în mod egal se poate suprapune cu două adiacente r.-Ao. Ca rezultat al acestei suprapuneri, apare un singur sistem π-delocalizat, cea mai mare densitate de electroni în care este situată mai sus și sub planul scheletului σ și acoperă toate atomii de carbon din ciclu (vezi figura 2.8, b). Densitatea π-electron este distribuită uniform pe întregul sistem ciclic, care este indicat de un cerc sau o linie punctată în interiorul ciclului (vezi figura 2.8, b). Toate legăturile dintre atomii de carbon din inelul benzen au aceeași lungime (0,139 nm), intermediar între lungimile legăturilor unice și duble.

Pe baza calculelor mecanice cuantice, sa constatat că, pentru formarea unor astfel de molecule stabile, un sistem ciclic plat trebuie să conțină electroni (4N + 2) π-electroni, unde n.\u003d 1, 2, 3 etc. (regula Hyukkel, 1931). Cu aceste date, poate fi specificat conceptul de "aromaticitate".

Compus aromatic dacă are un ciclu plat și conjugatπ - Sistem electronic care acoperă toate atomii de ciclism și care conține(4n.+ 2) π -electronii.

Regula Hyukkel se aplică oricăror sisteme condensate cu condensare în care nu există atomi obișnuiți decât pentru

Smochin. 2.8.Modelul orbital atomic de moleculă de benzen (atomi de hidrogen sunt omisă; explicație în text)

două cicluri. Astfel de compuși cu nuclee benzen condensate, cum ar fi naftalină și altele, corespund criteriilor de aromaticitate.

Stabilitatea sistemelor conjugate. Formarea unui conjugat și în special a sistemului aromatic este un proces favorabil energetic, deoarece crește gradul de suprapunere a orbitalului și delocalizării (dispersal) crește r.-Electronii. În acest sens, sistemele conjugate și aromatice au o stabilitate termodinamică crescută. Acestea conțin o cantitate mai mică de energie internă și sunt ocupate în principal de un nivel mai scăzut de energie în comparație cu sistemele nerusete. În diferența acestor niveluri, este posibilă cuantificarea stabilității termodinamice a compusului conjugat, adică potrivirea energiei(Energia de delocalizare). Pentru Butadiene-1.3, este mic și este de aproximativ 15 kJ / mol. Cu creșterea lungimii circuitului conjugat, a energiei de împerechere și, respectiv, stabilitatea termodinamică a compușilor. Energia de asociere pentru benzen este mult mai mare și este de 150 kJ / mol.

2.4. Efectele electronice ale substituenților 2.4.1. Efect inductiv

Bondul polar σ din moleculă determină polarizarea celor mai apropiate legături σ și duce la apariția unor încărcături parțiale pe atomii vecini *.

Substituenții determină polarizarea nu numai de "lor", ci și legăturile vecine vecine. Acest tip de transmisie a influenței atomilor este numit un efect inductiv (/ -effect).

Efect inductiv - Transmiterea influenței electronice a substituenților ca urmare a deplasării electronilor σ-legături.

Datorită polarizabilității slabe a legăturii σ, efectul inductiv se estompează prin trei sau patru legături în lanț. Acțiunea sa se manifestă cel mai puternic în raport cu atomul de carbon, învecinate în care este localizat deputatul. Direcția efectului inductiv al substituentului este estimată calitativ prin comparație cu atomul de hidrogen, efectul inductiv al cărui acceptat pentru zero. Din punct de vedere grafic, rezultatul / efectul este descris de o săgeată care coincide cu poziția liniei de valență și direcționată de marginea spre atomul mai electronegativ.

/în\\mai puternică decât atomul de hidrogen, se manifestănegativefect inductiv (- / - efect).

Astfel de substituenți reduc, în general, densitatea electronică a sistemului, sunt numiți electronice electronice.Acestea includ cele mai multe grupuri funcționale: OH, NH2, COOH, nr. 2 și grupuri cationice, de exemplu -nh3+.

Deputat, schimbând în comparație cu densitatea electronică a atomului de hidrogenσ - comunicarea către atomul de carbon al lanțului, se manifestăpozitivefect inductiv (+/- efect).

Astfel de substituenți măresc densitatea electronică în lanț (sau inel) și sunt numite donator de electroni.Acestea includ grupări alchil care sunt la atomul de carbon Hibridizat SP și centrele anionice în particule încărcate, de exemplu, -.

2.4.2. Efect mesery

În sistemele de conjugat în transmiterea influenței electronice, rolul principal este jucat de electronii π-electroni de obligațiuni covalente delocalizate. Efectul manifestat în deplasarea densității electronice a sistemului delocalizat (conjugat) π este numit mezomeric (efectul M) sau efectul de conjugare.

Efectul mesomeric este transferul influenței electronice a substituenților de către sistemul conjugat.

În același timp, deputatul în sine este membru al sistemului conjugat. Acesta poate fi supus sistemului de conjugare sau a legăturii π (carbonil, grup de carboxil etc.) sau o pereche de electroni de heteroatom (amino și grupare hidroxi) sau un vacant sau umplut cu un electron R-AO.

Substituentul, creșterea densității electronice în sistemul conjugat, aratăpozitivefect mesomeric (+ m-efect).

Efectul M posedă substituenți, inclusiv atomi cu o pereche de electroni fără sens (de exemplu, o grupare amino într-o moleculă analyline) sau o încărcătură întregi negativă. Acești substituenți sunt capabili

la transferul de pereche de electroni în sistemul total conjugat, adică donator de electroni.

Deputat, scăderea densității de electroni în sistemul conjugat, exponatenegativefect meroseter (-m- efect).

Efectul M din sistemul conjugat are atomi de oxigen sau azot asociate cu o dublă legătură cu un atom de carbon, așa cum se arată în exemplul de acid acrilic și benzaldehidă. Astfel de grupări sunt electronice electronice.

Deplasarea densității electronice este indicată de săgeata curbată, începutul căruia arată care sunt deplasați electronii R- sau π, iar capătul este legătura sau atomul la care sunt deplasați. Efectul mesomeric, spre deosebire de inductiv, este transmis în funcție de sistemul de conexiuni conjugate pentru o distanță mult mai mare.

La evaluarea efectului substituenților asupra distribuției densității electronice în moleculă, este necesar să se ia în considerare efectul rezultat al efectelor inductive și mezomerice (Tabelul 2.2).

Tabelul 2.2.Efectele electronice ale unor substituenți

Efectele electronice ale substituenților vă permit să furnizați o evaluare calitativă a distribuției densității electronice în molecula nerealizată și să vă prezicit proprietățile.

Majoritatea compușilor organici au o structură moleculară. Atomii în substanțe cu un tip molecular de structură formează întotdeauna numai legături covalente unul cu celălalt, care se observă în cazul compușilor organici. Reamintim că o covalentă se numește acest tip de comunicare între atomi, care este implementat datorită faptului că atomii generalizează o parte a electronilor lor externi pentru a dobândi configurarea electronică a gazului nobil.

Prin numărul de perechi electronice comune, legăturile covalente în substanțele organice pot fi împărțite în unic, dublu și triplu. Aceste tipuri de obligațiuni în formula grafică, respectiv una, două sau trei caracteristici sunt indicate:

Multiplicitatea de comunicare duce la o scădere a lungimii sale, astfel încât o singură conexiune C-C are o lungime de 0,154 nm, dublu c \u003d cu o legătură - 0,134 nm, o conexiune triplă S≡С - 0,120 nm.

Tipuri de legături prin intermediul orbitalului suprapus

După cum se știe, orbitalul poate avea o formă diferită, de exemplu, S-Orbitenii au o formă sferică și o formă de dumbbell. Din acest motiv, comunicarea poate, de asemenea, să difere în ceea ce privește metoda de suprapunere a orbitelor electronice:

Comunicare - formată când orbitalul este suprapune în așa fel încât zona lor de suprapunere intersectează linia care leagă kernelul. Exemple ϭ-link-uri:

π-obligațiunile se formează atunci când se suprapun orbital, în două zone - deasupra și sub linia nucleului de conectare a atomilor. Exemple de π-link-uri:

Cum să aflați când există π- și ϭ-link-uri în moleculă?

Cu un tip covalent de comunicare, legătura dintre doi atomi este întotdeauna, iar Bondul π are numai în cazul legăturilor multiple (dublu, triple). În care:

• Comunicare unică - întotdeauna ϭ-Bond
• Dublu obligațiune este întotdeauna format dintr-o singură comunicare ϭ și o comunicare
• Relația triplă este întotdeauna formată de una ϭ- și două legături π.

Indicăm aceste tipuri de obligațiuni în molecula de acid propin:

Hibridizarea atomului de carbon orbital

Hibridizarea orbită se numește procesul în care orbitele, având inițial diferite forme și energie amestecate, formând în loc de aceeași cantitate de orbite hibride egale în formă și energie.

Deci, de exemplu, când amestecați unul s- și trei p-se formează patru orbite sp. 3.-Hibrid orbite:

În cazul atomilor de carbon din hibridizare, întotdeauna participă s-orbital, și numărul p.-Evitalele care pot participa la hibridizare variază de la unul la trei p-orbite.

Cum se determină tipul de hibridizare a atomului de carbon într-o moleculă organică?

În funcție de faptul dacă orice atom de carbon este asociat cu câți alți atomi, este fie într-o stare. sp. 3.fie într-o stare sp. 2.fie într-o stare sp-hibridizare:

Practic pentru a determina tipul de hibridizare a atomilor de carbon pe exemplul următoarei molecule organice:

Primul atom de carbon este asociat cu alți doi atomi (1H și 1C), ceea ce înseamnă că este într-o stare sp.-Hibridizare.

• Cel de-al doilea atom de carbon este asociat cu doi atomi - sp.-hibridizare
• Cel de-al treilea atom de carbon este asociat cu alte patru atomi (două c și două n) - Sp. 3.-hibridizare
• Cel de-al patrulea atom de carbon este asociat cu alți trei atomi (2o și 1c) - sp. 2.-hibridizare.

Radical. Grup functional

Sub termenul radical, implică cel mai adesea un radical hidrocarbonat, care este reziduul unei molecule de hidrocarbură fără un atom de hidrogen unic.

Numele radicalului de hidrocarbură este format, pe baza numelui hidrocarbonului substituit subfițesc -Un. pe sufix - .

Grup functional - Fragmentul structural al moleculei organice (un grup de atomi), care este responsabil pentru proprietățile sale chimice specifice.

În funcție de care dintre grupurile funcționale din molecula de substanță este mai veche, compusul se referă la o anumită clasă.

R este desemnarea substituentului de hidrocarburi (radical).

Radicalii pot conține legături multiple, care pot fi, de asemenea, considerate grupuri funcționale, deoarece comunicarea multiplă contribuie la proprietățile chimice ale substanței.

Dacă molecula de substanță organică conține două sau mai multe grupări funcționale, acești compuși se numesc polifuncționali.

169375 0

Fiecare atom are un număr de electroni.

La intrarea în reacții chimice, atomii sunt administrați, achiziționează sau comunică electroni, ajungând la cea mai stabilă configurație electronică. Cea mai stabilă este configurația cu cea mai mică energie (ca în atomii de gaze nobile). Acest model se numește "Reguli Octet" (figura 1).

Smochin. unu.

Această regulă se aplică tuturor tipuri de conexiuni. Conexiunile electronice între atomi le permit să formeze structuri stabile, de la cele mai simple cristale la formarea de biomolecule complexe, în cele din urmă sisteme live. Ele diferă de cristalele cu metabolism continuu. În acest caz, multe reacții chimice procedează de mecanisme transfer electroniccare joacă un rol crucial în procesele energetice din organism.

Bondul chimic este o forță care deține doi sau mai mulți atomi, ioni, molecule sau orice combinație.

Natura legăturii chimice este universală: aceasta este o forță electrostatică de atracție între electronii încărcați negativ și nucleele încărcate pozitiv, determinată prin configurația electronilor carcasei exterioare a atomilor. Abilitatea unui atom de a forma conexiuni chimice este numită valenţă, sau gradul de oxidare. Cu valența asociată cu conceptul de electroni de valență - Electroni care formează legături chimice, care sunt situate la cel mai înalt orbital de energie. În consecință, carcasa exterioară a atomului care conține aceste orbitale se numește valentine's Sheath.. În prezent, nu este suficient să se indice prezența unei legături chimice și este necesar să se clarifice tipul său: ionic, covalent, dipol-dipol, metalic.

Primul tip de comunicare -ionic comunicare

În conformitate cu teoria electronică a valenței Lewis și Kossel, atomii pot realiza o configurație electronică stabilă în două moduri: mai întâi, pierzând electroni, transformându-se cationi, în al doilea rând, dobândirea lor, transformându-se în anioni. Ca urmare a transferului electronic, datorită rezistenței electrostatice a atracției dintre ioni cu acuzații de semnal opus, o legătură chimică numită Cossel " electrovalent."(Acum se numește ionic).

În acest caz, anionii și cationii formează o configurație electronică stabilă cu o carcasă electronică externă umplută. Obligațiunile ionice tipice sunt formate din grupele de sisteme periodice T și II de grupuri periodice și grupuri de elemente nemetalice VI și VII (16 și 17 subgrupuri - respectiv, chalcogenov.și halogen). Comunicarea în compușii ionici este nesaturată și non-direcțională, astfel încât este păstrată posibilitatea interacțiunii electrostatice cu alți ioni. În fig. 2 și 3 sunt exemple de conexiuni ionice care corespund modelelor electronice de transfer de co-ax.

Smochin. 2.

Smochin. 3. Conexiunea ionică în molecula de sare de masă (NaCI)

Aici este potrivit să reamintim unele proprietăți care să explice comportamentul substanțelor în natură, în special, ia în considerare ideea de aciziși bazine.

Soluțiile apoase ale tuturor acestor substanțe sunt electroliți. Se schimbă în moduri diferite indicatori. Mecanismul de acțiune al indicatorilor a fost deschis de către F.V. Ostelad. Acesta a arătat că indicatorii sunt acizi slabi sau baze, a cărui pictură este dizolvată în stările incorecte și disociate.

Bazele sunt capabile să neutralizeze acizii. Nu toate bazele sunt solubile în apă (de exemplu, nereolubiți, unii compuși organici care nu conțin - în special, în special, trietilamină n (C 2N 5) 3); Se numește baze solubile alcalis..

Soluții apoși Acizii intră în reacțiile caracteristice:

a) cu oxizi de metal - cu formarea de sare și apă;

b) cu metale - cu formarea de sare și hidrogen;

c) cu carbonați - cu formarea sării, Co. 2 I. N. 2 O..

Proprietățile acizilor și bazelor descriu mai multe teorii. În conformitate cu teoria S.A. Arrhenius, acidul este o substanță care se disociază cu formarea de ioni N. +, în timp ce formează ionii de bază ESTE EL -. Această teorie nu ia în considerare existența bazelor organice care nu au grupări hidroxil.

În conformitate cu S. protonna.teoria de la Brend și Lowry, acidul este o substanță care conține molecule sau ioni care dau protoni ( donatoriprotoni), iar baza este o substanță constând din molecule sau ioni care iau protoni ( acceptoriprotoni). Rețineți că în soluții apoase de ioni de hidrogen există în formă hidratată, adică sub formă de ioni de hidroxoni H 3 O. +. Această teorie descrie reacția nu numai cu ionii de apă și hidroxid, ci și în absența unui solvent sau cu un solvent neapos.

De exemplu, în reacția dintre amoniac NH. 3 (bază slabă) și clorura din faza gazoasă se formează clorură de amoniu solidă și 4 particule sunt întotdeauna prezente într-un amestec de echilibru de două substanțe, dintre care două sunt acizi și celelalte baze:

Acest amestec de echilibru constă din două perechi conjugate de acizi și baze:

1) NH. 4 + I. NH. 3

2) ACID CLORHIDRICși Cl. ‑

Aici, în fiecare pereche de acid conjugat și de bază diferă pe un proton. Fiecare acid are o bază conjugată. O bază de conjugat slabă corespunde acidului sever și o bază conjugată severă.

Teoria lui Brenstena Lowei vă permite să explicați unicitatea rolului apei pentru mijloacele de trai ale biosferei. Apă, în funcție de substanța care interacționează cu ea, poate prezenta proprietăți sau acizi sau bază. De exemplu, în reacțiile cu soluții apoase de acid acetic, apa este baza și cu o soluție apoasă de amoniac - acid.

1) CH 3 COXIA. + H 2 O. ↔ H 3 O. + + CH 3 SOO. -. Aici, molecula acidului acetic este prin protonul moleculei de apă;

2) NH 3. + H 2 O. ↔ NH 4. + + ESTE EL -. Aici, molecula de amoniac acceptă protonul din molecula de apă.

Astfel, apa poate forma două perechi conjugate:

1) H 2 O. (acid) și ESTE EL - (Baza conjugată)

2) H 3 O. + (acid) și H 2 O.(bază conjugată).

În primul caz, apa este diagnosticată cu proton, iar în al doilea - îl acceptă.

Această proprietate este numită amphiprotonalitate. Substanțele care pot intra în reacții în calitate și acizi și motive sunt numite amfoteric.. În pustie, astfel de substanțe sunt comune. De exemplu, aminoacizii sunt capabili să formeze săruri și cu acizi și cu baze. Prin urmare, peptidele formează cu ușurință compuși de coordonare cu acei ioni de metal prezenți.

Astfel, proprietatea caracteristică a conexiunii ionului este mișcarea completă a PNS-urilor electronilor de legare la una din miezuri. Aceasta înseamnă că există o zonă între ioni, unde densitatea electronică este aproape zero.

Al doilea tip de comunicare -covalent. comunicare

Atomii pot forma o configurație electronică stabilă prin combinarea electronilor.

O astfel de conexiune se formează atunci când perechea de electroni este generalizată de unul de la toata lumea Atom. În acest caz, electronii de comunicare comună sunt distribuiți între atomi în mod egal. Pot fi numite exemple de comunicare covalentă gomoiderny.dihomatomie molecule N. 2 , N. 2 , F. 2. Același tip de comunicare este disponibil la alotropici O. 2 și ozon. O. 3 și în molecula polistimică S. 8, precum și heterontore molecule Clorooor. NSL., dioxid de carbon Co. 2, METHA. SH 4, etanol. DIN 2 N. 5 ESTE EL, hexafluorură de sulf Sf. 6, acetylene DIN 2 N. 2. În toate aceste molecule, electronii sunt la fel de obișnuiți, iar conexiunile lor sunt saturate și îndreptate în mod egal (figura 4).

Pentru biologi, este important ca, în legături duble și triple, atomii de raze covalente sunt reduse comparativ cu legătura unică.

Smochin. patru. Legătura covalentă în molecula CL2.

Tipurile de conexiuni ionice și covalente sunt două cazuri de limitare a multor tipuri de obligațiuni chimice existente și, în practică, cele mai multe obligațiuni intermediare.

Compușii a două elemente situate în capetele opuse ale uneia sau diferite perioade ale sistemului Mendeleev sunt, de preferință, formând legături ionice. Pe măsură ce ratează elementele din perioada, natura ionică a compușilor lor este redusă și covalentă - crește. De exemplu, halogenurile și oxizii de elemente din partea stângă a tabelului periodic formează conexiuni predominant ionice ( NaCl, Agbr, Baso 4, Caco 3, Kno 3, Cao, NaOH) și aceleași conexiuni ale elementelor părții drepte a tabelului - covalent ( H20, CO 2, NH3, NO 2, CH 4, fenol C 6 H 5 Oh, glucoză C 6 H 12 O 6, etanol. De la 2n 5 el).

O legătură covalentă, la rândul său, are o altă modificare.

În ioni polhitomici și în molecule biologice complexe, ambii electroni pot apărea numai de la unuatom. Se numeste donatorcuplu electronic. Atom, compatibil cu un donator al acestei perechi de electroni, este numit acceptorcuplu electronic. Un astfel de comunicare covalentă este numit coordonare (Donor-Acceptor, saudativ) commonwealth.(Figura 5). Acest tip de comunicare este cel mai important pentru biologie și medicină, deoarece chimia celor mai importante elemente D pentru metabolism este în mare parte descrisă de obligațiunile de coordonare.

PC. cinci.

De regulă, în compusul complex, atomul de metal acționează ca un acceptor al unei perechi electronice; Dimpotrivă, cu legături ionice și covalente, atomul de metal este un donator de electroni.

Esența legăturii covalente și a soiurilor sale - comunicări de coordonare - poate fi clarificată cu ajutorul unei alte teorii ale acizilor și a motivelor propuse de GG. Lewis. A extinde oarecum conceptul semantic al termenilor "acid" și "bază" pe teoria Brestead-Lowry. Teoria lui Lewis explică natura formării de ioni complexi și participarea substanțelor în reacțiile de substituție nucleofilă, adică în formarea COP.

Potrivit lui Lewis, acidul este o substanță capabilă să formeze o conexiune covalentă prin acceptarea unei perechi electronice de la bază. Baza Lewis se numește o substanță cu o pereche de electroni fără medie, care, prin rotirea electronilor, formează o legătură covalentă cu acid lewisic.

Adică, teoria Lewis extinde cercul reacțiilor de bază acide și asupra reacției în care protoni nu participă deloc. Mai mult, protonul însuși, conform acestei teorii, este, de asemenea, acid, deoarece este capabil să accepte o pereche electronică.

În consecință, în conformitate cu această teorie, cationii sunt acizi leewasic, iar anioni sunt baze Lewis. Un exemplu este următoarele reacții:

Se remarcă mai presus de că subdiviziunea substanțelor la o rudă ionică și covalentă, deoarece trecerea completă a electronului de pe atomii de metal la atomii de acceptor în molecule covalente nu se produce. În compușii cu legătura cu ioni, fiecare ion este situat în câmpul electric al ionilor semnului opus, astfel încât acestea sunt reciproc polarizate, iar cojile lor sunt deformate.

Polarizabilitatedeterminată de structura electronică, taxa și dimensiunile ionului; Anionii sunt mai mari decât cea a cationilor. Cea mai mare polarizabilitate între cationi - cationii unei încărcături mai mari și mai mici, de exemplu, HG 2+, CD 2+, PB 2+, Al 3+, TL 3+. O acțiune puternică de polarizare posedă N. +. Deoarece influența polarizării ionilor este bilaterală, aceasta modifică semnificativ proprietățile compușilor formați din partea lor.

Al treilea tip de comunicare -dipole-dipol. comunicare

În plus față de tipurile de comunicare enumerate, dipolul se distinge intermolecularinteracțiunile numite și masele vanthervale .

Puterea acestor interacțiuni depinde de natura moleculelor.

Se amestecă interacțiunile de trei tipuri: dipol permanent dipol (permanent dipol ( dipole-dipol. atracţie); Dipole indusă de dipol (dipole) inducţie atracţie); Dipole indusă instant dipol (dipol indus ( dispersie atracție sau forțe din Londra; Smochin. 6).

Smochin. 6.

Momentul dipol-dipol posedă numai molecule cu legături covalente polare ( HCI, NH3, S02, H20, C6H5CI), iar forța de comunicare este de 1-2 debay.(1d \u003d 3.338 × 10-30 pandantiv Meter - CL × M).

În biochimie, se distinge încă un tip de comunicare - hidrogen comunicare, care este un caz extrem dipole-dipol. atracţie. Această relație este formată prin atracția dintre atomul de hidrogen și atomul electronegativ al unei dimensiuni mici, cel mai adesea - oxigen, fluor și azot. Cu atomi mari cu electronegilitate similară (de exemplu, cu clor și gri), legătura de hidrogen este semnificativ mai slabă. Atomul de hidrogen este caracterizat printr-o singură caracteristică esențială: atunci când se distinge de electronii de legare, kernelul său - proton - este scos și încetează să fie aplicat de electroni.

Prin urmare, atomul se transformă într-un dipol major.

Hidrogen Bond, spre deosebire de Vanderwals, se formează nu numai pentru interacțiunile intermoleculare, ci și în interiorul unei singure molecule - intramolecularlegătură de hidrogen. Legăturile de hidrogen joacă un rol important într-o biochimie, de exemplu, pentru a stabiliza structura proteinelor sub formă de A-Helix sau pentru formarea unui helix dublu DNA (figura 7).

Fig.7.

Hidrogenul și legăturile Vanderwalts sunt mult mai slabe decât ionice, covalente și coordonare. Energia conexiunilor intermoleculare este indicată în tabelul. unu.

Tabelul 1. Energia puterii intermoleculare

Notă: Gradul de interacțiuni intermoleculare reflectă indicatorii entalpii de topire și evaporare (fierbere). Compușii de ioni sunt obligați să separe ionii mult mai mare decât pentru separarea moleculelor. Entalpia compușii ionici sunt semnificativ mai mari decât compușii moleculari.

Al patrulea tip de comunicare -comunicarea metalelor

În cele din urmă, există un alt tip de legături intermoleculare - metal: Comunicarea ionilor de lattice metalice pozitive cu electroni liberi. În obiecte biologice, acest tip de comunicare nu este găsit.

De la o scurtă trecere în revistă a tipurilor de obligațiuni, se găsește o piesă: un parametru important al unui donator de atomi sau de ioni metalice, precum și un acceptor atomi-electron este acesta marimea.

Fără a intra în detalii, remarcăm că radiațiile covalente ale atomilor, razele ionice ale metalelor și radienii Vanderwali de molecule de interacțiune cresc în timp ce își măresc numărul de ordine în grupurile periodice. În același timp, valorile ionilor de raze sunt cea mai mică și raza Vantherwalvas - cea mai mare. De regulă, atunci când se deplasează în jos grupul, razele tuturor elementelor cresc, atât atât covalente cât și Vanderwals.

Cea mai mare valoare pentru biologi și medici are coordonare(donor-Acceptor.) Comunicarea considerată prin chimie de coordonare.

Bioorneria medicală. Gk. Barashkov.

Practic, atomul de carbon cu (1s 2 2 2 2p 2) are doi electroni neplătiuți, care pot fi formați doar două perechi electronice comune. Cu toate acestea, în majoritatea compușilor săi, carbon tetravalenten. Acest lucru se explică prin faptul că atomul de carbon, absorbind o cantitate mică de energie, intră în starea excitată în care are 4 electroni nepermanați, adică Create pentru a forma patru. Covoare covalente și participarea la formarea a patru perechi electronice generale:

6 cu 1s 2 2s 2 2p 2 6 C * 1s 2 2s 1 2p 3.

↓

1

↓

P.

↓

P.

S.

S.

Energia de excitație este compensată prin formarea de obligațiuni chimice, care apare cu eliberarea energiei.

Atomii de carbon au capacitatea de a forma trei tipuri de hibridizare a orbitelor electronice ( sp. 3., sp. 2., sp.) și formarea de conexiuni multiple (duble și triple) (Tabelul 2.2).

Tabelul 2.2.

Tipuri de molecule de hibridizare și geometrie

Comunicarea simplă (singură) se efectuează la sp. 3.-Hipridizarea, în care toate cele patru elemente orbitale hibride sunt echivalente și au focalizarea în spațiu la un unghi de 109 ° 29 "unul față de celălalt și sunt orientați spre vârfurile tetraedrului corect (figura 2.8).

Smochin. 2.8. Molecule de educație Metan CH 4

Dacă orbitele hibride ale suprapunerii de carbon cu sferic s.- Atomul de evitarie al hidrogenului, formează cel mai simplu compus organic Metan CH 4 - limită hidrocarbură.

De mare interes este studiul legăturilor de atomi de carbon între ei și cu atomi de alte elemente. Luați în considerare structura moleculelor de etan, etilenă și acetilenă.

Unghiurile dintre toate conexiunile din molecula de etan sunt aproape egali unul cu celălalt (figura 2.9) și nu diferă de colțurile C-H în \u200b\u200bmolecula de metan.

În consecință, atomii de carbon sunt într-o stare sp. 3.-Hibridizare.

Smochin. 2.9. Moleculă de etan cu 2 ore 6

Hibridizarea orbitală electronică a atomilor de carbon poate fi incompletă, adică Doi pot participa la acesta ( sp. 2.-Hypebridizarea) sau una ( sp.-Hypebridizarea) de trei r.-Evitali. În acest caz, sunt formate atomii de carbon pastretat (dublu sau triplu). Hidrocarburile cu conexiuni multiple sunt numite nesaturate sau nesaturate. Bondul dublu (C \u003d C) se formează când sp. 2.-Hibridizare.

În acest caz, fiecare dintre atomii de carbon este unul din trei r.-Evitalele nu participă la hibridizare, ca rezultat trei se formează sp. 2.-Hybrid orbite situate într-un plan la un unghi de 120 ° unul față de celălalt și non-liberal 2 r.- Sorbitalul este perpendicular pe acest avion. Două atomi de carbon sunt conectați unul cu celălalt, formând o comunicație S datorită suprapunerii orbitei hibride și unui P-Link din cauza suprapunerii r.-Evitali.

Interacțiunea de orbital de carbon hibrid liber cu 1 s.- Atomii de hidrogen conduc la formarea moleculei de etilenă C2H4 (figura 2.10) - cel mai simplu reprezentant al hidrocarburilor nesaturate.

Smochin. 2.10. Formarea moleculei de etilenă C 2N 4

Suprapunerea orbitălor electronice în cazul legăturilor P este mai mică și zona cu densitate de electroni crescută se află de la nucleele atomilor, astfel încât această relație este mai puțin durabilă decât S-Bond.

Triple Bond este formată dintr-o singură comunicare și două legături P. Orbalele electronice se află în starea de sp-hibridizare, formarea căreia se datorează unui singur s.- și unul r.-Subital (figura 2.11).

Două orbite hibride sunt situate la un unghi de 180 ° față de celălalt, iar celelalte două ne-menționate r.-Evitalele sunt situate în două planuri reciproc perpendiculare. Formarea unei legături triple are loc în molecula de acetilen C2H2 (vezi figura 2.11).

Smochin. 2.11. Formarea moleculei de acetilenă cu 2 H 2

Un tip special de comunicare are loc atunci când se formează molecula de benzen (de la 6 H 6) - cel mai simplu reprezentant al hidrocarburilor aromatice.

Benzolul conține șase atomi de carbon asociați între ei în ciclu (inelul benzenic) și fiecare atom de carbon se află într-o stare de SP 2-hibridizare (figura 2.12).

Smochin. 2.12. SP 2 - molecule de benzen orbital cu 6 H 6

Toți atomii de carbon incluși în molecula de benzen sunt situați în același plan. Fiecare atom de carbon într-o stare de SP 2-hibridizare există un alt non-orbital p-orbital cu un electron nepermand, care formează o legătură p (figura 2.13).

Axa cum ar fi. r.-Evitalele situate perpendicular pe planul moleculei benzenice.

Toate cele șase nonredid r.Lianții formează un p-orbital molecular de legare comună, iar toți cei șase electroni sunt combinați într-o sectă p-electronică.

Suprafața limită a unui astfel de orbital este situată mai sus și sub planul S-scheletului de carbon. Ca rezultat al suprapunerii circulare, apare un singur sistem P-sistem Delocalizat, acoperind toate atomii de cicluri de carbon (figura 2.13).

Benzolul este descris schematic sub forma unui hexagonal cu un inel în interior, ceea ce indică faptul că există o delocalizare a electronilor și a legăturilor corespunzătoare.

Smochin. 2.13. - Comunicarea în molecula de benzen cu 6 H 6

Ion comunicații chimice

Ion comunicare - obligațiunile chimice formate ca urmare a atracției electrostatice reciproce a ionilor încărcați opus, în care starea stabilă se realizează prin tranziția totală a densității globale de electroni la atomul elementului mai electronegativ.

Racordul pur ionic este termenul limită al unei legături covalente.

În practică, tranziția completă a electronilor de la un atom la un alt atom de comunicare nu este realizată, deoarece fiecare element are un EO mai mare sau mai mic (dar nu zero), iar orice legătură chimică va fi oarecum covalentă.

O astfel de conexiune are loc în cazul unei diferențe mari de atomi EO, de exemplu, între cationi s.-Metallurile primelor și celei de-a doua grupuri ale sistemului periodic și a anionilor din grupurile VIA și VIA (LIF, NaCI, CSF etc.).

Spre deosebire de comunicarea covalentă conexiunea Ion nu posedă . Acest lucru se explică prin faptul că câmpul electric al ionului are simetrie sferic, adică. scade cu distanța în aceeași lege în orice direcție. Prin urmare, interacțiunea dintre ioni este indiferent de direcție.

Interacțiunea a doi ioni ai semnului opus nu poate duce la o compensație reciprocă completă pentru câmpurile lor de alimentare. În virtutea acestui fapt, ei mențin capacitatea de a atrage ionii semnului opus și în alte destinații. Prin urmare, spre deosebire de o conexiune covalentă, comunicarea ionică este, de asemenea, caracterizată de nesaturate .

Lipsa radiației și a saturației în relația ionică determină înclinația moleculelor ionice la asociere. Toți compușii ionici din stare solidă au o rețea de cristale de ioni, în care fiecare ion este înconjurat de mai mulți ioni ai semnului opus. În același timp, toate legăturile acestui ion cu ioni învecinați sunt echivalente.

Comunicarea metalelor

Metalele se caracterizează printr-o serie de proprietăți speciale: conductivitate electrică și termică, luciu de metal caracteristic, forjare, plasticitate ridicată, rezistență ridicată. Aceste proprietăți specifice ale metalelor pot fi explicate printr-un tip special de legătură chimică numită metal .

Legătura de metal este rezultatul suprapunerii atomilor orbitali delocalizați, reunind într-o rețea de metale cristaline.

Majoritatea metalelor la nivelul electronilor externi au un număr semnificativ de orbital vacant și un număr mic de electroni.

Prin urmare, este mai profitabil ca electronii să nu fie localizați, dar aparțineau întregului atom metalic. În nodurile zăbrelelor metalice sunt ioni încărcați pozitiv, care sunt imersate în gaz electronic distribuite în metal:

Me ↔ Mine N + + N.

Există interacțiuni electrostatice între ionii metalici încărcați pozitiv (Me N) și electronii ne-silizi (n), care asigură rezistența substanței. Energia acestei interacțiuni este intermediară între energiile cristalelor covalente și moleculare. Prin urmare, elemente cu o cravată de metal pur ( s.- I. p.- Elemente) sunt caracterizate de puncte relativ ridicate de topire și duritate.

Prezența electronilor care pot să se miște liber în termeni de cristal și să ofere proprietăți specifice

Hidrogen Communications.

Hidrogen Communications. – un tip special de interacțiune intermoleculară. Atomii de hidrogen care sunt legați covalent de un atom de element având o valoare ridicată de electronegabilitate (cel mai adesea F, O, N, precum Cl, S și C), transporta o încărcătură relativ ridicată. Ca o consecință, acești atomi de hidrogen pot interacționa electrostatic cu atomii elementelor specificate.

Astfel, atomul H D + o moleculă de apă este orientată și, în consecință, interacționează (care este prezentată în trei puncte) cu un atom D - o moleculă de apă diferită:

Obligațiunile formate de atomul N situate între doi atomi ai elementelor electronegative se numesc hidrogen:

d- d + d-

A - N × × în

Energia legăturilor de hidrogen este semnificativ mai mică decât energia legăturii covalente convenționale (150-400 kJ / mol), dar această energie este suficientă pentru a provoca agregarea moleculelor compușilor corespunzători în starea lichidă, de exemplu, în Fluorură de hidrogen lichid HF (figura 2.14). Pentru conexiunile cu fluor, ajunge la aproximativ 40 kJ / mol.

Smochin. 2.14. Agregarea moleculelor HF din cauza legăturilor cu hidrogen

Lungimea legăturii de hidrogen este, de asemenea, mai mică decât lungimea legăturii covalente. Astfel, în polimer (HF) N, lungimea conexiunii F - H \u003d 0,092 nm și conexiunea F ∙∙∙ H \u003d 0,14 nm. În apă, lungimea lungimii legăturii O - H \u003d 0,096 Nm și legăturile O ∙∙∙ H \u003d 0.177nm.

Formarea legăturilor de hidrogen intermoleculare conduce la o schimbare semnificativă a proprietăților substanțelor: o creștere a vâscozității, a constantă dielectrică, a temperaturilor de fierbere și topire.

Informații similare.