![](/user_photo/1540_Ot9pn.jpg)
Наглядная химия. Электронная структура атома углерода в органических соединениях (pdf)
.pdf![](/html/1540/146/html_jfo3oscdS8.Wpta/htmlconvd-B47vBL1x1.jpg)
1
Электронная структура атома углерода в органических соединениях
ЭЛЕКТРОННАЯ СТРУКТУРА АТОМА УГЛЕРОДА
2s2 2px1 2py1 2pz0 1s2
Основное состояние
2s1 2px1 2py1 2pz1 1s2
Возбужденное состояние
Атомная орбиталь — это часть пространства, в которой вероятность нахождения электрона максимальна.
Рис. 1. Атомные s- p-орбитали
![](/html/1540/146/html_jfo3oscdS8.Wpta/htmlconvd-B47vBL2x1.jpg)
2
sp3-Гибридизация
Рис. 2. Схема образования четырех sp3-гибридных орбиталей: а - негибридизованные орбитали атома углерода; б - орбитали атома углерода в состоянии sp3-гибридизации
sр2-Гибридизация
Рис. 3. Схема образования трех sр2-гибридных орбиталей: a - негибридизованные орбитали атома углерода; б - орбитали атома углерода в состоянии sp2-гибридизации.
![](/html/1540/146/html_jfo3oscdS8.Wpta/htmlconvd-B47vBL3x1.jpg)
3
sp-Гибридизация
Рис. 4. Схема образования двух sp-гибридных орбиталей: а - негибридизованные орбитали атома углерода; б - орбитали атома углерода в состоянии sp-гибридизации
Таблица 1. Гибридные орбитали и характер углеродных атомов
Состояние |
|
|
|
|
|
Валентное |
|
Тип |
|||||||||
|
Орбитали |
состояние |
гибридизации и |
||||||||||||||
углеродного атома |
|
атома |
строение |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
углерода |
молекулы |
||||||||||
Возбужденное, |
2s |
|
2px |
2py |
2pz |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
– |
||
исходное состояние |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
(sp3) |
|||||||||||
Возбужденное, в |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
алканах |
2sp |
2sp |
2sp |
2sp |
I |
Тетраэдрическое |
|||||||||||
|
3 |
|
3 |
3 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Возбужденное, в |
|
|
|
|
|
|
(sp2) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
алкенах |
2sp |
2sp |
2sp |
2p |
II |
Тригональное |
|||||||||||
|
2 |
|
2 |
2 |
(плоскостное) |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Возбужденное, в |
|
|
|
|
|
|
(sp) Дигональное |
||||||||||
алкинах |
2sp |
2sp |
2p |
2p |
III |
(линейное) |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
![](/html/1540/146/html_jfo3oscdS8.Wpta/htmlconvd-B47vBL4x1.jpg)
4
Типы химической связи. Ковалентная связь
Ионная (электровалентая) связь
Na + Cl |
Na + |
Cl - |
Ковалентная (неэлектровалентная) связь
A + B |
A : B |
Молекулярная орбиталь
H |
+ |
H |
H : H |
или |
H |
H |
|
|
|
|
H |
|
H |
|
|
4H |
+ |
C |
или |
H C |
H |
||
H C H |
|||||||
|
|
|
H |
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
H |
или |
H |
C |
H |
H |
C :: C |
|
C |
||
H |
|
H |
|
H |
|
H : C ::: C : H |
или |
H |
C |
C H |
водород
метан
этилен
ацетилен
![](/html/1540/146/html_jfo3oscdS8.Wpta/htmlconvd-B47vBL5x1.jpg)
5
σ (сигма)-связь
Рис. 5. Различные виды перекрывания орбиталей при образовании (σ -связей: а - перекрывание двух sр3-гибридных орбиталей атомов углерода (С-С); б - перекрывание 1s-ор6италей атома водорода с sр3-гибридной орбиталью атома углерода (С-Н))
π (пи)-связь
Рис. 6. Перекрывание двух негибридизованных 2р-орбиталей в молекуле этилена: а - объемное изображение двух перекрывающихся негибридизованных 2р-орбиталей; б - области максимальной электронной плотности лежат над и под плоскостью расположения σ - связей атомов углерода.
![](/html/1540/146/html_jfo3oscdS8.Wpta/htmlconvd-B47vBL6x1.jpg)
6
а) |
б) |
Рис. 7. Перекрывание четырех негибридизованных 2р-ор6италей в молекуле ацетилена: а - объемное изображение четырех перекрывающихся 2р-орбиталей; 6 - схематическое изображение этих орбиталей в двух взаимно перпендикулярных плоскостях
π -связь менее прочна, чем σ -связь, а ее электроны легче смещаются в сторону одного из углеродных атомов.
Полярность связи
F > O > С1 > N > Вг > С > Н
![](/html/1540/146/html_jfo3oscdS8.Wpta/htmlconvd-B47vBL7x1.jpg)
7
Электроотрицательность
Рис 8. Изменение электроотрицательности (по Полингу) элементов в зависимости от их положения в таблице Д.И. Менделеева
С( sp) > C( sp2 ) > C( sp3 )
δ + δ −
H3CCl
Электрический момент диполя (дипольный момент)
= e r
где — электрический момент диполя (векторная величина),
Кл м (или дебаях (D); 1D = 3.34 10-30 Кл м); е — элементарный заряд; r — расстояние между центрами тяжестей всех зарядов.
![](/html/1540/146/html_jfo3oscdS8.Wpta/htmlconvd-B47vBL8x1.jpg)
8
Поляризуемость — способностью изменять свою полярность, например, под влиянием внешнего воздействия
Таблица 2. Некоторые параметры ковалентных углерод-углеродных связей
|
|
|
Тип |
|
Угол между |
Энергия |
|
|
Ковалентн |
гибриди- |
Длина |
гибридными |
связи, |
Форма |
|||
ая связь |
зации |
связи, |
орбиталями |
кДж/мо |
молекулы |
|||
атома |
нм |
(межвалентные |
ль* |
|||||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
углерода |
|
углы)- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
C |
sp3 |
0,154 |
109° 28' |
350 |
Тетраэдричес |
|
|
|
кая |
||||||
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
C |
|
C |
sp2 |
0,134 |
120° |
610 |
Плоскостная |
|
|
||||||||
|
||||||||
C |
|
C |
sp |
0,120 |
180° |
830 |
Линейная |
|
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
*Приведены средние значения энергий. |
|
|
Направленность
Координационная связь, или донорно-акцепторная
|
|
|
донор |
|
акцептор |
|
|
|
A : + B |
A : B |
неподеленная пара электронов
![](/html/1540/146/html_jfo3oscdS8.Wpta/htmlconvd-B47vBL9x1.jpg)
9
|
|
H |
|
|
|
|
H |
|
+ |
||
H |
|
N : + H+ |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
H |
|
N : H |
|
|
||||
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
H |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ион аммония
Семиполярная связь (от англ. semi — наполовину)
CH3 |
|
CH3 |
|
|
CH3 |
H3C N + O |
H3C |
N+ |
O- |
или |
H3C N O |
CH |
|
CH |
|
|
CH3 |
3 |
|
3 |
|
|
|
триметиламин |
|
оксид триметиламина |
|||
Водородная связь (H-связь) |
|
|
|
||
:O H |
:O |
H |
:O |
H |
:O H |
H |
H |
|
H |
|
H |
12,5—20 кДж/моль
Понятие о пространственном строении органических молекул
Конформации ациклических соединений
Проекция Ньюмена
|
H |
|
H H |
|
H |
C |
H |
H |
||
HH |
C |
|
|
|
|
H |
H |
|
H |
|
H |
H |
|
|
C |
H |
|
|
|
||
C |
|
|
H |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||||
H |
H |
|
H |
H H |
H |
|
H |
|
H |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
H |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Заслоненная конформация |
Заторможеная конформация |
|||||||||
Рис. |
9. |
Заслоненная |
и заторможенная |
конформации |
молекул |
этана и их ньюменовские проекционные формулы.
![](/html/1540/146/html_jfo3oscdS8.Wpta/htmlconvd-B47vBL10x1.jpg)
10
Торсионным, или диэдральным, углом называется угол между связями (в проекции Ньюмена), исходящими от атомов, связь между которыми является осью внутреннего вращения. Так, например, торсионный угол заслоненной конформации молекулы этана равен 0°, а заторможенной — 60°.
Рис. 10. Зависимость энергии конформации молекулы этана от торсионного угла.
|
CH3 |
|
H3C CH3 |
|
CH3 |
||
H |
|
H |
|
|
H |
|
CH3 |
H |
|
H |
H |
|
H |
|
H |
|
H |
H H |
|
||||
|
|
||||||
|
|||||||
|
|
CH3 |
|
H |
|||
|
анти |
|
син |
|
гош |
(антиперипланарная) (синперипланарная) |
(синклинальная) |