Атоми, що складають молекулу, відчувають взаємний вплив, що передається за допомогою електронних та просторових ефектів. Електронні ефекти характеризують здатність заступників передавати свій вплив ланцюгом ковалентно пов'язаних атомів. Вплив заступників може передаватися як через хімічні зв'язки, і через простір.
А.Індуктивний ефект
Однією з властивостей ковалентного зв'язку є можливість усунення електронної щільності зв'язку у бік одного з партнерів.
У молекулі пропілхлориду атом хлору індукує частковий заряд позитивний на пов'язаному з ним атомі вуглецю. Цей заряд індукує менший позитивний заряд на наступному атомі вуглецю, який індукує ще менший позитивний заряд на наступному атомі, і т. д.
+ + + -
СН 3 СН 2 СН 2 Сl
Здатність заступника зміщувати електрони вздовж -зв'язків називається індуктивний ефект.Індуктивний ефект (I-ефект) має природу електростатичного ефекту; він передається лінією зв'язку і призводить до появи дробових зарядів. Електроноакцепторні групи мають негативниміндуктивним ефектом (-I), а електронодонорні - позитивниміндуктивним ефектом (I). До електроноакцепторних груп відносяться F, Cl, Br, NH 2 OH, CHO, COOH, COOR, CN і NO 2 . До електронодонорних груп належать атоми металів та алкільні групи.
Індуктивний ефект передається по ланцюгу -зв'язків із поступовим згасанням і, як правило, через три-чотири зв'язки він уже не виявляється. Графічно I-ефект позначаються стрілкою на кінці валентної межі, спрямованої вістрям у бік більш негативного атома. Напрямок поляризації зв'язку можна встановити, використовуючи шкалу електронегативності елементів за Полінгом (табл. 1). Напрямок індуктивного ефекту заступника якісно оцінюють, порівнюючи з практично неполярним зв'язком СН і вважаючи I-ефект атома водню рівним нулю.
Наприклад, в молекулі пропіна атом вуглецю метильної групи, що знаходиться в sp 3 -гібридному стані, менш електронегативний, ніж sp 2 -гібридизовані атоми вуглецю подвійного зв'язку Тому метильна група виступає у ролі донора електронів і її вплив насамперед відчуває p-зв'язок. Зміщення електронної щільності p-зв'язку позначають зігнутою стрілкою, як показано на прикладі пропена:
Позитивний індуктивний ефект алкільних груп зростає при переході від метильної групи до первинних і далі вторинних і третинних груп.
Найбільшого значення індуктивні ефекти досягають у тому випадку, коли на атомі чи групі атомів є повний заряд. Особливо сильне усунення електронної щільності викликають іони, яке поширюється далеко ланцюжком.
NH 3 + (-I-ефект) H 2 О + (-I-ефект) О - (+I-ефект)
Б. Мееомірний ефект
Мезомірний ефект, або ефект сполучення (М-ефект), це передача електронного впливу заступників по сполученій системі.
Заступник може вносити до системи сполучення -зв'язок (,-спряження) або р-АТ, яка може бути або вакантною, або зайнятою одним електроном або неподіленою парою електронів ( р,-спряження). Мезомірний ефект відбиває той факт, що р-орбіталі заступника, перекриваючись з орбіталями -зв'язків, утворюють ділакалізовану орбіталь нижчої енергії. На відміну від індуктивного ефекту, мезомерний ефект передається по сполучених систем без загасання.
Зміщення -електронів або неподілених пар у сполучених системах називають мезомірним ефектом. Позитивним мезомерним ефектом (+М) мають електронодонорні групи. До них відносяться заступники, що містять гетероатом з неподіленою парою електронів або мають негативний заряд:
вінілметиловий ефір анілін феноксид-іон
Електроноакцепторні групи, що поляризують сполучену систему у протилежному напрямку, характеризуються негативним мезомерним ефектом (_М) (кисень у пропеналі). До них відносяться заступники, що містять кратні зв'язки атома вуглецю з електронегативним гетероатомом:
пропеналь (акролеїн) бензойна кислота бензонітрил
Індуктивний та мезомерний ефект заступника не обов'язково збігаються у напрямку. При оцінці впливу заступника на розподіл електронної щільності в молекулі необхідно враховувати результати цих ефектів. За рідкісним винятком (атоми галогенів) мезомерний ефект переважає індуктивний ефект.
Делокалізована електронна щільність у молекулі може здійснюватися за участю електронів та -зв'язків. Бокове перекривання орбіталей -зв'язків із сусідніми -орбіталями називають надсполученням.Ефект спряження позначають символом M h . Позначення цього ефекту показано з прикладу пропена.
Упр. 15. Пнадайте електронні ефекти в молекулах таких сполук: (а) пропілхлориді, (б) 1-нітропропані, (в) етанолі, (г) пропіллітії,
(д) етанамін, (е) бензальдегід, (ж) акрилонітрилі, (з) фенолі, (і) метилбензоате.
Робота додана на сайт сайт: 2015-12-26Замовити написання унікальної роботи
;font-family:"Times New Roman"" екції з органічної хімії для студентів педіатричного факультету
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Лекція 2
Тема: Взаємний вплив атомів у молекулах органічних сполук.
;text-decoration:underline" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Мета:" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Вивчення електронної будови органічних сполук і способів передачі взаємного впливу атомів в їх молекулах.
;font-family:"Times New Roman";text-decoration:underline"
Молекула органічної сполуки являє собою сукупність атомів, пов'язаних в певному порядку ковалентними зв'язками. При цьому зв'язані атоми можуть різнитися за величині електронегативності (Е.О.).
Чим більше величина Е.О. даного елемента, тим сильніше він притягує електрони зв'язку. Величини Е.О. були встановлені американським хіміком Л. Полінг і цей ряд називається шкалою Полінга.
Е. О. атома вуглецю залежить від стану його гібридизації, тому що атоми вуглецю, що знаходяться в різних видахгібридизації відрізняються один від одного за Е. О. і це залежить від частки;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">s;font-family:"Times New Roman"" -хмари в даному виді гібридизації. Наприклад, атом С в стані;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">sp;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">3-гібридизації має найменшу Е.О., оскільки на частку р-хмари припадає найменше;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">s;font-family:"Times New Roman"" -хмари. Більшою Е.О. володіє атом С в;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">sp;font-family:"Times New Roman"" - гібридизації.
Всі атоми, що становлять молекулу знаходяться у взаємному зв'язку один з одним і відчувають взаємний вплив. Цей вплив передається по ковалентних. зв'язків за допомогою електронних ефектів.
Одним з властивостей ковалентного зв'язку є деяка рухливість електронної щільності. Вона здатна зміщуватися в бік атома з більшою Е,О .
;font-family:"Times New Roman"" Наявність полярного зв'язку в молекулі позначається на стані сусідніх зв'язків. зміщується у бік більш Е. О. атома, тобто відбувається передача електронного ефекту.
Індуктивний ефект передається по ланцюгу з загасанням, тому що при утворенні ϭ-зв'язку виділяється велика кількість енергії і вона погано поляризується і тому індуктивний ефект виявляється більшою мірою на один зв'язок.Напрямок зміщення електронної щільності всіх ϭ-зв'язків позначають прямими стрілками.
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Наприклад: З;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">H;font-family:"Times New Roman";vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="en-US" lang="en-US">δ;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">+< ;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> →;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">CH;font-family:"Times New Roman";vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">2;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="en-US" lang="en-US">δ;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">+< ;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> →;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">CH;font-family:"Times New Roman";vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">2;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="en-US" lang="en-US">δ;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">+< ;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> →;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">Cl;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="en-US" lang="en-US">δ;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">-;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> Е.О.;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">l;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> > Е.О.С
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">С;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">H;font-family:"Times New Roman";vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="en-US" lang="en-US">δ;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">+< ;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> →;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">CH;font-family:"Times New Roman";vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">2;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="en-US" lang="en-US">δ;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">+< ;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> →;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">CH;font-family:"Times New Roman";vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">2;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="en-US" lang="en-US">δ;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">+< ;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> →;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">OH;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="en-US" lang="en-US">δ;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">-;font-family:"Times New Roman"" Е.О. ВІН > Е.О. З
;font-family:"Times New Roman"" XML:lang="ru-RU" lang="ru-RU">;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">є;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">галогени;font-family:"Times New Roman"" (Cl, Br, I), OH;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="en-US" lang="en-US">-;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">, NH;font-family:"Times New Roman";vertical-align:sub" xml:lang="en-US" lang="en-US">2;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="en-US" lang="en-US">-;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">, COOH, COH, NO;font-family:"Times New Roman";vertical-align:sub" xml:lang="en-US" lang="en-US">2;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">, SO;font-family:"Times New Roman";vertical-align:sub" xml:lang="en-US" lang="en-US">3;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US"
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">+;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">I;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">-ефект;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">;font-family:"Times New Roman"" виявляють аліфатичні вуглеводневі радикали, СН;font-family:"Times New Roman";vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">, С;font-family:"Times New Roman";vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">2;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Н;font-family:"Times New Roman";vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> та ін.
Індуктивний ефект проявляється і у випадку, коли пов'язані атоми вуглецю різні за станом гібридизації. Наприклад, в молекулі пропіна група СН;font-family:"Times New Roman";vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> виявляє +;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">I;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">-ефект, тому що атом вуглецю в ній знаходиться в;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">sp;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">3;font-family:"Times New Roman"" -гібридному стані, а атоми вуглецю при подвійному зв'язку в;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">sp;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">2;font-family:"Times New Roman"" -гібридному стані і виявляють велику електронегативність, тому виявляють -;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">I;font-family:"Times New Roman"" - ефект і є електроноакцепторами." xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">пропен-1
Найважливішим фактором, що визначає хімічні властивості молекули, є розподіл у ній електронної щільності. Характер розподілу залежить від взаємного впливу атомів .
Раніше було показано, що в молекулах, що мають тільки ϭ-зв'язки, взаємний вплив атомів у разі їх різної Е,О. здійснюється через індуктивний ефект. У молекулах, що являють собою сполучені системи, проявляється дія іншого ефекту |;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" мезомірного,;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">або;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> ефекту сполучення.
Перед тим, як говорити про мезомірний ефект, необхідно розібрати питання про сполучені системи.
Спряження є в молекулах багатьох органічних сполук (алкадієни, ароматичні вуглеводні, карбонові кислоти, сечовина та ін.).
;font-family:"Times New Roman"" З'єднання з чергуванням подвійних зв'язків, що утворюються, утворюють сполучені системи.
Найпростішим сполученим з'єднанням є бутадієн-1, 3. Всі чотири атоми вуглецю в молекулі бутадієну-1, 3 знаходяться в стані;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">sp;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">2;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">-
Всі ці атоми лежать в одній площині і складають σ-скелет молекули (див. малюнок).
Негібридизовані р орбіталі кожного атома вуглецю розташовані перпендикулярно цій площині і паралельно один одному. Це створює умови для їх взаємного. перекриття Перекривання цих орбіталей відбувається не тільки між атомами С-1 і С-2 і С-3 і С-4, а й частково між атомами С-2 і С-3 При перекриванні чотирьох р;font-family:"Times New Roman";vertical-align:sub" xml:lang="en-US" lang="en-US">z;font-family:"Times New Roman""-орбіталей відбувається освіта єдиної π-електронної хмари, тобто.;font-family:"Times New Roman";text-decoration:underline";font-family:"Times New Roman"" два подвійних зв'язків. Цей тип сполучення називається;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" π, π-сполученням;font-family:"Times New Roman"", т. до взаємодіють орбіталі π-зв'язків. Ланцюг сполучення може включати велику кількість подвійних зв'язків. Чим вона довша , тим більше справакалізація π-електронів і тим стійкіша молекула.У сполученій системі π-електрони вже не належать певним зв'язкам, вони;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU";font-family:"Times New Roman"" т. е рівномірно розподілені по всій молекулі. Делокалізація π-електронів у сполученій системі супроводжується виділенням енергії, яка називається;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">енергією сполучення.Такі молекули більш стійкі, ніж системи з ізольованими подвійними зв'язками.Пояснюється це тим, що енергія таких молекул нижча. У результаті декалізації електронів при утворенні сполученої системи відбувається часткове вирівнювання довжин зв'язків: одинарна стає коротшою, а подвійна довшою.
Система сполучення може включати і гетероатоми. Прикладом π,π-сполучених систем з гетероатомом в ланцюзі можуть служити α і β ¦ ненасичені карбонільні сполуки, наприклад, в акролеїні (пропен-2-аль) СН;font-family:"Times New Roman";vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">2;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> = СН СН = О.
;font-family:"Times New Roman"" ланцюжок сполучення включає три;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">sp;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">2;font-family:"Times New Roman"" -гібридизованих атома вуглецю і атом кисню, кожен з яких вносить в єдину π-систему по одному р-електрону .
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">р,π-сполучення.;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">У р,π-сполучених системах в утворенні сполучення бере участь атоми з неподіленою донорною електронною парою. Це можуть бути : Cl, O, N,;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">SДо таких сполук належать галогеніди, ефіри, ацетаміди, карбкатіони. У молекулах цих сполук здійснюється поєднання подвійний зв'язки з р-орбіталлю гетероатома Делокалізований трицентровий зв'язок утворюється шляхом перекривання двох р-орбіталей;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">sp;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">2;font-family:"Times New Roman""-гібридизованого атома вуглецю і однією р-орбіталлю гетероатома з парою електронів.
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">
Утворення аналогічного зв'язку можна показати в амідній групі, що є важливим структурним фрагментом пептидів і білків. Амідна група молекули ацетаміду включає два гетероатоми азот і кисень У р, π-сполученні беруть участь π-електрони поляризованого подвійного зв'язку карбонільної групи та донорна електронна пара атома азоту.
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> р, π-сполучення
Сполучення може виникати і в циклічних системах. До них в першу чергу належать арени та їх похідні. Найпростішим представником є бензол Всі атоми вуглецю в молекулі бензолу знаходяться в;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">sp;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">2;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">-гібридизації. Шість;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">sp;font-family:"Times New Roman"" -гібридних хмари утворюють каркас бензолу. однієї площини Шість негідридизованих р-орбіталей розташовані перпендикулярно площині молекули і паралельно одна одній Кожна р-орбіталь однаково може перекриватися з двома сусідніми р-орбіталями. над і під площиною ϭ-скелета і охоплює всі атоми вуглецю циклу π-електронна щільність рівномірно розподілена по всій циклічній системі.
" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">
Це поняття, що включає різні властивості ароматичних сполук ввів німецький фізик Е. Хюккель (1931).
" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Умови ароматичності:
Найпростіший представник ароматичних вуглеводнів - бензол. Він задоволений." xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">я;font-family:"Times New Roman"" має всі чотири умови ароматичності.
;font-family:"Times New Roman"" Правило Хюккеля: 4;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">n;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">+2 = 6,;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">n;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> = 1.
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Нафталін |
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Нафталін | ароматичне з'єднання ;font-family:"Times New Roman"" Правило Хюккеля: 4;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">n;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">+2 = 10,;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">n;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> = 2. |
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">і;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" |
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Піридин ¦ ароматичне гетероциклічне ;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">з" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">про;font-family:"Times New Roman"" XML. |
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">На відміну від несопряженных у яких електронний вплив заступників передається по ϭ-зв'язків (індуктивний ефект), у сполучених системах У передачі електронного впливу основну роль відіграють π-електрони ділокалізованих ковалентних зв'язків.
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">При цьому заступник стає частиною парної системи. нітро група, сульфогрупа та ін., неподілену пару електронів гетероатома (галогени, аміно-, гідроксильну групи), вакантну або заповнену одним або двома електронами р-орбіталей." xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">про;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">гнутою стрілкою Мезомірний ефект може бути «+» або «¦».
;font-family:"Times New Roman"" Приклади ЕД:
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Заступник, що притягує електрони з сполученої системи, виявляє ¦М і наз-ся;font-family:"Times New Roman"" електронноакцептором (ЕА);font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">)." xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">й;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">ний зв'язок
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU"
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU";font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU"
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Заступники |
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" орієнтанти в С;font-family:"Times New Roman";vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU";font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Н;font-family:"Times New Roman";vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">-;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">R |
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">I |
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> |
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">lk;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> (;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">R;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">-): СН;font-family:"Times New Roman";vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">-, С;font-family:"Times New Roman";vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">2;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Н;font-family:"Times New Roman";vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">-... |
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Орієнтанти ;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">I;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" > ;font-family:"Times New Roman"" спрямовують ЕД ;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">заступники ;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" в орто- і пара- ;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">е;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">ня |
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">+ |
|
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Н;font-family:"Times New Roman";vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">2;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">, |;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">N;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Н;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">R;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">, |;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">NR;font-family:"Times New Roman";vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">2 |
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> |
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">+ |
|
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Н, Н,;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">R |
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> |
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">+ |
|
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Н;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">L |
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> |
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">+ |
|
|
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Орієнтанти ;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="en-US" lang="en-US">II;font-family:"Times New Roman"" роду: направляють ;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">з" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">а;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">місці в мета- ;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">про;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> |
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> |
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> |
;font-family:"Times New Roman"" рекомендована література
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Основна
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">1.Лузін А. П., Зурабян С. Е.,Н. А. Тюкавкіна, Органічна хімія (підручник для учнів середніх фармацевтичних та медичних закладів), 2002 р.; С.42-46, 124-128.
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Додаткова
4. Лекції викладачів.
Мал. ;font-family:"Times New Roman"" Утворення сполученої системи в молекулі бутадієну-1,3-
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">СН;font-family:"Times New Roman";vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">2;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">= СН О Про СН;font-family:"Times New Roman";vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">
;font-family:"Times New Roman"" Вінілметиловий ефір
;font-family:"Times New Roman"" Поєднання шести ϭ-зв'язків з єдиною π-системою називається;font-family:"Times New Roman"" Ароматичний зв'язок.;font-family:"Times New Roman"" Цикл із шести атомів вуглецю, пов'язаних ароматичним зв'язком, називається;font-family:"Times New Roman""xml:lang="ru-RU";font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">, або;font-family:"Times New Roman"" бензольним ядром.
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">р, π-сполучення
;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="ru-RU"
Органічна хімія- Розділ хімії, в якому вивчають сполуки вуглецю, їх будову, властивості, взаємоперетворення.
Сама назва дисципліни – «органічна хімія» – виникла досить давно. Причина його полягає в тому, що більшість сполук вуглецю, з якими стикалися дослідники на початковому етапі становлення хімічної науки, мали рослинне чи тваринне походження. Тим не менш, як виняток, окремі сполуки вуглецю відносять до неорганічних. Так, наприклад, неорганічними речовинами прийнято вважати оксиди вуглецю, вугільну кислоту, карбонати, гідрокарбонати, ціановодень та інші.
В даний час відомо трохи менше 30 мільйонів різноманітних органічних речовин і цей список безперервно поповнюється. Така величезна кількість органічних сполук пов'язана, перш за все, з такими специфічними властивостями вуглецю:
1) атоми вуглецю можуть з'єднуватися один з одним у ланцюзі довільної довжини;
2) можливе не тільки послідовне (лінійне) з'єднання атомів вуглецю між собою, але також розгалужене і навіть циклічне;
3) можливі різні види зв'язків між атомами вуглецю, а саме одинарні, подвійні та потрійні. При цьому валентність вуглецю в органічних сполуках завжди дорівнює чотирьом.
Крім цього, великому розмаїттю органічних сполук сприяє також і те, що атоми вуглецю здатні утворювати зв'язки та з атомами багатьох інших хімічних елементівнаприклад, воднем, киснем, азотом, фосфором, сіркою, галогенами. При цьому водень, кисень та азот зустрічаються найчастіше.
Слід зазначити, що досить довго органічна хімія представляла вченим «темний ліс». Якийсь час у науці навіть була популярна теорія віталізму, за якою органічні речовини неможливо знайти отримані «штучним» способом, тобто. поза живою матерією. Однак теорія віталізму проіснувала не дуже довго, зважаючи на те, що одна за одною виявлялися речовини, синтез яких можливий поза живими організмами.
У дослідників викликало здивування те, що багато органічних речовин мають однаковий якісний і кількісний склад, проте часто мають абсолютно несхожі один на одного фізичні та хімічні властивості. Так, наприклад, диметиловий ефір та етиловий спирт мають абсолютно однаковий елементний склад, проте диметиловий ефір у звичайних умовах є газом, а етиловий спирт – рідина. Крім того, диметиловий ефір із натрієм не реагує, а етиловий спирт взаємодіє з ним, виділяючи газоподібний водень.
Дослідниками XIX століття було висунуто безліч припущень щодо того, як таки влаштовані органічні речовини. Істотно важливі припущення були висунуті німецьким ученим Ф.А.Кекуле, який висловив ідею у тому, що атоми різних хімічних елементів мають конкретні значення валентностей, а атоми вуглецю в органічних сполуках чотиривалентні і здатні поєднуватися друг з одним, утворюючи ланцюга. Пізніше, відштовхуючись від припущень Кекуле, російський вчений Олександр Михайлович Бутлеров розробив теорію будови органічних сполук, яка втратила актуальність й у час. Розглянемо основні положення цієї теорії:
1) всі атоми в молекулах органічних речовин з'єднані один з одним у певній послідовності відповідно до їх валентності. Атоми вуглецю мають постійну валентність, що дорівнює чотирьом, і можуть утворювати один з одним ланцюги різної будови;
2) фізичні та хімічні властивості будь-якої органічної речовини залежать не тільки від складу його молекул, але також і від порядку з'єднання атомів у цій молекулі між собою;
3) окремі атоми, і навіть групи атомів у молекулі впливають друг на друга. Такий взаємний вплив відбивається у фізичних та хімічних властивостях сполук;
4) досліджуючи фізичні та хімічні властивості органічної сполуки можна встановити її будову. Правильно також зворотне - знаючи будову молекули тієї чи іншої речовини, можна спрогнозувати її властивості.
Аналогічно з того, як періодичний закон Д.І.Менделєва став науковим фундаментом неорганічної хімії, теорія будови органічних речовин А.М. Бутлерова фактично стала відправною точкою у становленні органічної хімії як науки. Слід зазначити, що після створення теорії будови Бутлерова органічна хімія розпочала розвиток дуже швидкими темпами.
Згідно з другим положенням теорії Бутлерова, властивості органічних речовин залежать не тільки від якісного та кількісного складу молекул, а й від порядку з'єднання атомів у цих молекулах між собою.
У зв'язку з цим серед органічних речовин широко поширене таке явище як ізомерія.
Ізомерія – явище, коли різні речовини мають цілком однаковий склад молекул, тобто. однакову молекулярну формулу.
Дуже часто ізомери сильно відрізняються за фізичними та хімічними властивостями. Наприклад:
а) Ізомерія вуглецевого скелета
б) Ізомерія становища:
кратного зв'язку
заступників:
в) Міжкласова ізомерія:
Міжкласова ізомерія має місце, коли сполуки, що є ізомерами, належать до різних класів органічних сполук.
Просторова ізомерія - явище, коли різні речовини при однаковому порядку приєднання атомів один до одного відрізняються один від одного фіксовано-різним положенням атомів або груп атомів у просторі.
Існує два типи просторової ізомерії – геометрична та оптична. Завдання на оптичну ізомерію на ЄДІ не зустрічаються, тому розглянемо лише геометричну.
Якщо в молекулі якоїсь сполуки є подвійний C=C зв'язок або цикл, іноді в таких випадках можливе явище геометричне або цис-транс-ізомерії.
Наприклад, такий вид ізомерії можливий для бутена-2. Сенс її полягає в тому, що подвійний зв'язок між атомами вуглецю фактично має плоску будову, а заступники при цих атомах вуглецю можуть фіксовано розташовуватися або над або під цією площиною:
Коли однакові заступники знаходяться по один бік площини, кажуть, що це цис-ізомер, а коли по різні - транс-Ізомер.
На вигляді структурних формул цис-і транс-ізомери (на прикладі бутена-2) зображують наступним чином:
Зазначимо, що геометрична ізомерія неможлива у разі, якщо хоча б один атом вуглецю при подвійному зв'язку буде два однакових заступника. Так наприклад, цис-транс-ізомерія неможлива для пропіна:
Пропен не має цис-транс-ізомерів, так як при одному з атомів вуглецю при подвійному зв'язку два ідентичні «заступники» (атоми водню) Як можна бачити з ілюстрації вище, якщо поміняти місцями метильний радикал і атом водню, що знаходяться при другому вуглецевому атомі, по різні боки площини, ми отримаємо ту саму молекулу, на яку просто подивилися з іншого боку.
Поняття про хімічну структуру як про послідовність пов'язаних один з одним атомів було суттєво розширено з появою електронної теорії. З позицій цієї теорії можна пояснити, яким чином атоми та групи атомів у молекулі впливають один на одного.
Розрізняють два можливі способи впливу одних ділянок молекули на інші:
1) Індуктивний ефект
2) Мезомірний ефект
Для демонстрації цього явища візьмемо для прикладу молекулу 1-хлорпропану (CH 3 CH 2 CH 2 Cl). Зв'язок між атомами вуглецю та хлору є полярним, оскільки хлор має набагато вищу електронегативність порівняно з вуглецем. В результаті усунення електронної щільності від атома вуглецю до атома хлору на атомі вуглецю формується частковий позитивний заряд (δ+), а на атомі хлору - частковий негативний (δ-):
Зміщення електронної густини від одного атома до іншого часто позначають стрілкою, спрямованою до більш негативного атома:
Однак, цікавим є такий момент, що, крім зміщення електронної щільності від першого атома вуглецю до атома хлору, також має місце зміщення, але трохи меншою мірою від другого атома вуглецю до першого, а також від третього до другого:
Таке зміщення електронної щільності ланцюга σ-зв'язків називають індуктивним ефектом ( I). Даний ефект згасає в міру віддалення від групи, що впливає, і вже практично не проявляється після 3 σ-зв'язків.
У випадку, коли атом або група атомів мають більшу електронегативність порівняно з атомами вуглецю, кажуть, що такі заступники мають негативний індуктивний ефект (- I). Таким чином, у розглянутому вище прикладі негативним індуктивним ефектом має атом хлору. Крім хлору, негативний індуктивний ефект мають наступні заступники:
-F, -Cl, -Br, -I, -OH, -NH 2 , -CN, -NO 2 , -COH, -COOH
Якщо електронегативність атома або групи атомів менша за електронегативність атома вуглецю, фактично відбувається передача електронної щільності від таких заступників до вуглецевих атомів. У такому разі кажуть, що заступник має позитивний індуктивний ефект (+ I) (є електронодонорним).
Так, заступниками з + I-ефектом є граничні вуглеводневі радикали При цьому виразність + I-ефекту зростає з подовженням вуглеводневого радикалу:
-CH 3 , -C 2 H 5 , -C 3 H 7 , -C 4 H 9
Слід зазначити, що атоми вуглецю, що знаходяться в різних валентних станах, мають також і різну електронегативність. Атоми вуглецю в стані sp-гібридизації мають велику електронегативність порівняно з атомами вуглецю в стані sp 2 -гібридизації, які, у свою чергу, більш електронегативні, ніж атоми вуглецю в стані sp 3 -гібридизації.
Мезомірний ефект (М), або ефект сполучення, - вплив заступника, що передається системою сполучених π-зв'язків.
Знак мезомерного ефекту визначається за тим самим принципом, як і знак індуктивного ефекту. Якщо заступник збільшує електронну щільність у сполученій системі, він має позитивний мезомерний ефект (+ М) і є електронодонорним. Позитивним мезомерним ефектом мають подвійні вуглець-вуглецеві зв'язки, заступники, що містять неподілену електронну пару: -NH 2 -ON, галогени.
Негативним мезомірним ефектом (– М) мають заступники, що відтягують електронну щільність від сполученої системи, при цьому електронна щільність у системі зменшується.
Негативний мезомерний ефект мають групи:
-NO 2, -COOH, -SO 3 H, -COH, >C=O
За рахунок перерозподілу електронної густини за рахунок мезомерного та індуктивного ефектів у молекулі на деяких атомах з'являються часткові позитивні або негативні заряди, що відображає хімічні властивості речовини.
Графічно мезомерний ефект показують вигнутою стрілкою, яка починається в центрі електронної густини і завершується там, куди зміщується електронна густина. Так, наприклад, у молекулі хлористого вінілу мезомерний ефект виникає при поєднанні неподіленої електронної пари атома хлору, з електронами π-зв'язку між вуглецевими атомами. Таким чином, в результаті цього на атомі хлору з'являється частковий позитивний заряд, а π-електронна хмара, що володіє рухливістю, під впливом електронної пари зміщується в бік крайнього атома вуглецю, на якому виникає внаслідок цього частковий негативний заряд:
Якщо в молекулі є одинарні і подвійні зв'язки, що чергуються, то кажуть, що молекула містить сполучену π-електронну систему. Цікавою властивістю такої системи є те, що мезомерний ефект у ній не згасає.
Молекула органічної сполуки є сукупністю атомів, пов'язаних у певному порядку, як правило, ковалентними зв'язками. При цьому пов'язані атоми можуть відрізнятися за величиною електронегативності. Величини електронегативностейзначною мірою визначають такі найважливіші характеристики зв'язку, як полярність та міцність (енергія освіти). У свою чергу, полярність і міцність зв'язків у молекулі значною мірою визначають можливості молекули вступати в ті чи інші хімічні реакції.
Електронегативністьатома вуглецю залежить стану його гібридизації. Це пов'язано з часткою s - орбіталі в гібридній орбіталі: вона менша у sp 3 - і більше у sp 2 - і sp -гібридних атомів.
Усі складові молекулу атоми перебувають у взаємозв'язку та відчувають взаємний вплив. Цей вплив передається в основному через систему ковалентних зв'язків, за допомогою так званих Електронні ефекти.
Електронними ефектаминазивають зміщення електронної щільності в молекулі під впливом замісників.
Атоми, пов'язані полярним зв'язком, несуть часткові заряди, що позначаються грецькою літерою "дельта" ( d ). Атом, що "відтягує" електронну щільністьs -зв'язку у свій бік, набуває негативного заряду d -. При розгляді пари атомів, пов'язаних ковалентним зв'язком, більш електронегативний атом називають електроноакцептором. Його партнер по s -зв'язку відповідно матиме рівний за величиною дефіцит електронної густини, тобто. частковий позитивнийзаряд d +, називатиметься електронодонором.
Зміщення електронної щільності ланцюгомs -зв'язків називається індуктивним ефектомі позначається I.
Індуктивний ефект передається ланцюгом із загасанням. Напрямок зміщення електронної щільності всіхs -зв'язків позначається прямими стрілками.
Залежно від того, чи віддаляється електронна щільність від атома вуглецю, що розглядається, або наближається до нього, індуктивний ефект називають негативним (- I ) або позитивним (+I). Знак і величина індуктивного ефекту визначаються відмінностями у електронегативностіміж аналізованим атомом вуглецю і групою, що його викликає.
Електроноакцепторні замісники, тобто. атом або група атомів, що зміщують електронну щільністьs -зв'язки від атома вуглецю до себе, виявляють негативний індуктивний ефект (- I-ефект).
Електродонорнізаступники, тобто. атом або група атомів, що зміщують електронну щільність до атома вуглецю від себе, виявляють позитивний індуктивний ефект(+I-ефект).
I-ефект виявляють аліфатичні вуглеводневі радикали, тобто. алкільні радикали (метил, етил тощо). Більшість функціональних груп виявляють. I -ефект: галогени, аміногрупа, гідроксильна, карбонільна, карбоксильна групи.
Індуктивний ефект проявляється у разі, коли пов'язані атоми вуглецю різні за станом гібридизації.
При передачі індуктивного ефекту метальної групи на подвійний зв'язок насамперед її вплив має рухливаp -зв'язок.
Вплив заступника на розподіл електронної щільності, що передається заp -зв'язкам, називають мезомерним ефектом (М).Мезомірний ефект також може бути негативним та позитивним. У структурних формулах його зображують вигнутою стрілкою, що починається біля центру електронної щільності і завершується там, куди зміщується електронна щільність.
Наявність електронних ефектів веде до перерозподілу електронної густини в молекулі та появі часткових зарядів на окремих атомах. Це визначає реакційну здатність молекули.
Одним із фундаментальних понять органічної хімії є взаємний вплив атомів у молекулах. Без знань електронних ефектів (індуктивного та мезомерного) органічна хімія є набором фактичного матеріалу, часто не пов'язаного між собою. Його доводиться заучувати та запам'ятовувати. Володіння елементами теорії взаємного впливу атомів дозволяє:
Систематизувати знання;
пов'язувати будову речовини з її властивостями;
прогнозувати реакційну здатність молекул;
Правильно визначати основні напрямки хімічних реакцій;
Усвідомлено сприймати взаємодію речовин між собою.
Крім того, застосування понять взаємного впливу атомів у процесі вивчення властивостей органічних речовин створює великі можливості для активізації пізнавальної діяльностіучнів та розвитку інтелектуальних умінь.
Щоб користуватися попереднім переглядом, створіть собі обліковий запис Google і увійдіть до нього: https://accounts.google.com
Технологічна карта уроку фізики на тему: «Взаємне тяжіння та відштовхування молекул. Досвідчений доказ взаємного тяжіння та відштовхування молекул.» (7 клас)...
Тема "Молекули та речовини" Тема уроку. "Молекули як будівлі з атомів." ОМ - 5 клас
даю початкові знання п'ятикласникам про молекули як споруди з атомів; формулюю поняття про складні та прості речовини, неорганічні та органічні речовини;розвиваю логічне мислення.
Атоми та молекули. Молекулярна будова речовин. Рух молекул. Дифузія. Залежність температури тіла швидкості молекул.
Цілі уроку: знайомство з новим розділом підручника, визначення матеріальності об'єктів та предметів; познайомити учнів з дифузією в рідинах, газах та твердих тілах; навчити пояснювати явище дифузії...
Взаємне тяжіння та відштовхування молекул. Досвідчений доказ взаємного тяжіння та відштовхування молекул.
Взаємне тяжіння та відштовхування молекул. Досвідчений доказ взаємного тяжіння та відштовхування молекул.
Типи хімічних реакцій в органічній хімії. Взаємний вплив атомів у молекулах органічних сполук (індуктивний та мезамерний ефекти). Механізми реакцій в органічній хімії. Завдання і вправний...
