1.4. Водородная связь в органических соединениях

Водородная связь – это особый вид ковалентной связи, которая образуется между группами

X – H^…..Y,

где X – элемент, обладающий значительной электроотрицательностью (F, O, N):

Y – атом, имеющий свободную пару электронов.

Группы X-H и Y могут находиться в разных молекулах (межмолекулярная водородная связь) или в одной молекуле (внутримолекулярная водородная связь).

М ежмолекулярные водородные связи образуют спирты, карбоновые кислоты, амиды карбоновых кислот, некоторые гетероциклические соединения:

О бразование межмолекулярных водородных связей влияет на физические свойства веществ: приводит повышению температуры кипения, растворимости в протонных растворителях (например, в воде), изменяет спектральные характеристики.

Внутримолекулярные водородные связи образуются в гетерофункциональных соединениях и влияют на их химические свойства (кислотно-основные свойства, таутомерия):

Водородные связи определяют пространственную структуру биополимеров (вторичная структура белка, двойная спираль ДНК и др.).

2. Взаимное влияние атомов в органических соединениях.

Свойства химических связей в органических соединениях не являются постоянными, а зависят от их окружения в молекуле. Атомы и группы атомов в молекулах органических соединений взаимодействуют друг с другом. Введение в молекулу заместителя (функциональной группы или углеводородного радикала) приводит к перераспределению электронной плотности и изменениям в геометрии молекулы.

Влияние заместителя на распределение электронной плотности в молекуле называют электронным эффектом. По характеру электронного влияния заместители делят на электронодонорные и электроноакцепторные. Электронодонорные заместители увеличивают, а электроноакцепторные заместители уменьшают электронную плотность в остальной части молекулы. По механизму передачи электронных влияний различают индуктивный и мезомерный электронные эффекты.

2.1. Индуктивный эффект

Индуктивный эффект – это передача электронного влияния заместителя по системе s-связей.

Изолированная связь между двумя одинаковыми атомами (например, связь С-С) неполярна. Связь между атомами с разной электроотрицательностью полярна и представляет собой электрический диполь, который индуцирует поляризацию соседних s-связей:

С^ddd+ ® С^dd+ ® C^d+ ® Cl^d-.

Индуктивный эффект заместителя передается на незначительное расстояние и затухает через 3 –4 s-связи в цепи из-за слабой поляризуемости s-связей.

Для определения направления индуктивного эффекта заместителя его сравнивают с индуктивным эффектом связи С-Н, который условно принимают равным нулю. Заместители, обладающие положительным индуктивным эффектом (+I-эффект), увеличивают электронную плотность в цепи в большей степени, чем водород. Для заместителей, обладающих отрицательным индуктивным эффектом(-I-эффект), верно обратное:

Y^d+® C^d- C – H C^d+® X^d-

+I I=0 -I

Направление и величина индуктивного эффекта определяется электроотрицательностью атомов.

Большинство заместителей обладают –I-эффектом, так как содержат атомы более электроотрицательные, чем углерод и ненасыщенные группы. Величина –I-эффекта возрастает с ростом электроотрицательности атомов.

-I-эффект: F>OR>NR₂

F>Cl>Br>I

Положительным индуктивным эффектом обладают алкильные группы и заместители, имеющие отрицательный заряд : O ^-, COO ^-.