ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ Часть II 1 Электронная структура атома углерода в органических соединениях 2 Электронная структура атома углерода в органических соединениях 2s2 2px1 2py 1 2pz0 1s2 основное состояние 2s1 2px1 2py 1 2pz1 1s2 возбужденное состояние 3 Гибридизация Атомная орбиталь — это часть пространства, в которой вероятность нахождения электрона максимальна. 5 Гибридизация 6 Гибридизация Гибридные орбитали и характер углеродных атомов Состояние углеродного атома Возбужденное, исходное состояние Валентно е состояни е атома углерода Орбитали – 2s 2px 2py 2pz Возбужденное, в алканах 2sp3 2sp3 2sp3 2sp3 Возбужденное, в алкенах 2sp2 2sp2 2sp2 Возбужденное, в алкинах Тип гибридизации и строение молекулы 2sp 2sp 2p 2p 2p – I (sp3) Тетраэдрическое II (sp2) Тригональное (плоскостное) III (sp) Дигональное (линейное) 7 Типы химической связи 8 Типы химической связи 9 Типы химической связи 10 Типы химической связи H H H C H H 4H + C H метан H C H H H H H C :: C H H этилен H : C ::: C : H ацетилен C C H H H C C H 11 Различные виды перекрывания орбиталей -связь 12 Различные виды перекрывания орбиталей -связь 13 Различные виды перекрывания орбиталей 14 Различные виды перекрывания орбиталей 15 Различные виды перекрывания орбиталей 16 Различные виды перекрывания орбиталей 17 Различные виды перекрывания орбиталей 18 Свойства ковалентной связи Ковалентная связь характеризуется несколькими параметрами: полярностью, длиной, энергией и направленностью в пространстве (углами между связями). 19 Полярность F > O > Сl > N > Вг > С > Н 20 Полярность С ( sp) C ( sp2 ) C ( sp3 ) H3C Cl 21 Поляризуемость Ковалентная связь обладает поляризуемостью — способностью изменять свою полярность, например, под влиянием внешнего воздействия. -связи поляризуются гораздо легче, чем -связи 22 Длина связи и энергия Некоторые параметры ковалентных углерод-углеродных связей Ковалентная связь Угол между гибридными Энергия орбиталями связи, (межвалент- кДж/моль ные углы) Тип гибридизации атома углерода Длина связи, нм sp3 0,154 109° 28' 350 Тетраэдрическая sp2 0,134 120° 610 Плоскостная sp 0,120 180° 830 Линейная C C Форма молекулы C C C C 23 Направленность ковалентной связи 24 Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи A: + B A:B акцептор донор H H N : + H+ H H + H N:H H 25 Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи CH3 H3C N CH3 + O CH3 триметиламин + H3C N - O CH3 оксид триметиламина CH3 семиполярная ковалентная связь H3C N O CH3 26 Водородная связь :O H :O H :O H :O H H H H H 12,5—20 кДж/моль 27 Взаимное влияние атомов в молекуле Индуктивный эффект + CH3 H H3C - Cl + H3C - OH метан хлорметан метанол Связь C–H малополярна Связь C–Cl полярна Связь C–O полярна Смещение электронной плотности по цепи -связей называется индуктивным эффектом и обозначается буквой I. 28 Взаимное влияние атомов в молекуле Индуктивный эффект H Cl Cl H Cl Cl H H COOH COOH pKa=5,67 pKa=6,07 I II 29 Взаимное влияние атомов в молекуле Индуктивный эффект Электроноакцепторные заместители, т.е. атом или группа атомов, смещающие электронную плотность -связи от атома углерода, проявляют отрицательный индуктивный эффект (-I-эффект). Электронодонорные заместители, т. е. атом или группа атомов, смещающие электронную плотность к атому углерода, проявляют положительный индуктивный эффект 30 (+I-эффект). Взаимное влияние атомов в молекуле Индуктивный эффект +I-Эффект проявляют алифатические углеводородные радикалы, т.е. алкильные радикалы (–CH3, –C2H5 и т. д.). Большинство функциональных групп проявляют -I-эффект: –Hal, –NH2, –OH, >С=O, –COOH. CH3 CH CH2 пропен 31 Взаимное влияние атомов в молекуле Мезомерный эффект (эффект сопряжения) C + C O O 2 1 C O 3 Делокализованная связь O O CH3 C CH O - - O -- O O CH3 C O CH3 C O 32 Взаимное влияние атомов в молекуле Мезомерный эффект (эффект сопряжения) 33 Взаимное влияние атомов в молекуле Мезомерный эффект (эффект сопряжения) O- OH O O O - - + H2O + H3O+ - OH +OH +OH + OH - - 34 Взаимное влияние атомов в молекуле Сверхсопряжение (гиперконъюгация) CH3 CH3 C CH3 H2C H > CH3 CH CH3 + H2C H > CH3 CH2 > CH3 H2C H+ + H2C H - - 35 Взаимное влияние атомов в молекуле Сверхсопряжение (гиперконъюгация) CH3 H H C CH3 CH CH2 H C CH CH2 H H CH3 CH3 C CH CH2 H CH3 C CH CH2 CH3 36 Взаимное влияние атомов в молекуле Сверхсопряжение (гиперконъюгация) CH3 CH3 C CH CH3 2-метилбутен-2 CH3 CH3 CH2 C CH2 2-метилбутен-1 37