Гораздо большие возможности предоставляет взаимодействие галогенпроизводных с металлорганическими соединениями – диалкиллитийкупратами:

R¹J + (R²)₂CuLi  R¹-R² + R²Cu + LiJ

Этот способ позволяет комбинировать различные фрагменты R¹ и R², причем выходы здесь достаточно хорошие. Механизмы данной реакции и реакции Вюрца, а также получение диалкиллитийкупратов будут рассмотрены позднее, в разделе «Металлорганические соединения».

I.1.2. Электронное и пространственное строение алканов

Все атомы углерода в алканах имеют sp³-гибридизацию. Алканы включают только два типа связей: С-С и С-Н; это - -связи, неполярные (С-С) или малополярные (С-Н). Вокруг связей С-С возможно вращение, вследствие чего молекулы алканов могут находиться в разных конформациях. Как уже упоминалось (стр.18), конформации – это варианты пространственного расположения атомов в молекуле, которые возникают вследствие вращения вокруг простых связей и могут переходить друг в друга путем такого вращения. Вращение вокруг ординарных связей непрерывно происходит в процессе теплового движения молекул веществ, находящихся в газообразном или жидком состояниях, а также в растворах. Рассмотрим конформации более подробно на примере простейших алканов.

Простейшим алканом, для которого возможны разные конформации, является этан СН₃-СН₃. При вращении вокруг связи С-С возможно возникновение множества конформаций, две из которых являются наиболее характерными; они представлены на рис.5.

Рис. 5. Заслоненная и заторможенная конформации этана.

Для изображения конформаций здесь использованы два способа: по первому способу построены формулы А и Б, называемые перспективными изображениями или изображениями типа «лесопильные козлы»; этот способ достаточно очевиден; по второму способу построены формулы А’ и Б’, которые называются проекциями Ньюмена. При построении проекций Ньюмена наблюдатель как бы смотрит вдоль связи С-С, на которую «наколот» непрозрачный кружок между атомами С; тогда связи «дальнего» атома углерода «выглядывают» из-за кружка. Проекции Ньюмена отображают конформации более наглядно и поэтому чаще используются.

В одной из представленных конформаций этана (А или А’) атомы водорода при соседних атомах углерода расположены напротив друг друга (это особенно хорошо видно на проекции Ньюмена А’, где эти атомы заслоняют друг друга); такая конформация называется заслоненной. В заслоненной конформации атомы водорода при соседних атомах максимально сближены, отталкивание между ними наибольшее, поэтому заслоненная конформация является неустойчивой. В другой конформации (Б или Б’) атомы водорода максимально удалены друг от друга; такая конформация является устойчивой; она называется заторможенной конформацией. При полном обороте вокруг связи С-С молекула этана проходит через три идентичных заслоненных и три идентичных заторможенных конформации.

Поскольку атомы водорода имеют малый объём, отталкивание между ними невелико, поэтому разница в энергиях между заслоненной и заторможенной конформациями очень небольшая (порядка 12,5 кДж/моль); тем не менее, этан находится в заторможенных конформациях дольше, чем в других; для того, чтобы перейти от одной заторможенной конформации к другой, необходимо пройти через невыгодную заслоненную конформацию и преодолеть энергетический барьер, пусть и небольшой. Таким образом, вращение вокруг простых связей никогда не является свободным.

Рассмотрим другой пример – конформации н-бутана, которые возникают при вращении вокруг связи С² – С³:

При полном обороте, как и в этане, можно выделить по три заслоненных и заторможенных конформации, однако картина здесь более сложная (рис.6):

1 (^ 2 (^ 3 (^ 4 (^ 5 (^ 6 (^

Рис.6. Конформации н-бутана относительно связи С²-С³.

Для характеристики конформаций используют величины двугранного (диэдрального, торсионного) угла () между двумя плоскостями, образованными связью, вокруг которой происходит вращение (в данном случае связью С²-С³), и связями образующих ее двух атомов (здесь – атомов С² и С³) с соответствующими заместителями (обычно одинаковыми или сходными). На проекции Ньюмена это просто угол между связями у «ближнего» и «дальнего» атома (см. формулу 3 на рис.6); рассматриваемые конформации н-бутана характеризуют углами между связями С²-СН₃ и С³-СН₃. Значение угла  считают положительным, если для перевода ближнего заместителя в заслоненное положение с дальним (для бутана это группы СН₃) необходимо повернуть его по часовой стрелке; если же необходим поворот против часовой стрелки, угол  имеет отрицательное значение.

Из конформаций н-бутана самой неустойчивой является конформация 1, потому что в ней максимально сближены самые большие заместители – группы СН₃, поэтому происходит максимальное отталкивание. Конформацию такого типа называют полностью заслоненной; другие названия – цисоидная, синперипланарная. Также неустойчивыми, хотя и в меньшей степени, являются две идентичные заслонённые конформации 3 и 5; в них группа СН₃ сближена с атомом водорода, поэтому отталкивание меньше, чем для конформации 1. Такие конформации называют частично заслоненными (антиклинальными). Более устойчивыми являются идентичные заторможенные конформации 2 и 6; их устойчивость не максимальная, ее снижает довольно близкое расположение достаточно объёмных групп СН₃. Такие конформации называются скошенными или гош-конформациями. Наиболее устойчивой является конформация 4, где объёмные группы максимально удалены друг от друга; такая конформация называется анти-конформацией (трансоидной , антиперипланарной).

Изменения в энергии молекулы бутана, происходящие при вращении вокруг связи С²-С³ за один оборот, можно представить графически (рис.7):

Е 1

5 3

2 6

4



180⁰ - 120⁰ - 60⁰ 0 60⁰ 120^o 180⁰

Рис.7. Энергии конформаций н-бутана.

Максимальный энергетический барьер вращения (разница энергий между конформациями 1 и 4) составляет 26 кДж/моль, т.е. заметно выше, чем для этана.

Рассмотренные закономерности относятся к конформациям соединений любых классов, если в соединении имеется возможность вращения вокруг простых связей. Разница в устойчивости конформаций может быть значительной, если в молекуле имеются объёмные заместители или заместители, способные к внутримолекулярным нековалентным взаимодействиям. Химические свойства соединений во многом зависят от того, в какой конформации соединение вступает в реакцию. Поэтому изучение конформаций органических соединений - конформационный анализ - занимает весьма заметное место в органической химии.