33. Симетрія молекул.

Розгляд просторової будови молекул засноване на стереохімічних уявленнях про молекулу як геометричному тілі в тривимірному просторі. Це вимагає залучення в стереохімію деяких геометричних понять, зокрема, елементів і операцій симетрії.  Елементи симетрії є геометричні місця, щодо яких здійснюються операції симетрії. При цьому розрізняють: елементи симетрії 1 роду – осі симетрії (осі обертання); елементи симетрії 2 роду – площині симетрії (дзеркальні площини), центри симетрії (центри інверсії) і осі дзеркального відображення.

Операції симетрії – геометричні операції, здійснювані на елементах симетрії і переводять об'єкт (молекулу), еквівалентну або ідентичну орієнтацію.

Розрізняють чотири основних операції симетрії: обертання на кут 2π/n = 360° /n навколо осі обертання; відображення в площині симетрії;інверсія (відображення в точці) в центрі симетрії;обертання з відображенням навколо осі дзеркального відображення (обертання на кут 2π/n і відображення в площині, перпендикулярній до осі обертання).

Найбільш важливими елементами симетрії є вісь і площину симетрії. З операцій симетрії частіше використовуються дві: обертання навколо осі симетрії і відображення в дзеркальній площині.

Вісь симетрії. Якщо обертання молекули навколо будь-якої проходить через неї осі на кут 2π /n = 360 °/n призводить до структури, яка не вирізняється від вихідної, то таку вісь називають віссю симетрії n-го порядку З n. Якщо в молекулі є кілька осей симетрії різного порядку, то в якості головної осі (осі порівняння) вибирається вісь симетрії найвищого порядку. У молекулі бензолу, це вісь шостого порядку З 6, а в разі ацетилену –вісь З ∞.

Площина симетрії (дзеркальна площина) являє собою уявну площину, яка проходить через молекулу і ділить її на дві дзеркально-рівні частини. 

Молекули несумісні зі своїм дзеркальним зображенням, ця властивість називається хіральністю, а самі молекули – хіральними. Термін "хіральність" означає, що два предмета ставляться один до одного як ліва і права руки і являють собою дзеркальні зображення, що не збігаються при спробі поєднати їх в просторі. 

Таким чином, бромфторхлорметан може існувати у вигляді двох просторово несумісних (хіральних) молекул. Будь-яка молекула Хіральна, якщо вона не схожа на своє дзеркальне відображення. Молекули, не схожі зі своїм дзеркальним відображенням, є ахіральнимі.

За наявністю або відсутністю хіральності стереоізомери підрозділяються на енантіомери і діастереомери.

• Енaнтіомeри – це стереоізомери, хіральні молекули яких відносяться між собою як предмет і несумісне з ним дзеркальне зображення. Вони являють собою два оптичних антипода і тому називаються також оптичними ізомерами.

• Стереоізомери, які не є енантіомерами, називаються діастереоізомери або, коротше, діастереомер.  Молекули діастереомерів можуть бути хіральними і ахіральнимі. Наприклад, діастереомери винної кислоти.

34. Кислоти і основи.

Кислотність і основність – поняття, що визначають багато фізико-хімічні властивості і реакційну здатність органічних сполук. Для оцінки кислотності і основності органічних сполук найбільше значення мають дві теорії – теорія Бренстеда і теорія Льюїса.

За теорією Бренстеда кислотність і основність сполук зв'язується з переносом протона Н ⁺. Кислоти – речовини, здатні віддавати протон (донори протонів). Основи –речовини, здатні приєднувати протон (акцептори протона).

Кислота і основа утворюють сполучену кислотно-основну пару. Кислотні властивості проявляються в присутності основи, основні – в присутності кислоти. Між кислотою і основою існує взаємозв'язок: чим сильніше кислота, тим слабкіше основа, і навпаки. Наприклад, оцтова кислота слабкіше, ніж соляна, і, відповідно, ацетат-аніон – більш сильний ніж, аніон хлору.

Кислоти Бренстеда. Сила кислот Бренстеда залежить від розчинника. Це пов'язано з тим, що молекули розчинника самі є кислотами або основами Бренстеда. Наприклад, при розчиненні кислоти Н-А у воді відбувається іонізація цих речовин: Н-А + Н₂О А^- + Н₃О⁺

Залежно від природи елемента, з яким пов'язаний відщеплюється протон, бренстедовскі кислоти діляться на ОН-кислоти (карбонові кислоти, спирти, феноли), SH-кислоти, NH-кислоти (аміак, аміни, аміди), СН-кислоти ( вуглеводні та їх похідні).

За зростанням кислотності кислоти Бренстеда розташовуються в ряд: СН-кислоти <NH-кислоти <ОН-кислоти <SH-кислоти.

Основи Бренстеда. Основи для утворення зв'язку з протоном повинні містити або неподільну пару електронів, або електрони p-зв'язку. Відповідно до цього підстави Бренстеда діляться на дві групи: n-основи (містять вільну електронну пару) і p-основи. До p-основ відносять алкени, алкадієни, арени, тобто сполуки, що містять p-зв'язок. p-основи за рахунок електронної пари p-зв'язку можуть приєднувати протон (s-орбіталь протона перекривається з p-орбіталю). Ця нестійка частка носить назву p-комплексу. Протон при цьому не приєднується до жодного з атомів. Надалі p-комплекс перетворюється в s-комплекс.n-основи зв'язок з протоном утворюють за рахунок вільної електронної пари атома азоту (в амінах, гетероциклічних сполуках), атома кисню (в спиртах, простих ефірах, карбонових кислотах, альдегідах, кетонах), атом сірки (в тіоспирти, тіоефіри).

Сила n-основ зменшується в ряду: R-NH2> R-OH> R-SH.

На силу кислот і основ впливають будова речовини і природа розчинника. Кислотність органічних сполук залежить:

· від електронегативності атомів, відповідальних за прояв кислотних властивостей,

· від поляризуємих зв'язків в кислотному центрі;

· від чинників, які визначають високу стабільність утворюються при дисоціації.

Згідно з теорією Льюїса, кислотами є часточки (атоми, молекули, іони), що приєднують до себе електронну пару, а основами – часточки, що відають електронну пару, акцептору (кислоті). Кислоти Льюїса – це акцептори електронної пари, а основи Льюїса – донори електронів. За хімічною будовою: кислотами Льюїса є хімічні часточки, що мають вакантну електрону пару АО або МО. Вони виступають електрофільними реагентами (катіони металів, протони, галогеніди деяких металів – AlCl₃, BF₃, SnCl₄, FeCl₃); основами Льюїса є хімічні частинки, що містять на зовнішній орбіталі пару валентних електронів, які вони можуть передавати акцептору з утворенням ковалетного зв’язку, вони є нуклеофільними реагентами (сполуки в яких є гетероатоми N, O, S; з парою не подільних електронів – аміни, спирти, прості ефіри).