Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Органическая химия(лекции I).doc
Скачиваний:
13
Добавлен:
23.11.2018
Размер:
2.09 Mб
Скачать

Образование и типы химических связей в органических соединениях.

Химические свойства органических соединений обусловлены типом химических связей, природой связываемых атомов и их взаимным влиянием в молекуле.

Химическая связьсовокупность взаимодействий между электронами и ядрами, приводящих к соединению атомов в молекулу.

Основным типом химических связей в органических соединениях являются ковалентные связи.

Ковалентной называется химическая связь, образованная за счет обобществления электронов связываемых атомов. Существует два типа ковалентной связи: -связь и -связь.

-Связь – это одинарная ковалентная связь, образованная при перекрывании АО по прямой (оси), соединяющей ядра двух связываемых атомов с максимумом перекрывания на этой прямой.

-Связь – это связь, образованная при боковом перекрывании негибридизованных р-АО с максимумом перекрывания над и под плоскостью -связей.

Встречающиеся в органических соединениях простые ковалентные связи могут быть только -типа, а кратные связи представляют собой комбинацию - и -связей. Так, двойная связь состоит из одной - и одной -связей, а тройная – из одной - и двух -связей.

Свойства ковалентной связи выражаются через ее количественные характеристики – длину, энергию, полярность, поляризуемость.

Длина связи – это расстояние между центрами связанных атомов. Длина связей зависит от состояния гибридизации атома углерода. Так, двойная связь короче одинарной, а тройная – короче двойной.

Энергия связи – это энергия, которая выделяется при образовании связи, или энергия, которую необходимо затратить, чтобы разорвать связь.

Полярность связи – обусловлена неравномерным распределением электронной плотности. Она обусловлена разной электроотрицательностью связывающихся атомов.

Электроотрицательность – это способность атома в молекуле удерживать валентные электроны. Для описания электроотрицательности атомов используют шкалу Полинга.

Поляризуемость связи выражается в смещении электронного облака по отношению к ядрам под влиянием внешнего электромагнитного поля. По поляризуемости -связь значительно превосходит -связь. Поляризуемость в значительной мере определяет реакционную способность молекул.

Донорно-акцепторная или координационная связь – это ковалентная связь, образованная за счет пары электронов одного атома. Донорно-акцепторные связи характерны для комплексных соединений. Разновидностью донорно-акцепторной связи является семиполярная связь, например в нитрогруппе. Семиполярная связь является сочетанием ковалентной и ионной связей.

Водородная связь – связь между атомом водорода и сильно электроотрицательным элементом (азотом, кислородом, фтором, хлором). Водородные связи могут быть внутримолекулярными и межмолекулярными. Водородные связи влияют на физические и химические свойства веществ. Водородные связи играют важную роль в формировании пространственной структуры высокомолекулярных соединений – белков, полисахаридов, нуклеиновых кислот.

Классификация органических реакций.

В процессе химических реакций происходит разрыв одних и образование новых химических связей с перераспределением электронной плотности атомов реагирующих веществ. Атом или группа атомов, участвующих в разрыве или образовании связей, называют реакционным центром.

Способность вещества вступать в ту или иную химическую реакцию и реагировать с меньшей или большей скоростью называют его реакционной способностью.

Некоторые органические реакции могут приводить к образованию не одного, а нескольких изомерных соединений, скорость образования которых обычно бывает неодинаковой. При проведении реакции в сравнительно мягких условиях практически полностью получается изомер, скорость образования которого наибольшая, т.е. имеет место кинетически контролируемая реакция. В более жестких условиях (повышенная температура, достаточная длительность процесса) в качестве конечного продукта образуется изомер, отличающийся большей термодинамической устойчивостью, т.е. осуществляется термодинамически контролируемая реакция.

Субстрат – вещество, в котором у атома углерода происходит разрыв старой и образование новой связи.

Реагент – вещество, действующее на субстрат. Реагенты могут быть трех основных типов – радикальные, электрофильные и нуклеофильные.

Радикальные реагенты (радикалы) – свободные атомы или частицы с неспаренным электроном. Радикальные реагенты образуются в результате гомолитического разрыва ковалентной связи (гомолиз), при котором каждый из обоих ранее связанных атомов оставляет у себя по одному электрону:

Х  У  Х + У

Гомолиз обычно протекает при облучении или при высокой температуре, а также при проведении реакции в газовой фазе. Примеры радикальных реагентов: Cl, HO, CH3.

Электрофильные реагенты (электрофилы) Е+это частицы с не полностью заполненным валентным электронным уровнем. Они образуют новую ковалентную связь за счет пары электронов субстрата. Примеры: Н+, Br+, NO2+ (нитроил).

Нуклеофильные реагенты (нуклеофилы) Nu- - это частицы, имеющие пару электронов на внешнем электронном уровне. За счет этой пары могут образовывать новую ковалентную связь с атомом углерода субстрата. Примеры: Н, Cl.

Электрофильные и нуклеофильные частицы могут образоваться при гетеролитическом разрыве (гетеролиз) ковалентной связи. В ходе гетеролиза пару электронов забирает один из партнеров связи:

Х ∫  У  Х+ + У

Карбокатионы – это ионы с положительным зарядом на атоме углерода, находящемся в sp2-гибридизации и обладающем вакантной орбиталью. СН+, С2Н5+ - неустойчивые короткоживущие частицы. Наиболее устойчивым среди алкильных карбокатионов является трет-бутил-катион (СН3)3С+.

Карбоанионы - это ионы с отрицательным зарядом на атоме углерода.

Органические реакции классифицируют несколькими способами.