Ատոմների փոխադարձ ազդեցությունը օրգանական նյութերի մոլեկուլներում (Կ. Ինգոլդի էլեկտրոնային տեղաշարժերի տեսություն)

Օրգանական նյութի մոլեկուլում ատոմները և ատոմների խմբերը զգալի ազդեցություն ունեն միմյանց վրա: Այս ազդեցությունը հիմնված է էլեկտրոնի խտության վերաբաշխման վրա՝ մոլեկուլի ներսում գործող էլեկտրաստատիկ ուժերի ազդեցության տակ։

Փոխադարձ ազդեցության առկայությունը մատնանշել է նաեւ Ա.Մ. Բուտլերովը օրգանական նյութերի կառուցվածքի տեսության մեջ. Այնուամենայնիվ, էլեկտրոնային տեղաշարժերի խիստ տեսությունը մշակվել է միայն 1926-1933 թվականներին անգլիացի քիմիկոս Քրիստոֆեր Ինգոլդի կողմից:

Օրգանական նյութերի մոլեկուլներում էլեկտրոնային խտության վերաբաշխման երկու հնարավորություն կա.

• 1. Էլեկտրոնի խտության տեղաշարժը - կապի երկայնքով, որը պայմանավորված է մոլեկուլում ներառված ատոմների (կամ ատոմների խմբերի) էլեկտրաբացասականության տարբերությամբ: Փոխադարձ ազդեցությունը, որը փոխանցվում է կապերի շղթայով, կոչվում է ինդուկցիոն էֆեկտ (I-էֆեկտ) (բևեռային էֆեկտ): Ինդուկտիվ ազդեցությունը միշտ վերագրվում է որոշակի ատոմի կամ ատոմների խմբի, և կախված դիտարկված ատոմի գործողության տակ էլեկտրոնային խտության տեղաշարժի ուղղությունից, առանձնանում են ինդուկցիոն էֆեկտների երկու տեսակ.
  • ա) դրական ինդուկցիոն էֆեկտ (+I-էֆեկտ) Հրել (էլեկտրոնների դոնոր ատոմներ և խմբեր).

+I-էֆեկտի ծանրությունը որոշելու համար կան մի շարք կանոններ.

ա) Փոխարինողի + I-ազդեցությունը ավելի ուժեղ է, այնքան ցածր է նրա էլեկտրաբացասականությունը.

բ) C-H կապի, թեև փոքր, բևեռականության պատճառով ալկիլ խմբերը դրսևորում են + I ազդեցություն.

բ) բացասական ինդուկցիոն էֆեկտ (-I-ազդեցություն)ատոմը կամ խումբը փոխում է էլեկտրոնի խտությունը կապի շղթայի երկայնքով ինքներդ ձեզ (էլեկտրոններ հանող ատոմներ և խմբեր).

-I-էֆեկտի ծանրությունը որոշվում է հետևյալ կանոններով.

ա) I-էֆեկտը որքան ուժեղ է, այնքան մեծ է տարրի էլեկտրաբացասականությունը.

բ) Չհագեցած փոխարինիչներն առաջացնում են -I-էֆեկտ, որն աճում է չհագեցվածության աստիճանի հետ.

Դա պայմանավորված է ածխածնի ատոմների էլեկտրաբացասականության փոփոխությամբ՝ դրանց հիբրիդացման աստիճանի փոփոխությամբ։

Կապերի կոշտության պատճառով ինդուկտիվ ազդեցությունը շղթայի երկայնքով շարժվելիս արագ քայքայվում է։ Դրա ազդեցությունը առավել նկատելի է շղթայի առաջին և երկրորդ ատոմների վրա, նրա ազդեցությունը հետագա ատոմների վրա աննշան է:

2. Էլեկտրոնների խտության տեղաշարժը խոնարհված կապերի երկայնքով: Խոնարհումը էլեկտրոնային փոխազդեցության տեսակ է, որը տեղի է ունենում մոլեկուլներում, որոնց կառուցվածքում առկա է մեկ և բազմակի կապերի փոփոխություն։ Խոնարհման շնորհիվ նման համակարգերում առկա է մեկ էլեկտրոնային ամպ։ Այս էֆեկտը կոչվում է կոնյուգացիոն էֆեկտ (C-էֆեկտ) կամ մեզոմերային էֆեկտ (M-էֆեկտ): Ի տարբերություն ինդուկտիվ էֆեկտի, մեզոմերային էֆեկտը փոխանցվում է զուգակցված կապերի շղթայի երկայնքով՝ առանց թուլանալու՝ ծածկելով ամբողջ մոլեկուլը։ Ինդուկցիայի նման, մեզոմերային էֆեկտը կարող է լինել դրական և բացասական՝ +M-էֆեկտ և -M-էֆեկտ: Իրենց բաղադրության մեջ խիստ էլեկտրաբացասական տարր ունեցող փոխարինիչներն ունեն բացասական մեզոմերային ազդեցություն։ Ազատ էլեկտրոնային զույգ ունեցող ատոմ ունեցող փոխարինիչները դրական մեզոմերային ազդեցություն ունեն։ Այն դեպքում, երբ փոխարինողը պարունակում է խիստ էլեկտրաբացասական ատոմ միայնակ զույգով, մրցակցություն է առաջանում -M և +M էֆեկտների (հալոգենների) միջև:

Մեզոմերային էֆեկտի փոփոխությունը գերկոնյուգացիոն էֆեկտն է (հիպերկոնյուգացիա, Նաթան-Բեկերի էֆեկտ, -կոնյուգացիա): Գերկոնյուգացիան պայմանավորված է ալկիլ խմբերի -օրբիտալների -կապերի համընկնմամբ -էլեկտրոնային համակարգի հետ:

Տեսադաս 1. ինդուկտիվ ազդեցություն. Մոլեկուլների կառուցվածքը. Օրգանական քիմիա

Տեսադաս 2. Մեզոմերիկ էֆեկտ (կոնյուգացիոն էֆեկտ): Մաս 1

Տեսադաս 3. Մեզոմերիկ էֆեկտ (կոնյուգացիոն էֆեկտ): Մաս 2

Դասախոսություն: Կառուցվածքի տեսություն օրգանական միացություններՀոմոլոգիա և իզոմերիզմ ​​(կառուցվածքային և տարածական): Ատոմների փոխադարձ ազդեցությունը մոլեկուլներում

Օրգանական քիմիա

Օրգանական քիմիա- քիմիայի մի ճյուղ, որն ուսումնասիրում է ածխածնի միացությունները, ինչպես նաև դրանց կառուցվածքը, հատկությունները, փոխակերպումները:

Օրգանական միացությունները ներառում են ածխածնի օքսիդներ, ածխաթթու, կարբոնատներ, ածխաջրածիններ։ Այս պահին հայտնի է շուրջ 30 միլիոն օրգանական նյութեր, և այդ թիվը շարունակում է աճել։ Հսկայական թվով միացություններ կապված են ածխածնի հատուկ հատկությունների հետ: Նախ՝ տվյալ տարրի ատոմներն ի վիճակի են միմյանց հետ կապվել կամայական երկարության շղթայով։ Այս կապը կարող է լինել ոչ միայն հաջորդական, այլեւ ճյուղավորված, ցիկլային։ Ածխածնի ատոմների միջև կան տարբեր կապեր՝ մեկ, կրկնակի և եռակի։ Երկրորդ, օրգանական միացություններում ածխածնի վալենտությունը IV է: Սա նշանակում է, որ բոլոր օրգանական միացություններում ածխածնի ատոմները գտնվում են գրգռված վիճակում՝ ունենալով 4 չզույգված էլեկտրոններ, որոնք ակտիվորեն փնտրում են իրենց զույգը։ Ուստի ածխածնի ատոմներն այլ տարրերի ատոմների հետ 4 կապ ստեղծելու հատկություն ունեն։ Այդ տարրերը ներառում են՝ ջրածին, թթվածին, ազոտ, ֆոսֆոր, ծծումբ, հալոգեն: Դրանցից ածխածինը ամենից հաճախ կապվում է ջրածնի, թթվածնի և ազոտի հետ։

Օրգանական միացությունների կառուցվածքի տեսություն

Ռուս գիտնական Ա.Մ.Բուտլերովը մշակեց օրգանական միացությունների կառուցվածքի տեսությունը, որը դարձավ օրգանական քիմիայի հիմքը և ներկայումս արդիական է։

Այս տեսության հիմնական դրույթները.

Օրգանական նյութերի մոլեկուլների ատոմները միահյուսված են միմյանց հետ իրենց վալենտությանը համապատասխան հաջորդականությամբ։ Քանի որ ածխածնի ատոմը քառավալենտ է, այն ձևավորում է տարբեր քիմիական կառուցվածքների շղթաներ։

Օրգանական նյութերի մոլեկուլների ատոմների միացման հաջորդականությունը որոշում է դրանց ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների բնույթը։

Ատոմների միացման հաջորդականության փոփոխությունը հանգեցնում է նյութի հատկությունների փոփոխության։

Օրգանական նյութերի մոլեկուլների ատոմները ազդում են միմյանց վրա, ինչը ազդում է նրանց քիմիական վարքի փոփոխության վրա։

Այսպիսով, իմանալով օրգանական նյութի մոլեկուլի կառուցվածքը, կարելի է կանխատեսել նրա հատկությունները, և հակառակը, նյութի հատկությունների իմացությունը կօգնի հաստատել դրա կառուցվածքը։

Հոմոլոգիա և իզոմերիզմ

Բուտլերովի տեսության երկրորդ դրույթից մեզ պարզ դարձավ, որ օրգանական նյութերի հատկությունները կախված են ոչ միայն մոլեկուլների բաղադրությունից, այլև նրանց մոլեկուլների ատոմների միացման կարգից։ Հետևաբար, օրգանական նյութերի մեջ տարածված են հոմոլոգներն ու իզոմերները։

հոմոլոգներ- սրանք նյութեր են, որոնք կառուցվածքով և քիմիական հատկություններով նման են, բայց կազմով տարբեր:

Իզոմերներ- Սրանք նյութեր են, որոնք քանակական և որակական բաղադրությամբ նման են, բայց կառուցվածքով և քիմիական հատկություններով տարբեր։

Հոմոլոգները կազմով տարբերվում են մեկ կամ մի քանի CH 2 խմբերով: Այս տարբերությունը կոչվում է հոմոլոգ: Կան ալկանների, ալկենների, ալկինների, արենների հոմոլոգ շարքեր։ Դրանց մասին կխոսենք հաջորդ դասում։

Դիտարկենք իզոմերիզմի տեսակները.

1. Կառուցվածքային իզոմերիզմ

1.1. Ածխածնի կմախքի իզոմերիզմ.

1.2. Դիրքի իզոմերիզմ.

1.2.1. Բազմակի կապի իզոմերիզմ

1.2.2. Փոխարինող իզոմերիզմ

1.2.3. իզոմերիզմ ֆունկցիոնալ խմբեր

1.3. Միջդասակարգային իզոմերիզմ.

2. Տարածական իզոմերիզմ

Սա այնպիսի քիմիական երևույթ է, երբ տարբեր նյութեր, որոնք ունեն ատոմների միմյանց կցման նույն կարգը, տարբերվում են տարածության մեջ ատոմների կամ ատոմների խմբերի ֆիքսված-տարբեր դիրքում: Այս տեսակըԻզոմերիզմը երկրաչափական և օպտիկական է:

2.1. Երկրաչափական իզոմերիզմ. Եթե ​​որևէ քիմիական միացության մոլեկուլում առկա է C=C կրկնակի կապ կամ ցիկլ, ապա այս դեպքերում հնարավոր է երկրաչափական կամ ցիս-տրանս իզոմերիզմ։

Այն դեպքում, երբ նույն փոխարինիչները գտնվում են հարթության մի կողմում, կարելի է ասել, որ սա cis իզոմեր է։ Երբ խառնիչները գտնվում են հակառակ կողմերում, ապա սա տրանս իզոմեր է: Այս տեսակի իզոմերիզմն անհնար է, երբ կրկնակի կապում առնվազն մեկ ածխածնի ատոմ ունի երկու նույնական փոխարինող: Օրինակ, ցիս-տրանս իզոմերիզմը պրոպենի համար անհնար է։

2.2. Օպտիկական իզոմերիզմ. Դուք գիտեք, որ հնարավոր է, որ ածխածնի ատոմը կապվի չորս ատոմների/ատոմների խմբերի հետ: Օրինակ:

Նման դեպքերում ձևավորվում է օպտիկական իզոմերիզմ, երկու միացություններ հակապոդներ են, ինչպես ձախ և աջ ձեռքանձ:

Ատոմների փոխադարձ ազդեցությունը մոլեկուլներում

Քիմիական կառուցվածքի հայեցակարգը, որպես միմյանց հետ կապված ատոմների հաջորդականություն, համալրվեց էլեկտրոնային տեսության հայտնվելով։ Մոլեկուլի որոշ մասերի մյուսների վրա ազդեցության երկու հնարավոր եղանակ կա.

ինդուկտիվ ազդեցություն.

մեզոմերային ազդեցություն.

Ինդուկտիվ ազդեցություն (I): Որպես օրինակ կարող ենք վերցնել 1-քլորպրոպանի մոլեկուլը (CH 3 CH 2 CH 2 Cl): Ածխածնի և քլորի ատոմների միջև կապն այստեղ բևեռային է, քանի որ վերջինս ավելի էլեկտրաբացասական է։ Էլեկտրոնների խտության ածխածնի ատոմից քլորի ատոմ տեղափոխման արդյունքում ածխածնի ատոմի վրա սկսում է առաջանալ մասնակի դրական լիցք (δ+), իսկ քլորի ատոմի վրա՝ մասնակի բացասական լիցք (δ-): Էլեկտրոնների խտության տեղաշարժը նշվում է ավելի էլեկտրաբացասական ատոմի ուղղությամբ ուղղված սլաքով:

Էլեկտրոնների խտության տեղաշարժից բացի, հնարավոր է նաև դրա տեղաշարժը, բայց ավելի փոքր չափով։ Տեղաշարժը տեղի է ունենում երկրորդ ածխածնի ատոմից առաջին, երրորդից երկրորդ: Ս-կապերի շղթայի երկայնքով խտության նման տեղաշարժը կոչվում է ինդուկտիվ ազդեցություն (I): Այն մարում է ազդող խմբից: Իսկ 3 σ-կապերից հետո գործնականում չի առաջանում։ Ամենաբացասական ինդուկտիվ ազդեցությունը (-I) պարունակում է հետևյալ փոխարինիչները՝ -F, -Cl, -Br, -I, -OH, -NH 2, -CN, -NO 2, -COH, -COOH: Բացասական, քանի որ դրանք ավելի էլեկտրաբացասական են, քան ածխածինը:

Երբ ատոմի էլեկտրաբացասականությունը փոքր է ածխածնի ատոմի էլեկտրաբացասականությունից, սկսվում է էլեկտրոնային խտության փոխանցումը այս փոխարինողներից դեպի ածխածնի ատոմներ։ Սա նշանակում է, որ խառնիչը պարունակում է դրական ինդուկտիվ ազդեցություն (+I): +I-ազդեցությամբ փոխարինողները հագեցած ածխաջրածնային ռադիկալներն են։ Միաժամանակ +I-էֆեկտը մեծանում է ածխաջրածնային ռադիկալի երկարացմամբ՝ –CH 3 , –C 2 H 5 , –C 3 H 7 , –C 4 H 9 :

Կարևոր է հիշել, որ ածխածնի ատոմները, որոնք գտնվում են տարբեր վալենտային վիճակներում, ունեն տարբեր էլեկտրաբացասականություն: Ածխածնի ատոմները, գտնվելով sp հիբրիդացման վիճակում, պարունակում են բավական մեծ էլեկտրաբացասականություն՝ համեմատած sp2 հիբրիդացման վիճակում գտնվող ածխածնի ատոմների հետ։ Այս ատոմներն իրենց հերթին ավելի էլեկտրաբացասական են, քան ածխածնի ատոմները sp3 հիբրիդացման վիճակում։

մեզոմերային ազդեցություն(Մ) , կոնյուգացիոն էֆեկտը փոխարինողի որոշակի ազդեցությունն է, որը փոխանցվում է խոնարհված π-կապերի համակարգով։ Այս ազդեցության նշանը որոշվում է նույն սկզբունքով, ինչ ինդուկտիվ էֆեկտի նշանը։ Այն դեպքում, երբ փոխարինողը սկսում է մեծացնել էլեկտրոնի խտությունը կոնյուգացված համակարգում, այն կպարունակի դրական մեզոմերային էֆեկտ (+M): Այն նաև կլինի էլեկտրոնների դոնոր: Մեզոմերային դրական ազդեցություն կարող են ունենալ միայն կրկնակի ածխածին-ածխածին կապերը՝ փոխարինողները։ Նրանք, իրենց հերթին, պետք է պարունակեն չկիսված էլեկտրոնային զույգ՝ -NH 2, -OH, հալոգեններ։ Բացասական մեզոմերային էֆեկտը (–M) օժտված է փոխարինողներով, որոնք ունակ են դուրս բերել էլեկտրոնի խտությունը խոնարհված համակարգից։ Հարկ է նշել նաև, որ համակարգում կնվազի էլեկտրոնային խտությունը։ Բացասական մեզոմերային ազդեցություն ունեն հետևյալ խմբերը՝ –NO 2, –COOH, –SO 3 H, -COH, >C=O:

Երբ էլեկտրոնային խտությունը վերաբաշխվում է, ինչպես նաև մեզոմերային և ինդուկտիվ էֆեկտների առաջացման պատճառով ատոմների վրա առաջանում են դրական կամ բացասական լիցքեր։ Այս կրթությունն արտացոլված է քիմիական հատկություններնյութեր. Գրաֆիկորեն, մեզոմերային էֆեկտը հաճախ ներկայացված է կոր սլաքով: Այս սլաքը ծագում է էլեկտրոնի խտության կենտրոնում: Միևնույն ժամանակ, այն ավարտվում է այնտեղ, որտեղ տեղաշարժվում է էլեկտրոնի խտությունը:

Օրինակ. վինիլքլորիդի մոլեկուլում մեզոմերային էֆեկտը ձևավորվում է, երբ քլորի ատոմի միայնակ էլեկտրոնային զույգը միացված է ածխածնի ատոմների միջև π-կապ կապի էլեկտրոններին: Այս կոնյուգացիայի արդյունքում քլորի ատոմի վրա առաջանում է մասնակի դրական լիցք։

Շարժական π-էլեկտրոնային ամպը, էլեկտրոնային զույգի գործողության արդյունքում, սկսում է տեղաշարժվել դեպի ածխածնի ամենահին ատոմը։

Եթե ​​մոլեկուլը պարունակում է փոփոխական մեկ և կրկնակի կապեր, ապա մոլեկուլը պարունակում է խոնարհված π-էլեկտրոնային համակարգ։

Մեզոմերային էֆեկտն այս մոլեկուլում չի քայքայվում:

Ուղարկել ձեր լավ աշխատանքը գիտելիքների բազայում պարզ է: Օգտագործեք ստորև ներկայացված ձևը

Ուսանողները, ասպիրանտները, երիտասարդ գիտնականները, ովքեր օգտագործում են գիտելիքների բազան իրենց ուսումնառության և աշխատանքի մեջ, շատ շնորհակալ կլինեն ձեզ:

Տեղադրվել է http://www.allbest.ru/

Ատոմների փոխադարձ ազդեցությունը մոլեկուլում և դրա փոխանցման եղանակները

Մոլեկուլը կազմող ատոմները ազդում են միմյանց վրա, այս ազդեցությունը փոխանցվում է կովալենտային կապով ատոմների շղթայի երկայնքով և հանգեցնում է մոլեկուլում էլեկտրոնային խտության վերաբաշխման։ Նման երեւույթը կոչվում է էլեկտրոնային ազդեցություն պատգամավոր.

Ինդուկտիվ ազդեցություն

Պարտատոմսերի բևեռացում.

ինդուկտիվ ազդեցություն (Ի- էֆեկտ) պատգամավոր կանչեց հեռարձակում էլդեպիգահը ազդեցություն պատգամավոր վրա շղթաներ y-կապեր.

Ինդուկտիվ ազդեցությունը արագորեն քայքայվում է (2-3 միացումից հետո)

Էֆեկտ H ընդունված = 0

Էլեկտրոնների ընդունիչներ (- Ի- էֆեկտ):

Hal, OH, NH 2, NO 2, COOH, CN

ուժեղ ընդունիչներ՝ կատիոններ՝ NH 3+ և այլն։

Էլեկտրոնների դոնորներ (+ Ի- Էֆեկտ):

Ալկիլային խմբեր sp 2-ածխածնի կողքին.

Անիոններ: --O -

1-ին և 2-րդ խմբերի մետաղներ.

մեզոմերային ազդեցություն

Մոլեկուլի էլեկտրոնային խտության վերաբաշխման մեջ հիմնական դերը խաղում են տեղաբաշխված p- և p-էլեկտրոնները։

Մեզոմերիկ Էֆեկտ կամ Էֆեկտ խոնարհում (Մ- էֆեկտ) - սա գոտիեբաշխում էլեկտրոններ վրա զուգորդել համակարգ.

Փոխարինիչները, որոնց ատոմներն ունեն չհիբրիդացված p-օրբիտալ և կարող են մասնակցել մոլեկուլի մնացած մասի հետ խոնարհմանը, ունեն մեզոմերային ազդեցություն: Մեզոմերական էֆեկտի ուղղությամբ փոխարինողները կարող են լինել երկու էլեկտրոն ընդունողներ.

և էլեկտրոնների դոնորներ.

Շատ փոխարինիչներ ունեն ինչպես ինդուկտիվ, այնպես էլ մեզոմերային ազդեցություն (տես աղյուսակը): Բոլոր փոխարինողների համար, բացառությամբ հալոգենների, մեզոմերային էֆեկտը բացարձակ արժեքով զգալիորեն գերազանցում է ինդուկտիվին։

Եթե ​​մոլեկուլում կան մի քանի փոխարինիչներ, ապա դրանց էլեկտրոնային ազդեցությունները կարող են լինել հետևողական կամ անհամապատասխան:

Եթե ​​բոլոր փոխարինիչները բարձրացնում են (կամ նվազում) էլեկտրոնի խտությունը նույն վայրերում, ապա նրանց էլեկտրոնային ազդեցությունները համարվում են համահունչ: Հակառակ դեպքում, դրանց էլեկտրոնային էֆեկտները կոչվում են անհամապատասխան:

Տարածական էֆեկտներ

Պատգամավորի ազդեցությունը, հատկապես, եթե նա կրում է էլեկտրական լիցք, կարող է փոխանցվել ոչ միայն քիմիական կապերի, այլեւ տիեզերքի միջոցով։ Այս դեպքում որոշիչ նշանակություն ունի փոխարինողի տարածական դիրքը։ Նման երեւույթը կոչվում է տարածական ազդեցություն պատգամավորեպողպատե.

Օրինակ:

Փոխարինիչը կարող է կանխել ակտիվ մասնիկի մոտենալը ռեակցիայի կենտրոնին և դրանով իսկ նվազեցնել ռեակցիայի արագությունը.

ատոմի մոլեկուլի էլեկտրոնի փոխարինիչ

Դեղորայքային նյութի ընկալիչի հետ փոխազդեցությունը պահանջում է նաև մոլեկուլների ուրվագծերի որոշակի երկրաչափական համապատասխանություն, և մոլեկուլային երկրաչափական կազմաձևի փոփոխությունը էապես ազդում է կենսաբանական ակտիվության վրա:

գրականություն

1. Բելոբորոդով Վ.Լ., Զուրաբյան Ս.Է., Լուզին Ա.Պ., Տյուկավկինա Ն.Ա. Օրգանական քիմիա (հիմնական դասընթաց). Բուստարդ, Մ., 2003, էջ. 67 - 72:

2. Ն.Ա. Տյուկավկինա, Յու.Ի. Բաուկովը։ Կենսօրգանական քիմիա. ԴՐՈՖԱ, Մ., 2007, էջ. 36-45 թթ.

Հյուրընկալվել է Allbest.ru-ում

Նմանատիպ փաստաթղթեր

Իբուպրոֆեն պարունակող դեղորայքի քննարկում: Իբուպրոֆենի առավելություններն ու թերությունները. Իբուպրոֆենի մոլեկուլի հիմնական քվանտային քիմիական հատկությունները. Արտաքին վալենտային էլեկտրոնների էլեկտրոնային խտության բաշխումը իբուպրոֆենի մոլեկուլում:

ներկայացում, ավելացվել է 18.03.2018թ


Միացությունների մեջ քիմիական կապի տեսակի որոշում. Էլեկտրբացասականության փոփոխության առանձնահատկությունները. Քիմիական կապի էլեկտրոնային խտության տեղաշարժը: Մեզոմերիկ էֆեկտի հայեցակարգը. Կոնյուգացիոն համակարգերի կայունությունը, դրանց տեսակները: Ցիկլային միացությունների առաջացումը.

շնորհանդես, ավելացվել է 02/10/2014


Քիմիական տարրը նույն տեսակի ատոմների հավաքածու է։ Բացում քիմիական տարրեր. Ատոմների և մոլեկուլների չափերը. Քիմիական տարրերի գոյության ձևերը. Որոշ տեղեկություններ նյութերի մոլեկուլային և ոչ մոլեկուլային կառուցվածքի մասին։ Ատոմ-մոլեկուլային ուսմունք.

շնորհանդես, ավելացվել է 15.04.2012թ


Քիմիական կառուցվածք - մոլեկուլում ատոմների միացման հաջորդականությունը, դրանց փոխհարաբերությունների և փոխադարձ ազդեցության կարգը: Օրգանական միացություններ կազմող ատոմների հաղորդակցություն; նյութերի հատկությունների կախվածությունը ատոմների տեսակից, դրանց քանակից և փոփոխության կարգից։

շնորհանդես, ավելացվել է 12/12/2010


Մոլեկուլի համեմատությունը սիմետրիկ խմբի հետ. Մոլեկուլի ամբողջական համաչափության հաստատում և ատոմների դասակարգում համարժեքների։ Բնօրինակ ներկայացումների մատրիցային արտադրյալը: Համապատասխանություն որոշ մատրիցայի սիմետրիայի փոխակերպմանը: Մատրիցների հավաքածուի օրինակներ.

վերացական, ավելացվել է 13.07.2009թ


Ատոմների փոխադարձ ազդեցությունը և դրա փոխանցման եղանակները օրգանական մոլեկուլներում: Իոնացման դերը կենսաբանական ակտիվության դրսևորման մեջ. Ֆոսֆոլիպիդները որպես կառուցվածքային բաղադրիչներբջջային մեմբրաններ. Օրգանական միացությունների ստերեոքիմիա. Ամինաթթուների, սպիտակուցների ռեակցիաներ.

դասախոսությունների դասընթաց, ավելացվել է 05.03.2013թ


Ածխաջրեր նման օրգանական նյութեր, որի մոլեկուլները բաղկացած են ածխածնի, ջրածնի և թթվածնի ատոմներից, դասակարգմանը ծանոթ՝ օլիգոսաքարիդներ, պոլիսախարիդներ։ Մոնոսախարիդների ներկայացուցիչների բնութագրերը՝ գլյուկոզա, մրգային շաքար, դեզօքսիրիբոզ։

շնորհանդես, ավելացվել է 18.03.2013թ


Իմիդազոլիումի կատիոնից և տետրաֆտորոբորատի անիոնից բաղկացած մոլեկուլի պարամետրերի հաշվարկը՝ օգտագործելով ծրագրային ապահովում. Մոլեկուլների կառուցվածքի ստացում, էլեկտրոնների խտության բաշխում դրանց մակերեսի վրա։ Միացման կրիտիկական կետերի գտնվելու վայրը.

թեստ, ավելացվել է 11/24/2013


Մոլեկուլի կառուցվածքը, ատոմների կապերը և ացետիլենների հատկությունները, ինչպես քիմիական նյութեր. Արդյունաբերությունում մեթանի թերմոլիզով և ածխածնի հիդրոգենացմամբ ալկիններ ստանալու և լաբորատորիայում վերացման ռեակցիայի առանձնահատկությունները. Ալկինների ռեակցիաները, որոնք ներառում են եռակի կապ:

վերահսկողական աշխատանք, ավելացվել է 05.08.2013թ


Քիմիական կապերի տեսակները՝ կովալենտ, իոնային և մետաղական։ Կովալենտային կապի ձևավորման դոնոր-ընդունիչ մեխանիզմը և բնութագրերը: Տարրերի վալենտությունը և օքսիդացման վիճակը: Քիմիական միացությունների մոլեկուլներ. Ատոմների և մոլեկուլների չափերը և զանգվածը:

Օրգանական միացությունների մոլեկուլների ատոմներն ու ատոմային խմբերը ազդում են միմյանց վրա, և ոչ միայն միմյանց հետ անմիջականորեն կապված ատոմները: Այս ազդեցությունը ինչ-որ կերպ փոխանցվում է մոլեկուլի միջոցով։ Ատոմների ազդեցության փոխանցումը մոլեկուլներում կապերի բևեռացման պատճառով կոչվում է էլեկտրոնային էֆեկտներ . Էլեկտրոնային էֆեկտների երկու տեսակ կա՝ ինդուկտիվ և մեզոմերական էֆեկտներ:

Ինդուկտիվ ազդեցություն- սա փոխարինողների ազդեցության փոխանցումն է σ-կապերի շղթայի երկայնքով՝ պայմանավորված դրանց բևեռացումով: Ինդուկտիվ էֆեկտը նշվում է I նշանով: Դիտարկենք այն՝ օգտագործելով 1-քլորբուտանի օրինակը.

C-Cl կապը բևեռային է քլորի ավելի բարձր էլեկտրաբացասականության պատճառով: Ածխածնի ատոմի վրա առաջանում է մասնակի դրական լիցք (δ+): Հաջորդ σ կապի էլեկտրոնային զույգը տեղափոխվում է դեպի ածխածնի ատոմի էլեկտրոնների պակասը, այսինքն. բևեռացված. Դրա շնորհիվ մասնակի դրական լիցք (δ + ') առաջանում է նաև հաջորդ ածխածնի ատոմի վրա և այլն։ Այսպիսով, քլոր դրդում էբևեռացումը ոչ միայն «սեփական» σ-կապերի, այլ նաև շղթայի հետագա կապերի։ Խնդրում ենք նկատի ունենալ, որ յուրաքանչյուր հաջորդ մասնակի դրական լիցքը փոքր է նախորդից (δ+>δ+’>δ+’’>δ+’’’), այսինքն. ինդուկտիվ էֆեկտը փոխանցվում է շղթայի միջոցով՝ խոնավացումով: Սա կարելի է բացատրել σ կապերի ցածր բևեռացման հնարավորությունով։ Ընդհանրապես ընդունված է, որ ինդուկտիվ ազդեցությունը տարածվում է 3-4 σ-կապերի վրա։ Տվյալ օրինակում քլորի ատոմը փոխում է էլեկտրոնի խտությունը կապի շղթայի երկայնքով ինքս ինձ. Նման ազդեցությունը կոչվում է բացասական ինդուկտիվ ազդեցություն և նշվում է -I Cl-ով:

Փոխարինիչների մեծ մասը ցուցաբերում է բացասական ինդուկտիվ ազդեցություն, քանի որ դրանց կառուցվածքում կան ատոմներ, որոնք ավելի էլեկտրաբացասական են, քան ջրածինը (վերցված է ջրածնի ինդուկտիվ ազդեցությունը. զրո) Օրինակ՝ -F, -Cl, -Br, -I, -OH, -NH 2, -NO 2,
-COOH, >C=O.

Եթե ​​փոխարինողը տեղափոխում է էլեկտրոնի խտությունը σ-կապերի շղթայի երկայնքով Հրել, այն ցուցաբերում է դրական ինդուկտիվ ազդեցություն (+I): Օրինակ:

Ընդհանուր բացասական լիցքով թթվածինը դրսևորում է դրական ինդուկտիվ ազդեցություն:

Պրոպենի մոլեկուլում մեթիլ խմբի ածխածինը sp 3-հիբրիդացված է, իսկ կրկնակի կապում ածխածնի ատոմները sp 2-հիբրիդացված են, այսինքն. ավելի էլեկտրաբացասական: Հետևաբար, մեթիլ խումբը հեռացնում է էլեկտրոնի խտությունը իրենից՝ ցույց տալով դրական ինդուկտիվ ազդեցություն (+I CH 3):

Այսպիսով, ինդուկտիվ ազդեցությունը կարող է դրսևորվել ցանկացած մոլեկուլում, որի մեջ կան տարբեր էլեկտրաբացասականության ատոմներ։

մեզոմերային ազդեցություն- սա փոխարինողների էլեկտրոնային ազդեցության փոխանցումն է խոնարհված համակարգերում, π կապերի բևեռացման միջոցով: Մեզոմերային էֆեկտը փոխանցվում է առանց թուլացման, քանի որ π կապերը հեշտությամբ բևեռացվում են: Խնդրում ենք նկատի ունենալ. միայն այն փոխարինիչները, որոնք իրենք են հանդիսանում խոնարհված համակարգի մաս, ունեն մեզոմերային ազդեցություն: Օրինակ:

Մեզոմերային էֆեկտը կարող է լինել և՛ դրական (+M), և՛ բացասական (-M):

Վինիլքլորիդի մոլեկուլում քլորի չկիսված էլեկտրոնային զույգը մասնակցում է p, π-կոնյուգացիայի, այսինքն. Քլորի ներդրումը զուգակցված համակարգում ավելի մեծ է, քան ածխածնի յուրաքանչյուր ատոմինը: Հետևաբար, քլորը դրսևորում է դրական մեզոմերային ազդեցություն:

Ակրիլային ալդեհիդի մոլեկուլն է
π.π-կոնյուգացիոն համակարգ. Թթվածնի ատոմը մեկ էլեկտրոն է նվիրաբերում խոնարհմանը՝ նույնքան, որքան յուրաքանչյուր ածխածնի ատոմը, բայց թթվածնի էլեկտրաբացասականությունն ավելի բարձր է, քան ածխածինը, ուստի թթվածինը փոխակերպում է խոնարհված համակարգի էլեկտրոնային խտությունը դեպի իրեն, իսկ ալդեհիդային խումբը որպես ամբողջություն ցուցադրում է բացասական մեզոմերային ազդեցություն:

Այսպիսով, փոխարինողները, որոնք երկու էլեկտրոններ են նվիրաբերում խոնարհմանը, ունեն դրական մեզոմերային ազդեցություն: Դրանք ներառում են.

ա) ընդհանուր բացասական լիցքով փոխարինողներ, օրինակ՝ –O -;

բ) փոխարինողներ, որոնց կառուցվածքում p z օրբիտալներում կան չբաշխված էլեկտրոնային զույգերով ատոմներ, օրինակ՝ -NH 2, -OH,
-F, -Cl, -Br-, -I, -OR (-OCH 3, -OC 2 H 5):

Փոխարինիչները, որոնք փոխակերպում են էլեկտրոնի խտությունը խոնարհված համակարգում իրենց վրա, ցուցադրում են բացասական մեզոմերային ազդեցություն: Դրանք ներառում են փոխարինիչներ, որոնց կառուցվածքում կան կրկնակի կապեր, օրինակ.

Փոխարինիչը կարող է միաժամանակ դրսևորել ինչպես ինդուկտիվ, այնպես էլ մեզոմերային ազդեցություն: Որոշ դեպքերում այդ էֆեկտների ուղղությունը նույնն է (օրինակ՝ -I և -M), որոշ դեպքերում դրանք գործում են հակառակ ուղղություններով (օրինակ՝ -I և +M)։ Ինչպե՞ս որոշել այս դեպքերում փոխարինողի ընդհանուր ազդեցությունը մոլեկուլի մնացած մասի վրա (այլ կերպ ասած՝ ինչպե՞ս որոշել՝ տվյալ փոխարինողը էլեկտրոն դոնոր է, թե էլեկտրոն ընդունող): Փոխարինիչները, որոնք մեծացնում են էլեկտրոնի խտությունը մնացած մոլեկուլում, կոչվում են էլեկտրոն դոնոր փոխարինողներ, իսկ այն փոխարինողները, որոնք նվազեցնում են էլեկտրոնի խտությունը մնացած մոլեկուլում, կոչվում են էլեկտրոններ քաշող փոխարինիչներ։

Փոխարինողի ընդհանուր ազդեցությունը որոշելու համար անհրաժեշտ է համեմատել դրա էլեկտրոնային ազդեցությունը մեծությամբ: Եթե ​​դրական նշանի էֆեկտը գերակշռում է, ապա փոխարինողը էլեկտրոն դոնոր է: Եթե ​​բացասական ազդեցությունը գերակշռում է, ապա փոխարինողը էլեկտրոն քաշող փոխարինող է: Հարկ է նշել, որ, որպես կանոն, մեզոմերային էֆեկտն ավելի ուժեղ է, քան ինդուկտիվը (պ կապերի բևեռացման ավելի մեծ ունակության շնորհիվ)։ Սակայն այս կանոնից կան բացառություններ՝ հալոգենների ինդուկտիվ ազդեցությունն ավելի ուժեղ է, քան մեզոմերականը։

Դիտարկենք կոնկրետ օրինակներ.

Այս միացության մեջ ամինո խումբը էլեկտրոն նվիրաբերող փոխարինող է, քանի որ դրա դրական մեզոմերիկ ազդեցությունն ավելի ցայտուն է, քան բացասական ինդուկտիվը:

Այս միացության մեջ ամինո խումբը էլեկտրոն քաշող փոխարինող է, քանի որ ցուցադրում է միայն բացասական ինդուկտիվ ազդեցություն:

Ֆենոլի մոլեկուլում հիդրօքսիլ խումբը էլեկտրոն նվիրաբերող փոխարինող է՝ դրական մեզոմերային ազդեցության գերակշռության պատճառով բացասական ինդուկտիվին։

Բենզիլ սպիրտի մոլեկուլում հիդրօքսիլ խումբը չի մասնակցում կոնյուգացմանը և ցուցադրում է միայն բացասական ինդուկտիվ ազդեցություն։ Հետևաբար, այն էլեկտրոն քաշող փոխարինող է։

Այս օրինակները ցույց են տալիս, որ ընդհանրապես չի կարելի դիտարկել որևէ փոխարինողի ազդեցությունը, բայց պետք է հաշվի առնել դրա ազդեցությունը որոշակի մոլեկուլում:

Միայն հալոգեններն են միշտ էլեկտրոն քաշող փոխարինիչներ, քանի որ դրանց բացասական ինդուկտիվ ազդեցությունն ավելի ուժեղ է, քան դրական մեզոմերականը: Օրինակ:

Այժմ վերադառնանք բենզոլի ածանցյալների էլեկտրոֆիլ փոխարինման ռեակցիաներին: Այսպիսով, մենք պարզեցինք, որ ռինգում արդեն առկա փոխարինողն ազդում է էլեկտրոֆիլ փոխարինման ռեակցիաների ընթացքի վրա: Ո՞րն է այս ազդեցությունը:

Փոխարինիչը ազդում է S E ռեակցիաների արագության և օղակի մեջ մտցված երկրորդ փոխարինողի դիրքի վրա. Դիտարկենք ազդեցության այս երկու ասպեկտները:

Ազդեցություն ռեակցիայի արագության վրա. Որքան բարձր է էլեկտրոնի խտությունը օղակում, այնքան ավելի հեշտ է ընթանում էլեկտրոֆիլ փոխարինման ռեակցիաները: Հասկանալի է, որ էլեկտրոն նվիրաբերող փոխարինիչները հեշտացնում են S E ռեակցիաները (դրանք ցիկլը ակտիվացնողներ են), իսկ էլեկտրոններ հանող փոխարինողները խանգարում են նրանց (նրանք ապաակտիվացնում են ցիկլը)։ Ուստի էլեկտրոֆիլ փոխարինող ռեակցիաները բենզոլի ածանցյալներում, որոնք պարունակում են էլեկտրոններ քաշող փոխարինիչներ, իրականացվում են ավելի ծանր պայմաններում։

Համեմատենք ֆենոլի, տոլուոլի, բենզոլի, քլորբենզոլի և նիտրոբենզոլի ակտիվությունը նիտրացման ռեակցիայում։

Քանի որ ֆենոլը և տոլուոլը պարունակում են էլեկտրոն նվիրաբերող փոխարինիչներ, նրանք ավելի ակտիվ են S E ռեակցիաներում, քան բենզոլը: Ընդհակառակը, քլորոբենզոլը և նիտրոբենզոլը ավելի քիչ ակտիվ են այդ ռեակցիաներում, քան բենզոլը, քանի որ. պարունակում են էլեկտրոններ հանող փոխարինիչներ։ Ֆենոլն ավելի ակտիվ է, քան տոլուոլը՝ շնորհիվ OH խմբի դրական մեզոմերային ազդեցության։ Քլորն այնքան ուժեղ էլեկտրոն քաշող փոխարինող չէ, որքան նիտրո խումբը, քանի որ Նիտրո խումբը ցուցադրում է ինչպես բացասական ինդուկտիվ, այնպես էլ բացասական մեզոմերային ազդեցություն: Այսպիսով, ներս այս շարքըէլեկտրոֆիլ փոխարինման ռեակցիաներում ակտիվությունը նվազում է ֆենոլից մինչև նիտրոբենզոլ: Փորձնականորեն հաստատվել է, որ եթե բենզոլի նիտրացման ռեակցիայի արագությունը վերցվի 1, ապա այս շարքը կունենա հետևյալ տեսքը.

Էլեկտրաֆիլ փոխարինող ռեակցիաների ընթացքի վրա անուշաբույր օղակում փոխարինողի ազդեցության երկրորդ ասպեկտը այսպես կոչված. փոխարինիչների կողմնորոշիչ գործողություն. Բոլոր փոխարինողները կարելի է բաժանել երկու խմբի՝ օրթո-, պարա-օրիենտանտներ (1-ին տեսակի փոխարինիչներ) և մետա-օրիենտանտներ (2-րդ տեսակի փոխարինիչներ):

Դեպի 1-ին տեսակի փոխարինողներներառում են՝ -OH, -O -, -NH 2, ալկիլ խմբեր (-CH 3, -C 2 H 5 և այլն) և հալոգեններ: Դուք կարող եք տեսնել, որ այս բոլոր փոխարինիչները դրսևորում են դրական ինդուկտիվ ազդեցություն և/կամ դրական մեզոմերային ազդեցություն: Նրանք բոլորը, բացառությամբ հալոգենների, մեծացնում են էլեկտրոնի խտությունը օղակում, հատկապես օրթո և պարա դիրքերում։ Հետեւաբար, էլեկտրոֆիլն ուղղված է այս դիրքերին: Որպես օրինակ վերցնենք ֆենոլը.

Հիդրօքսիլ խմբի դրական մեզոմերային ազդեցության շնորհիվ էլեկտրոնային խտությունը վերաբաշխվում է խոնարհված համակարգի երկայնքով, իսկ օրթո և պարա դիրքերում այն ​​հատկապես մեծանում է։

Երբ ֆենոլը բրոմացվում է, ձևավորվում է օրթո- և պարա-բրոմֆենոլի խառնուրդ.

Եթե ​​բրոմացումը կատարվում է բևեռային լուծիչով ( բրոմ ջուր) և օգտագործեք բրոմի ավելցուկ, ռեակցիան անմիջապես ընթանում է երեք դիրքով.

2-րդ տեսակի փոխարինողներեն՝ -NH 3 + , -COOH, -CHO (ալդեհիդի խումբ), -NO 2, -SO 3 H: Այս բոլոր փոխարինիչներն իջեցնում են էլեկտրոնային խտությունը արոմատիկ օղակում, սակայն մետա դիրքերում դրա վերաբաշխման պատճառով այն իջեցվում է: ոչ այնքան ուժեղ, որքան օրթո- և պարա-: Դիտարկենք սա՝ օգտագործելով բենզոաթթվի օրինակը.

Կարբոքսիլ խումբը ցուցադրում է բացասական ինդուկտիվ և բացասական մեզոմերային ազդեցություն: Համակցված համակարգի երկայնքով վերաբաշխման պատճառով մետա դիրքերում էլեկտրոնի խտությունը մնում է ավելի բարձր, քան օրթո և պարա դիրքերում, ուստի էլեկտրոֆիլը հարձակվելու է մետա դիրքերի վրա:

ԳԼՈՒԽ 2. ՔԻՄԻԱԿԱՆ ԿԱՊԸ ԵՎ ԱՏՈՄՆԵՐԻ ՓՈԽԱԶԴԵՑՈՒԹՅՈՒՆԸ ՕՐԳԱՆԱԿԱՆ ՄԻԱՑՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐՈՒՄ.

ԳԼՈՒԽ 2. ՔԻՄԻԱԿԱՆ ԿԱՊԸ ԵՎ ԱՏՈՄՆԵՐԻ ՓՈԽԱԶԴԵՑՈՒԹՅՈՒՆԸ ՕՐԳԱՆԱԿԱՆ ՄԻԱՑՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐՈՒՄ.

Օրգանական միացությունների քիմիական հատկությունները որոշվում են քիմիական կապերի տեսակով, կապված ատոմների բնույթով և մոլեկուլում դրանց փոխադարձ ազդեցությամբ։ Այս գործոններն իրենց հերթին որոշվում են ատոմների էլեկտրոնային կառուցվածքով և նրանց ատոմային ուղեծրերի փոխազդեցությամբ։

2.1. Ածխածնի ատոմի էլեկտրոնային կառուցվածքը

Ատոմային տարածության այն հատվածը, որտեղ էլեկտրոն գտնելու հավանականությունը առավելագույնն է, կոչվում է ատոմային ուղեծր(ԱՕ):

Քիմիայում լայնորեն կիրառվում է ածխածնի ատոմի և այլ տարրերի հիբրիդային ուղեծրեր հասկացությունը։ Հիբրիդացման հայեցակարգը՝ որպես ուղեծրերի վերադասավորումը նկարագրելու միջոց, անհրաժեշտ է, երբ ատոմի հիմնական վիճակում չզույգված էլեկտրոնների թիվը փոքր է, քան ձևավորված կապերի քանակը։ Օրինակ՝ ածխածնի ատոմն է, որը բոլոր միացություններում դրսևորվում է որպես քառավալենտ տարր, սակայն իր արտաքին էլեկտրոնային մակարդակի ուղեծրերը լրացնելու կանոնների համաձայն՝ միայն երկու չզույգված էլեկտրոններ են գտնվում հիմնական վիճակում 1s 2 2s 2 2p 2 (նկ. 2.1, աև Հավելված 2-1): Այս դեպքերում ենթադրվում է, որ էներգիայով մոտ տարբեր ատոմային ուղեծրեր կարող են խառնվել միմյանց հետ՝ ձևավորելով նույն ձևի և էներգիայի հիբրիդային ուղեծրեր։

Հիբրիդային օրբիտալները, ավելի մեծ համընկնման շնորհիվ, ավելի ամուր կապեր են կազմում ոչ հիբրիդացված օրբիտալների համեմատ։

Կախված հիբրիդացման մեջ մտած ուղեծրերի քանակից, ածխածնի ատոմը կարող է լինել երեք վիճակներից մեկում.

Բրինձ. 2.1.Էլեկտրոնների բաշխումը ուղեծրերում ածխածնի ատոմում գետնի (ա), գրգռված (բ) և հիբրիդացված վիճակներում (c - sp 3, գ-sp2, դ- sp)

հիբրիդացում (տես նկ. 2.1, գ-ե): Հիբրիդացման տեսակը որոշում է հիբրիդային AO-ների կողմնորոշումը տարածության մեջ և, հետևաբար, մոլեկուլների երկրաչափությունը, այսինքն՝ դրանց տարածական կառուցվածքը:

Մոլեկուլների տարածական կառուցվածքը ատոմների և ատոմային խմբերի փոխադարձ դասավորությունն է տարածության մեջ։

sp 3-Հիբրիդացում.Ածխածնի գրգռված ատոմի չորս արտաքին AO-ներ խառնելիս (տես նկ. 2.1, բ)՝ մեկ 2s- և երեք 2p-օրբիտալներ, առաջանում են չորս համարժեք sp 3 -հիբրիդային ուղեծրեր։ Նրանք ունեն եռաչափ «ութի» տեսք, որի շեղբերից մեկը մյուսից շատ ավելի մեծ է։

Յուրաքանչյուր հիբրիդային օրբիտալ լցված է մեկ էլեկտրոնով։ Ածխածնի ատոմը sp 3 հիբրիդացման վիճակում ունի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա 1s 2 2(sp 3) 4 (տես նկ. 2.1, գ): Հիբրիդացման նման վիճակը բնորոշ է ածխածնի ատոմներին հագեցած ածխաջրածիններում (ալկաններում) և, համապատասխանաբար, ալկիլային ռադիկալներում։

Փոխադարձ վանման շնորհիվ sp 3 - հիբրիդային AO-ները տարածության մեջ ուղղված են դեպի գագաթները. քառաեդրոն,իսկ նրանց միջև եղած անկյունները 109,5 են? (առավել շահավետ գտնվելու վայրը. նկ. 2.2, ա):

Տարածական կառուցվածքը պատկերված է ստերեոքիմիական բանաձևերի միջոցով: Այս բանաձևերում sp 3 հիբրիդացված ածխածնի ատոմը և նրա երկու կապերը տեղադրվում են գծագրի հարթությունում և գրաֆիկորեն նշվում կանոնավոր գծով։ Թավ գիծը կամ թավ սեպը նշանակում է կապ, որը ձգվում է գծագրի հարթությունից առաջ և ուղղված է դեպի դիտորդը. կետավոր գիծ կամ բացված սեպ (..........) - կապ, որը հեռանում է դիտորդից գծագրի հարթությունից այն կողմ:

Բրինձ. 2.2.Ածխածնի ատոմի հիբրիդացման տեսակները. Կենտրոնում գտնվող կետը ատոմի միջուկն է (հիբրիդային օրբիտալների փոքր ֆրակցիաները բաց են թողնվել՝ պատկերը պարզեցնելու համար, չհիբրիդացված p-AO-ները ցուցադրվում են գույնով)

ժա (նկ. 2.3, ա): Ածխածնի ատոմը գտնվում է վիճակում sp 3-հիբրիդացումն ունի քառանիստ կոնֆիգուրացիա:

sp 2-Հիբրիդացում.Մեկը խառնելիս 2s-և գրգռված ածխածնի ատոմի երկու 2p-AO, երեք համարժեք sp 2-հիբրիդային ուղեծրեր և մնում է չհիբրիդացված 2p-AO: Ածխածնի ատոմը գտնվում է վիճակում sp 2-հիբրիդացումն ունի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա 1s 2 2(sp 2) 3 2p 1 (տես նկ. 2.1, d): Ածխածնի ատոմի հիբրիդացման այս վիճակը բնորոշ է չհագեցած ածխաջրածիններին (ալկեններին), ինչպես նաև որոշ ֆունկցիոնալ խմբերին, ինչպիսիք են կարբոնիլը և կարբոքսիլը։

sp 2 - Հիբրիդային ուղեծրերը գտնվում են նույն հարթությունում 120? անկյան տակ, իսկ չհիբրիդացված AO-ն գտնվում է հարթությանը ուղղահայաց(տես նկ. 2.2, բ): Ածխածնի ատոմը գտնվում է վիճակում sp 2-հիբրիդացում ունի եռանկյունաձև կոնֆիգուրացիա:Կրկնակի կապով կապված ածխածնի ատոմները գտնվում են գծագրի հարթությունում, և դիտորդին ուղղված և դեպի դիտողից հեռու նրանց միակ կապերը նշանակված են ինչպես նկարագրված է վերևում (տես Նկար 2.3, բ).

sp հիբրիդացում.Երբ գրգռված ածխածնի ատոմի մեկ 2s և մեկ 2p ուղեծրերը խառնվում են, ձևավորվում են երկու համարժեք sp հիբրիդային AO, մինչդեռ երկու p AO մնում են չհիբրիդացված: Ածխածնի ատոմը sp հիբրիդացման վիճակում ունի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա

Բրինձ. 2.3.Մեթանի (ա), էթանի (բ) և ացետիլենի (գ) ստերեոքիմիական բանաձևերը

1s 2 2(sp 2) 2 2p 2 (տես նկ. 2.1e): Ածխածնի ատոմի հիբրիդացման այս վիճակը տեղի է ունենում եռակի կապ ունեցող միացություններում, օրինակ՝ ալկիններում, նիտրիլներում։

sp-հիբրիդային ուղեծրերը գտնվում են 180? անկյան տակ, իսկ երկու չհիբրիդացված ԱՕ-ները գտնվում են փոխադարձ ուղղահայաց հարթություններում (տե՛ս նկ. 2.2, գ): Ածխածնի ատոմը sp հիբրիդացման վիճակում ունի գծի կոնֆիգուրացիա,Օրինակ, ացետիլենի մոլեկուլում բոլոր չորս ատոմները գտնվում են նույն ուղիղ գծի վրա (տես նկ. 2.3, մեջ):

Այլ օրգանոգեն տարրերի ատոմները նույնպես կարող են լինել հիբրիդացված վիճակում։

2.2. Ածխածնի ատոմի քիմիական կապեր

Օրգանական միացություններում քիմիական կապերը հիմնականում ներկայացված են կովալենտային կապերով։

Կովալենտը կոչվում է քիմիական կապ, ձևավորվել է կապված ատոմների էլեկտրոնների սոցիալականացման արդյունքում։

Այս ընդհանուր էլեկտրոնները զբաղեցնում են մոլեկուլային օրբիտալներ (MOs): Որպես կանոն, MO-ն բազմակենտրոն ուղեծր է, և այն լրացնող էլեկտրոնները տեղակայվում են (ցրված): Այսպիսով, MO-ն, ինչպես AO-ն, կարող է դատարկ լինել՝ լցված մեկ էլեկտրոնով կամ երկու էլեկտրոններով՝ հակառակ սպիններով*։

2.2.1. σ- ևπ - Հաղորդակցություններ

Գոյություն ունեն կովալենտային կապերի երկու տեսակ՝ σ (sigma)- և π (pi) - կապեր։

σ-կապը կովալենտային կապ է, որը ձևավորվում է, երբ AO-ը համընկնում է ուղիղ գծի (առանցքի) երկայնքով, որը միացնում է երկու կապակցված ատոմների միջուկները այս ուղիղ գծի վրա համընկնման առավելագույնի հետ:

σ-կապն առաջանում է, երբ ցանկացած AO-ն համընկնում է, ներառյալ հիբրիդները: Նկար 2.4-ը ցույց է տալիս ածխածնի ատոմների միջև σ-կապերի ձևավորումը նրանց հիբրիդային sp 3 -AO և σ առանցքային համընկնման արդյունքում: -C-H կապերհիբրիդային sp 3 -AO ածխածնի և s-AO ջրածնի համընկնման միջոցով:

* Լրացուցիչ մանրամասների համար տե՛ս. Պոպկով Վ.Ա., Պուզակով Ս.Ա.Ընդհանուր քիմիա. - M.: GEOTAR-Media, 2007. - Գլուխ 1:

Բրինձ. 2.4.Էթանում σ-կապերի առաջացում AO-ի առանցքային համընկնման միջոցով (հիբրիդային օրբիտալների փոքր ֆրակցիաները բաց են թողնված, գույնը ցույց է տալիս sp 3 -AOածխածին, սև - s-AO ջրածին)

Բացի առանցքային համընկնումից, հնարավոր է նաև մեկ այլ տեսակի համընկնումը` p-AO-ի կողային համընկնումը, որը հանգեցնում է π կապի ձևավորմանը (նկ. 2.5):

p-ատոմային ուղեծրեր

Բրինձ. 2.5.π-կապերի առաջացում էթիլենում կողային համընկնման միջոցով ր-ԱՕ

Π-կապը մի կապ է, որը ձևավորվում է չհիբրիդացված p-AO-ների կողային համընկնմամբ՝ ատոմների միջուկները միացնող ուղիղ գծի երկու կողմերում առավելագույն համընկնմամբ:

Օրգանական միացություններում հայտնաբերված բազմակի կապերը σ- և π-կապերի համակցություն են՝ կրկնակի՝ մեկ σ- և մեկ π-, եռակի՝ մեկ σ- և երկու π- կապերի:

Կովալենտային կապի հատկությունները արտահայտվում են այնպիսի բնութագրերով, ինչպիսիք են էներգիան, երկարությունը, բևեռայնությունը և բևեռացման հնարավորությունը:

Կապի էներգիաայն էներգիան է, որն ազատվում է կապի ձևավորման ժամանակ կամ պահանջվում է երկու կապակցված ատոմներ առանձնացնելու համար։ Այն ծառայում է որպես կապի ամրության չափիչ. որքան մեծ է էներգիան, այնքան ավելի ամուր է կապը (Աղյուսակ 2.1):

Հղման երկարությունըկապակցված ատոմների կենտրոնների միջև եղած հեռավորությունն է։ Կրկնակի կապն ավելի կարճ է, քան մեկ կապը, իսկ եռակի կապը ավելի կարճ է, քան կրկնակի կապը (տես Աղյուսակ 2.1): Ածխածնի ատոմների միջև կապերը հիբրիդացման տարբեր վիճակներում ունեն ընդհանուր օրինաչափություն.

Աղյուսակ 2.1.Հիմնական բնութագրերը կովալենտային կապեր

հիբրիդային ուղեծրի մեջ s-օրբիտալի մասնաբաժնի աճով կապի երկարությունը նվազում է: Օրինակ, միացությունների շարքում պրոպան CH 3 CH 2 CH 3, պրոպեն CH 3 CH = CH 2, պրոպին CH 3 C = CH CH 3 կապի երկարություն -C, համապատասխանաբար, հավասար է 0,154; 0,150 և 0,146 նմ:

Հաղորդակցության բևեռականություն էլեկտրոնի խտության անհավասար բաշխման (բևեռացման) պատճառով։ Մոլեկուլի բևեռականությունը որոշվում է նրա դիպոլային մոմենտի արժեքով: Մոլեկուլի դիպոլային մոմենտներից կարելի է հաշվարկել առանձին կապերի դիպոլային մոմենտները (տես Աղյուսակ 2.1): Որքան մեծ է դիպոլային պահը, այնքան ավելի բևեռային է կապը: Կապի բևեռականության պատճառը կապված ատոմների էլեկտրաբացասականության տարբերությունն է։

Էլեկտրոնեգատիվություն բնութագրում է մոլեկուլում գտնվող ատոմի կարողությունը վալենտային էլեկտրոններ պահելու համար։ Ատոմի էլեկտրաբացասականության աճով մեծանում է կապի էլեկտրոնների տեղաշարժի աստիճանը նրա ուղղությամբ։

Հիմնվելով կապի էներգիայի արժեքների վրա՝ ամերիկացի քիմիկոս Լ. Փոլինգը (1901-1994) առաջարկել է ատոմների հարաբերական էլեկտրաբացասականության քանակական բնութագիրը (Փոլինգի սանդղակը)։ Այս սանդղակում (տողում) բնորոշ օրգանական տարրերը դասավորված են ըստ հարաբերական էլեկտրաբացասականության (համեմատության համար տրված է երկու մետաղ) հետևյալ կերպ.

Էլեկտրբացասականությունը տարրի բացարձակ հաստատուն չէ։ Դա կախված է միջուկի արդյունավետ լիցքից, AO հիբրիդացման տեսակից և փոխարինողների ազդեցությունից։ Օրինակ, ածխածնի ատոմի էլեկտրաբացասականությունը sp 2 - կամ sp-հիբրիդացման վիճակում ավելի բարձր է, քան sp 3 - հիբրիդացման վիճակում, որը կապված է հիբրիդային ուղեծրում s- ուղեծրի համամասնության ավելացման հետ: . Ատոմների անցման ժամանակ sp 3 - sp 2 - և հետագա դեպի sp- հիբրիդացված վիճակ, հիբրիդային ուղեծրի երկարությունը աստիճանաբար նվազում է (հատկապես այն ուղղությամբ, որն ապահովում է σ-կապերի ձևավորման ընթացքում ամենամեծ համընկնումը), ինչը նշանակում է, որ նույն հաջորդականությամբ էլեկտրոնային խտության առավելագույնը գտնվում է միջուկին ավելի մոտ: համապատասխան ատոմից։

Ոչ բևեռային կամ գործնականում ոչ բևեռային կովալենտային կապի դեպքում կապակցված ատոմների էլեկտրաբացասականության տարբերությունը զրո է կամ մոտ զրոյի։ Քանի որ էլեկտրաբացասականության տարբերությունը մեծանում է, կապի բևեռականությունը մեծանում է: Մինչև 0,4 տարբերությամբ խոսում են թույլ բևեռային, 0,5-ից ավելի՝ խիստ բևեռային կովալենտային կապի և 2,0-ից ավելի՝ իոնային կապի մասին։ Բևեռային կովալենտային կապերը հակված են հետերոլիտիկ ճեղքման

(տես 3.1.1):

Հաղորդակցության բևեռացում արտահայտվում է արտաքինի ազդեցության տակ կապի էլեկտրոնների տեղաշարժով էլեկտրական դաշտ, ներառյալ մեկ այլ արձագանքող մասնիկ: Բևեռացումը որոշվում է էլեկտրոնների շարժունակությամբ: Էլեկտրոններն ավելի շարժուն են, որքան հեռու են ատոմների միջուկներից։ Բևեռացման առումով π-կապը զգալիորեն գերազանցում է σ-կապը, քանի որ π-կապի էլեկտրոնային առավելագույն խտությունը գտնվում է կապված միջուկներից ավելի հեռու: Բևեռացումը մեծապես որոշում է մոլեկուլների ռեակտիվությունը բևեռային ռեակտիվների նկատմամբ:

2.2.2. Դոնոր-ընդունող պարտատոմսեր

Երկու մեկէլեկտրոնային AO-ների համընկնումը կովալենտային կապ ստեղծելու միակ միջոցը չէ։ Կովալենտային կապը կարող է առաջանալ մեկ ատոմի (դոնորի) երկու էլեկտրոնային ուղեծրի փոխազդեցությամբ մեկ այլ ատոմի (ընդունիչ) դատարկ ուղեծրի հետ։ Դոնորները միացություններ են, որոնք պարունակում են կա՛մ ուղեծրեր միայնակ զույգ էլեկտրոններով, կա՛մ π-MO: Էլեկտրոնների միայնակ զույգերի կրիչներ (n-էլեկտրոններ, անգլերենից. ոչ կապող)ազոտի, թթվածնի, հալոգենի ատոմներն են։

Միացությունների քիմիական հատկությունների դրսևորման գործում կարևոր դեր են խաղում էլեկտրոնների միայնակ զույգերը։ Մասնավորապես, նրանք պատասխանատու են միացությունների՝ դոնոր-ընդունող փոխազդեցության մեջ մտնելու ունակության համար:

Կովալենտային կապը, որը ձևավորվում է կապի գործընկերներից մեկի զույգ էլեկտրոնների կողմից, կոչվում է դոնոր-ընդունիչ կապ:

Ձևավորված դոնոր-ընդունող կապը տարբերվում է միայն ձևավորման ձևով. նրա հատկությունները նույնն են, ինչ մյուս կովալենտային կապերը։ Դոնոր ատոմը դրական լիցք է ստանում։

Դոնոր-ընդունիչ կապերը բնորոշ են բարդ միացություններին։

2.2.3. Ջրածնային կապեր

Ջրածնի ատոմը, որը կապված է խիստ էլեկտրաբացասական տարրի հետ (ազոտ, թթվածին, ֆտոր և այլն) ունակ է փոխազդել նույն կամ մեկ այլ մոլեկուլի մեկ այլ բավարար էլեկտրաբացասական ատոմի միայնակ զույգի հետ: Արդյունքում առաջանում է ջրածնային կապ, որը մի տեսակ դոնոր է.

ընդունող պարտատոմս. Գրաֆիկորեն ջրածնային կապը սովորաբար ներկայացված է երեք կետով:

Ջրածնային կապի էներգիան ցածր է (10-40 կՋ/մոլ) և հիմնականում որոշվում է էլեկտրաստատիկ փոխազդեցությամբ։

Ջրածնային միջմոլեկուլային կապերն առաջացնում են օրգանական միացությունների, օրինակ՝ սպիրտների միացում։

Ջրածնային կապերն ազդում են միացությունների ֆիզիկական (եռման և հալման կետեր, մածուցիկություն, սպեկտրային բնութագրեր) և քիմիական (թթու-բազային) հատկությունների վրա։ Օրինակ, էթանոլ C-ի եռման կետը 2H5 OH (78,3 ° C) զգալիորեն ավելի բարձր է, քան նույնը մոլեկուլային քաշըդիմեթիլ եթեր CH 3 OCH 3 (-24 ? C), որը կապված չէ ջրածնային կապերի պատճառով:

Ջրածնային կապերը կարող են լինել նաև ներմոլեկուլային։ Սալիցիլաթթվի անիոնի նման կապը հանգեցնում է նրա թթվայնության բարձրացմանը։

Ջրածնային կապերը կարևոր դեր են խաղում մակրոմոլեկուլային միացությունների՝ սպիտակուցների, պոլիսախարիդների, նուկլեինաթթուների տարածական կառուցվածքի ձևավորման գործում։

2.3. Հարակից համակարգեր

Կովալենտային կապը կարող է տեղայնացվել կամ տեղայնացվել: Կապը կոչվում է տեղայնացված, որի էլեկտրոնները իրականում բաժանված են կապակցված ատոմների երկու միջուկների միջև։ Եթե ​​կապի էլեկտրոնները կիսում են ավելի քան երկու միջուկներ, ապա խոսվում է տեղայնացված կապի մասին:

Ապատեղայնացված կապը կովալենտային կապ է, որի մոլեկուլային ուղեծրի տարածությունը երկու ատոմից ավելի է:

Տեղակայված կապերը շատ դեպքերում π-պարտատոմսեր են: Դրանք բնորոշ են զուգակցված համակարգերին։ Այս համակարգերում տեղի է ունենում ատոմների փոխադարձ ազդեցության հատուկ տեսակ՝ խոնարհում։

Խոնարհում (mesomeria, հունարենից. մեսոս- միջին) կապերի և լիցքերի հավասարեցումն է իրական մոլեկուլի (մասնիկի) իդեալական, բայց գոյություն չունեցող կառուցվածքի համեմատ:

Խոնարհմանը մասնակցող ապատեղայնացված p-օրբիտալները կարող են պատկանել կա՛մ երկու կամ ավելի π-կապերին, կա՛մ π-կապին և մեկ ատոմին p-ուղեծրով: Դրան համապատասխան տարբերակում են π,π-խոնարհումը և ρ,π-խոնարհումը։ Խոնարհման համակարգը կարող է լինել բաց կամ փակ և պարունակում է ոչ միայն ածխածնի ատոմներ, այլև հետերոատոմներ։

2.3.1. Բաց շրջանային համակարգեր

π,π - Զուգավորում.Ածխածնային շղթայով π, π-կոնյուգացված համակարգերի ամենապարզ ներկայացուցիչը բութադիեն-1,3-ն է (նկ. 2.6, ա): Ածխածնի և ջրածնի ատոմները և, հետևաբար, նրա մոլեկուլի բոլոր σ-կապերը գտնվում են նույն հարթության մեջ՝ ձևավորելով հարթ σ-կմախք։ Ածխածնի ատոմները գտնվում են sp 2 հիբրիդացման վիճակում։ Յուրաքանչյուր ածխածնի ատոմի չհիբրիդացված p-AO-ները գտնվում են σ-կմախքի հարթությանը ուղղահայաց և միմյանց զուգահեռ, ինչը նրանց համընկնման անհրաժեշտ պայման է։ Համընկնումը տեղի է ունենում ոչ միայն C-1 և C-2, C-3 և C-4 ատոմների p-AO-ների միջև, այլև C-2 և C-3 ատոմների p-AO-ների միջև, ինչը հանգեցնում է ձևավորման. չորս ածխածնի ատոմների վրա ընդգրկող մեկ π-ի համակարգ, այսինքն՝ առաջանում է տեղայնացված կովալենտային կապ (տես նկ. 2.6, բ):

Բրինձ. 2.6.1,3-բուտադիենի մոլեկուլի ատոմային ուղեծրային մոդել

Սա արտացոլվում է մոլեկուլում կապի երկարության փոփոխությամբ: C-1-C-2 կապի երկարությունը, ինչպես նաև C-3-C-4-ը բութադիեն-1,3-ում որոշ չափով ավելացել է, իսկ C-2-ի և C-3-ի միջև հեռավորությունը կրճատվել է սովորական կրկնակի և մեկականի համեմատ: պարտատոմսեր. Այլ կերպ ասած, էլեկտրոնների տեղակայման գործընթացը հանգեցնում է կապի երկարությունների հավասարեցմանը:

Ածխաջրածինների հետ մեծ թվովԽոնարհված կրկնակի կապերը տարածված են բույսերի թագավորությունում: Դրանց թվում են, օրինակ, կարոտինները, որոնք որոշում են գազարի, լոլիկի գույնը և այլն։

Բաց խոնարհման համակարգը կարող է ներառել նաև հետերոատոմներ։ Բաց օրինակ π,π-կոնյուգացված համակարգեր շղթայում հետերոատոմովկարող է ծառայել որպես α,β-չհագեցած կարբոնիլային միացություններ. Օրինակ, ալդեհիդային խումբը ակրոլեին CH-ում 2 =CH-CH=O-ն երեք sp 2-հիբրիդացված ածխածնի ատոմների և թթվածնի ատոմի միացման շղթայի անդամ է: Այս ատոմներից յուրաքանչյուրը նպաստում է մեկ p-էլեկտրոնին մեկ π-համակարգին:

pn-զուգավորում.Այս տեսակի խոնարհումն առավել հաճախ դրսևորվում է -CH=CH-X կառուցվածքային բեկոր պարունակող միացություններում, որտեղ X-ը հետերոատոմ է, որն ունի էլեկտրոնների չկիսված զույգ (հիմնականում O կամ N): Դրանք ներառում են, օրինակ, վինիլային եթերները, որոնց մոլեկուլներում կրկնակի կապը միացված է. Ռթթվածնի ատոմի ուղեծիրը։ Ապատեղայնացված երեք կենտրոնական կապը ձևավորվում է երկու p-AO sp 2-հիբրիդացված ածխածնի ատոմների և մեկի համընկնման միջոցով Ռ-Հետերոատոմի AO զույգ n-էլեկտրոններով:

Նմանատիպ ապատեղայնացված երեք կենտրոնական կապի ձևավորումը գոյություն ունի կարբոքսիլային խմբում: Այստեղ խոնարհմանը մասնակցում են C=O կապի π-էլեկտրոնները և OH խմբի թթվածնի ատոմի n-էլեկտրոնները։ Լիովին հավասարեցված կապերով և լիցքերով կոնյուգացված համակարգերը ներառում են բացասական լիցքավորված մասնիկներ, ինչպիսիք են ացետատ իոնը:

Էլեկտրոնների խտության տեղաշարժի ուղղությունը նշվում է կոր սլաքով:

Կան ուրիշներ գրաֆիկական ուղիներցուցադրել զուգավորման արդյունքները: Այսպիսով, ացետատի իոնի կառուցվածքը (I) ենթադրում է, որ լիցքը հավասարաչափ բաշխված է թթվածնի երկու ատոմների վրա (ինչպես ցույց է տրված Նկար 2.7-ում, որը ճիշտ է):

Կառուցվածքները (II) և (III) օգտագործվում են ռեզոնանսային տեսություն.Համաձայն այս տեսության՝ իրական մոլեկուլը կամ մասնիկը բնութագրվում է որոշակի, այսպես կոչված, ռեզոնանսային կառուցվածքներով, որոնք միմյանցից տարբերվում են միայն էլեկտրոնների բաշխմամբ։ Խոնարհված համակարգերում ռեզոնանսային հիբրիդում հիմնական ներդրումը կատարում են π-էլեկտրոնների խտության տարբեր բաշխումներ ունեցող կառույցները (այդ կառույցները միացնող երկկողմանի սլաքը ռեզոնանսային տեսության հատուկ խորհրդանիշ է)։

Սահմանային (սահմանային) կառույցներ իրականում գոյություն չունեն: Այնուամենայնիվ, նրանք որոշ չափով «նպաստում են» էլեկտրոնային խտության իրական բաշխմանը մոլեկուլում (մասնիկում), որը ներկայացված է որպես ռեզոնանսային հիբրիդ, որը ստացվում է սահմանափակող կառուցվածքների սուպերպոզիցիայով (սուպերպոզիցիայով):

Ածխածնային շղթայով ρ,π-կոնյուգացված համակարգերում կոնյուգացիա կարող է առաջանալ, եթե π-կապին կողքին կա ածխածնի ատոմ՝ չհիբրիդացված p-ուղեծրով։ Նման համակարգերը կարող են լինել միջանկյալ մասնիկներ՝ կարբանիոններ, կարբոկացիաներ, ազատ ռադիկալներ, օրինակ՝ ալիլային կառուցվածքներ։ Ազատ ռադիկալների ալիլ բեկորները կարևոր դեր են խաղում լիպիդային պերօքսիդացման գործընթացներում:

Ալիլ անիոնում CH 2 \u003d CH-CH 2 sp 2-հիբրիդացված ածխածնի ատոմ C-3-ը մատակարարում է ընդհանուր կոնյուգացվածին

Բրինձ. 2.7.COONa խմբի էլեկտրոնի խտության քարտեզ պենիցիլինում

երկու էլեկտրոնային համակարգ, ալիլ արմատական ​​CH 2=CH-CH 2+ - մեկ, իսկ ալիլ կարբոկատիոնում CH 2=CH-CH 2+ չի մատակարարում որևէ մեկին: Արդյունքում, երբ p-AO-ն համընկնում է sp 2-հիբրիդացված ածխածնի երեք ատոմների վրա, ձևավորվում է ապատեղայնացված երեք կենտրոնական կապ, որը պարունակում է չորս (կարբանիոնում), երեք (ազատ ռադիկալում) և երկու (կարբոկատիոնում) էլեկտրոններ, համապատասխանաբար:

Ֆորմալ առումով, C-3 ատոմը ալիլ կատիոնում կրում է դրական լիցք, ալիլ ռադիկալում այն ​​ունի չզույգված էլեկտրոն, իսկ ալիլ անիոնում՝ բացասական լիցք։ Փաստորեն, նման խոնարհված համակարգերում տեղի է ունենում էլեկտրոնի խտության տեղակայում (ցրում), որը հանգեցնում է կապերի և լիցքերի հավասարեցմանը։ Այս համակարգերում C-1 և C-3 ատոմները համարժեք են: Օրինակ, ալիլ կատիոնում նրանցից յուրաքանչյուրը կրում է դրական լիցք+1/2 եւ կապված է «մեկուկես» կապով C-2 ատոմի հետ։

Այսպիսով, խոնարհումը հանգեցնում է իրական կառույցներում էլեկտրոնային խտության բաշխման զգալի տարբերության՝ համեմատած կառուցվածքների սովորական բանաձևերով ներկայացված կառույցների հետ:

2.3.2. Փակ հանգույց համակարգեր

Ցիկլային զուգակցված համակարգերը մեծ հետաքրքրություն են ներկայացնում որպես միացությունների խումբ՝ ուժեղացված թերմոդինամիկական կայունությամբ՝ համեմատած բաց համակարգերի հետ: Այս միացություններն ունեն նաև այլ հատուկ հատկություններ, որոնց ամբողջությունը միավորված է ընդհանուր հայեցակարգ բուրմունք.Դրանք ներառում են նման պաշտոնապես չհագեցած միացությունների ունակությունը

մտնում են փոխարինման ռեակցիաների մեջ, ոչ թե ավելացման, օքսիդացնող նյութերի և ջերմաստիճանի նկատմամբ դիմադրություն:

Արոմատիկ համակարգերի բնորոշ ներկայացուցիչներն են արենները և դրանց ածանցյալները։ Առանձնահատկություններ էլեկտրոնային կառուցվածքըանուշաբույր ածխաջրածինները հստակ դրսևորվում են բենզոլի մոլեկուլի ատոմային ուղեծրային մոդելում: Բենզոլի շրջանակը ձևավորվում է վեց sp 2 հիբրիդացված ածխածնի ատոմներից: Բոլոր σ-կապերը (C-C և C-H) գտնվում են նույն հարթության վրա: Վեց չհիբրիդացված p-AO-ներ գտնվում են մոլեկուլի հարթությանը ուղղահայաց և միմյանց զուգահեռ (նկ. 2.8, ա): Յուրաքանչյուրը Ռ-AO-ն կարող է հավասարապես համընկնել երկու հարևանների հետ Ռ-ԱՕ. Այս համընկնման արդյունքում առաջանում է մեկ ապատեղայնացված π-համակարգ, որում ամենաբարձր էլեկտրոնային խտությունը գտնվում է σ-կմախքի հարթությունից վերևում և ներքևում և ծածկում է ցիկլի բոլոր ածխածնի ատոմները (տես նկ. 2.8, բ): Π-էլեկտրոնի խտությունը հավասարաչափ բաշխված է ամբողջ ցիկլային համակարգում, որը նշվում է ցիկլի ներսում շրջանով կամ կետավոր գծով (տես նկ. 2.8, գ): Բենզոլի օղակում ածխածնի ատոմների միջև եղած բոլոր կապերն ունեն նույն երկարությունը (0,139 նմ), որը միջանկյալ է միայնակ և կրկնակի կապերի երկարությունների միջև:

Քվանտային մեխանիկական հաշվարկների հիման վրա պարզվել է, որ նման կայուն մոլեկուլների ձևավորման համար հարթ ցիկլային համակարգը պետք է պարունակի (4n + 2) π-էլեկտրոններ, որտեղ. n= 1, 2, 3 և այլն (Հյուկելի կանոն, 1931): Այս տվյալները հաշվի առնելով՝ կարելի է կոնկրետացնել «արոմատիկություն» հասկացությունը։

Միացությունը անուշաբույր է, եթե այն ունի հարթ օղակ և զուգակցվածπ - էլեկտրոնային համակարգ, որը ներառում է ցիկլի բոլոր ատոմները և պարունակում է(4n+ 2) π-էլեկտրոններ.

Հյուկելի կանոնը վերաբերում է ցանկացած հարթ խտացված համակարգերի, որոնցում չկան ատոմներ, որոնք ընդհանուր են ավելի քան.

Բրինձ. 2.8.Բենզոլի մոլեկուլի ատոմային ուղեծրային մոդելը (ջրածնի ատոմները բաց են թողնվել, տե՛ս տեքստը բացատրության համար)

երկու ցիկլ. Խտացրած բենզոլային օղակներով միացությունները, ինչպիսիք են նաֆթալինը և այլն, համապատասխանում են բուրավետության չափանիշներին։

Կապակցված համակարգերի կայունություն: Կոնյուգացված և հատկապես արոմատիկ համակարգի ձևավորումը էներգետիկ բարենպաստ գործընթաց է, քանի որ օրբիտալների համընկնման աստիճանը մեծանում է և տեղի է ունենում տեղաբաշխում (ցրում): Ռ- էլեկտրոններ. Այս առումով, կոնյուգացված և արոմատիկ համակարգերը բարձրացրել են թերմոդինամիկական կայունությունը: Դրանք պարունակում են ավելի փոքր քանակությամբ ներքին էներգիա և զբաղեցնում են էներգիայի ավելի ցածր մակարդակ հիմնական վիճակում՝ համեմատած ոչ կոնյուգացված համակարգերի հետ։ Այս մակարդակների միջև տարբերությունը կարող է օգտագործվել միավորված միացության թերմոդինամիկական կայունությունը քանակականացնելու համար, այսինքն՝ դրա խոնարհման էներգիա(տեղակայման էներգիա): Բութադիեն-1,3-ի համար այն փոքր է և կազմում է մոտ 15 կՋ/մոլ: Խոնարհված շղթայի երկարության աճով մեծանում է խոնարհման էներգիան և, համապատասխանաբար, միացությունների թերմոդինամիկական կայունությունը։ Բենզոլի կոնյուգացիայի էներգիան շատ ավելի մեծ է և կազմում է 150 կՋ/մոլ:

2.4. Փոխարինիչների էլեկտրոնային ազդեցությունները 2.4.1. Ինդուկտիվ ազդեցություն

Բևեռային σ-կապը մոլեկուլում առաջացնում է մոտակա σ կապերի բևեռացում և հանգեցնում է հարևան ատոմների վրա մասնակի լիցքերի առաջացմանը*։

Փոխարինիչներն առաջացնում են ոչ միայն իրենց, այլ նաև հարևան σ-կապերի բևեռացում։ Ատոմների ազդեցության փոխանցման այս տեսակը կոչվում է ինդուկտիվ էֆեկտ (/-էֆեկտ)։

Ինդուկտիվ ազդեցություն - σ-կապերի էլեկտրոնների տեղաշարժի արդյունքում փոխարինողների էլեկտրոնային ազդեցության փոխանցում:

σ-կապերի թույլ բևեռացման պատճառով ինդուկտիվ ազդեցությունը թուլանում է շղթայի երեք կամ չորս կապերից հետո։ Նրա գործողությունն առավել ցայտուն է արտահայտվում փոխարինող ունեցողին կից ածխածնի ատոմի նկատմամբ։ Փոխարինողի ինդուկտիվ ազդեցության ուղղությունը որակապես գնահատվում է ջրածնի ատոմի հետ համեմատելով, որի ինդուկտիվ ազդեցությունը վերցվում է զրո։ Գրաֆիկորեն /-էֆեկտի արդյունքը պատկերված է սլաքով, որը համընկնում է վալենտական ​​գծի դիրքի հետ և ուղղված է դեպի ավելի էլեկտրաբացասական ատոմը։

/մեջ\ավելի ուժեղ է, քան ջրածնի ատոմը, ցուցադրվում էբացասականինդուկտիվ ազդեցություն (-/-ազդեցություն):

Այդպիսի փոխարինիչները սովորաբար իջեցնում են համակարգի էլեկտրոնային խտությունը, կոչվում են էլեկտրոնների դուրսբերում.Դրանք ներառում են ֆունկցիոնալ խմբերի մեծ մասը՝ OH, NH 2, COOH, NO2 և կատիոնային խմբեր, ինչպիսիք են -NH 3+.

Փոխարինիչ, որը փոխում է էլեկտրոնի խտությունը՝ համեմատած ջրածնի ատոմի հետσ -կապում է շղթայի ածխածնի ատոմի նկատմամբ, ցուցանմուշներդրականինդուկտիվ ազդեցություն (+/- ազդեցություն):

Նման փոխարինիչները մեծացնում են էլեկտրոնի խտությունը շղթայում (կամ օղակում) և կոչվում են էլեկտրոնի դոնոր.Դրանք ներառում են ալկիլային խմբեր, որոնք տեղակայված են sp 2-հիբրիդացված ածխածնի ատոմում և անիոնային կենտրոններ լիցքավորված մասնիկների մեջ, օրինակ՝ -O-:

2.4.2. մեզոմերային ազդեցություն

Խոնարհված համակարգերում էլեկտրոնային ազդեցության փոխանցման հիմնական դերը խաղում են տեղայնացված կովալենտային կապերի π-էլեկտրոնները։ Էֆեկտը, որն արտահայտվում է որպես տեղաբաշխված (կոնյուգացված) π-համակարգի էլեկտրոնային խտության փոփոխություն, կոչվում է մեզոմերիկ (M-էֆեկտ) կամ խոնարհման էֆեկտ։

Մեզոմերիկ էֆեկտ - փոխարինողների էլեկտրոնային ազդեցության փոխանցումը խոնարհված համակարգի երկայնքով:

Այս դեպքում փոխարինողն ինքնին խոնարհված համակարգի անդամ է: Այն կարող է զուգակցման համակարգ ներմուծել կամ π-կապ (կարբոնիլ, կարբոքսիլային խմբեր և այլն), կամ հետերոատոմի չբաշխված զույգ էլեկտրոններ (ամինո և հիդրօքսի խմբեր), կամ դատարկ կամ մեկ էլեկտրոնով լցված p-AO: .

Ցուցադրվում է փոխարինող, որը մեծացնում է էլեկտրոնի խտությունը խոնարհված համակարգումդրականմեզոմերային էֆեկտ (+M- ազդեցություն):

M-էֆեկտը դրսևորվում է փոխարինիչներով, որոնք ներառում են ատոմներ միայնակ զույգ էլեկտրոններով (օրինակ՝ ամինո խումբ անիլինի մոլեկուլում) կամ ամբողջ թվով բացասական լիցք։ Այս փոխարինողները ընդունակ են

մի զույգ էլեկտրոնների փոխանցմանը ընդհանուր խոնարհված համակարգ, այսինքն՝ նրանք են էլեկտրոնի դոնոր.

Ցուցադրվում է փոխարինող, որը նվազեցնում է էլեկտրոնի խտությունը խոնարհված համակարգումբացասականՄեզոմերիկ ազդեցություն (-M- ազդեցություն):

Համակցված համակարգում M-էֆեկտը օժտված է թթվածնի կամ ազոտի ատոմներով, որոնք կապված են կրկնակի կապով ածխածնի ատոմի հետ, ինչպես ցույց է տրված ակրիլաթթվի և բենզալդեհիդի օրինակում։ Նման խմբավորումներն են էլեկտրոնների դուրսբերում.

Էլեկտրոնների խտության տեղաշարժը ցույց է տրվում կոր սլաքով, որի սկիզբը ցույց է տալիս, թե որ p- կամ π-էլեկտրոններն են տեղաշարժվում, իսկ վերջն այն կապն է կամ ատոմը, որի վրա դրանք տեղաշարժված են: Մեզոմերային էֆեկտը, ի տարբերություն ինդուկտիվ էֆեկտի, փոխանցվում է խոնարհված կապերի համակարգով շատ ավելի մեծ հեռավորության վրա։

Մոլեկուլում էլեկտրոնային խտության բաշխման վրա փոխարինողների ազդեցությունը գնահատելիս անհրաժեշտ է հաշվի առնել ինդուկտիվ և մեզոմերական ազդեցությունների արդյունքում առաջացող ազդեցությունը (Աղյուսակ 2.2):

Աղյուսակ 2.2.Որոշ փոխարինիչների էլեկտրոնային ազդեցությունները

Փոխարինիչների էլեկտրոնային էֆեկտները հնարավորություն են տալիս որակական գնահատական ​​տալ էլեկտրոնների խտության բաշխման ոչ արձագանքող մոլեկուլում և կանխատեսել դրա հատկությունները: