Позааудиторна самостійна робота № 17

Тема: Хімічний зв'язок в органічних молекулах та взаємний вплив

атомів

План

1. Характеристики ковалентного зв’язку.

2. Поняття про індукційний та мезомерний ефекти.

Час виконання: 2 години

Мета роботи: ознайомитися з типами хімічного зв’язку в органічних молекулах та взаємним впливом атомів один на одного.

В органічній та біоорганічній хімії найпоширенішим є ковалентний зв'язок. Він виникає в результаті усуспільнення пари електронів двох атомів, які утворюють між собою хімічний зв'язок. Наприклад, два атоми Гідрогену утворюють молекулу водню:

Н ^∙ + ∙Н = Н : Н

Ковалентний зв'язок має певні характеристики. Розглянемо дві з них.

Довжина зв’язку – відстань між ядрами сусідніх атомів. Зі збільшенням кратності його довжина зменшується. Так, одинарний зв'язок має довжину 1,54 Å, подвійний – 1,34 Å, потрійний – 1,21 Å.

Полярність зв’язку – нерівномірний розподіл електронної густини між двома сусідніми атомами, які значно відрізняються своїми електронегативностями. Усі елементи періодичної системи Д. І. Менделеєва за електронегативністю розміщені в певній послідовності (шкала Полінга). За цією шкалою елементи що утворюють біоорганічні сполуки, розміщені так:

F - 4,0; O – 3,5; Cl – 3,0; Br – 2,8; S – 2,5; C – 2,5; H – 2,1.

Найбільшу електронегативність має атом Флуору, найменшу – атом Гідрогену. Якщо хімічний зв'язок утворюють атоми з однаковою електронегативністю, такий зв'язок буде неполярним,якщо атоми з різною електронегативністю – полярним.

Що більша різниця електронегативностей між сусідніми атомами, то полярніший зв'язок (С – С – неполярний зв'язок, С - N - слабополярний; С – F - сильнополярний).

В органічній хімії розрізняють два типи зміщень електронів:

а) електронні зміщення, що відбуваються у системі σ – звязків; б) електронні зміщення, які передаються системою π – звязків. У першому випадку має місце так званий індукційний ефект, у другому – мезомерний.

Індукційний ефект – це перерозподіл електронної густини. Який виникає в результаті різниці електронегативностей між атомами молекули.

Як вже зазначалося, електронна густина в молекулах зміщена в бік більш електронегативного атома. Це зміщення передається вздовж σ – звязків карбонового скелета. Наприклад:

δ₃⁺ δ₂⁺ δ₁⁺ δ⁺ δ^-

СН₃ → СН₂ →СН₂ →СН₂ →Cl

δ₃⁺ < δ₂⁺ < δ₁⁺ < δ⁺

Атоми або групи атомів, що притягують до себе електрони, мають – І ефект, а замісники, які відштовхують від себе електрони, мають +І – ефект. Позитивний індукційний ефект мають алкільні радикали (СН₃ -, С₂Н₅ –тощо). Усі інші замісники, сполучені з атомом Карбону, мають негативний індукційний ефект. Індукційний ефект графічно зображають прямою стрілкою.

Мезомерний ефект – це перерозподіл електронної густини вздовж системи спряжених π – звязків.

До спряжених систем належать молекули органічних сполук , в яких чергуються подвійні та одинарні звязки, або якщо поряд з подвійним звязком знаходиться атом, що має на р – орбіталі неподілену пару електронів. У першому випадку має місце π, π -, а у другому – р, π – спряження. Спряжені системи бувають з відкритим і замкненим ланцюгом спряження. Прикладом таких сполук є бута – 1.3 – дієн і бензин.

У молекулах цих сполук атоми Карбону перебувають у стані sp² – гібридизації, і за рахунок негібридних р – орбіталей утворюються π – зв’язки, які , взаємодіючи між собою, утворюють єдину електронну хмару, тобто спостерігається спряження.

У замкнених спряжених системах делокалізація р – орбіта лей виражена ще більше, завдяки чому в молекулі бензену електронна густина розподілена між усіма атомами Карбону

Є два види мезомерного ефекту – позитивний мезомерний ефект (+М) і негативний (-М). Позитивний мезомерний ефект виявляють замісники, що надають р – електрони у спряжену систему, а негативний – замісники, що відтягують на себе π – електронну густину зі спряженої системи. При цьому +М-ефект виявляють:

– атоми або атомні групи, які мають негативні заряди: О^2-

Мезомерний ефект називають негативним (–М-ефект), якщо атоми або групи атомів приймають електронну густину від  -зв’язку (тобто являються акцепторами електронів). При цьому –М-ефект виявляють замісники, які приймають („стягують”) на себе електронну густину:

Мезомерний ефект графічно зображають зігнутою стрілкою, яка показує напрямок зміщення електронів.