Строение молекул

Физические и химические свойства молекул определяются их строением. Поэтому многие свойства могут быть предсказаны на основании структурной формулы. К таким свойствам относятся размеры, форма, до некоторой степени конформация молекул (т.е. взаимное расположение отдельных атомов) при нахождении вещества в растворе и, наконец, реакционная способность. В этом разделе сведены параметры, на основании которых можно прогнозировать свойства соединений. Здесь также представлена пространственная структура одного из органических соединений - L-дигидроксифенилаланина [L-дофа (L-Dopa)], промежуточного продукта в биосинтезе катехоламинов.

44. Кратные связи

хим. связи двухцентрового типа, к-рые в отличие от простой связи образованы более чем одной паройэлектронов. По числу пар электронов, образующих К. с., различают двойные, тройные и четверные связи. Вприближении молекулярных орбиталей методов К. с. сопоставляются с мол. орбиталями, к-рые по св-вамсимметрии делят на s-, p- и d-орбитали. p-Орбитали антисимметричны относительно плоскости, проходящейчерез связь. В многоатомных молекулах эта плоскость является общей для всей молекулы или для мол.фрагмента, включающего эту связь. d-Орбитали антисимметричны относительно двух взаимноперпендикулярных плоскостей, проходящих через связь. При образовании К. с. возникает, как правило, одна(или более) s-орбиталь и обязательно хотя бы одна p- или d-орбиталь. По этой причине составляющие К. с.,определяемые p- или d-орбиталями, наз. соотв. p- или d-связями. Атомы непереходных элементов вмолекулах и ионах м. б. связаны простой, двойной и тройной связями. Образование простой d-связи СЧС вмолекуле этана соотносят с перекрыванием двух sp³ -гибридных орбиталей атомов углерода. В молекулеэтилена кроме s-связи СЧС присутствует одна, а в молекуле ацетилена с тройной связью - две p-связи: 

Четверная связь (и м. б. связи более высокой кратности) характерна только для переходных металлов. d-Перскрываниe ведет к образованию четверных связей в солях октагалогеиодиренат-аниона Re₂Hal₈^2-, карбоксилатах молибдена и вольфрама M(OOCR)₄, внутрикомплексных соед. хрома и ванадия М ₂ А ₂, где А - 2,6-диметоксифенил. Энергетич. вклады, приходящиеся на связи разл. типов, неравноценны. Обычно энергия p-связи составляет в среднем около 80% энергии s-связи, а вклад d-связи оценивается, напр., в солях октахлородирснат-аниона всего в 14% от полной энергии связи. Чем выше кратность связи, тем больше ее прочность (энергия диссоциации), короче межатомное расстояние и больше силовая постоянная связи (см. табл.). 

Сигма- и пи-связи

(σ- и π-связи)

        ковалентные химические связи, характеризующиеся определенней, но различной пространственнойсимметрией распределения электронной плотности. Как известно, ковалентная связь образуется в результатеобобществления электронов взаимодействующих атомов. Результирующее электронное облако σ-связисимметрично относительно линии связи, т. е. линии, соединяющей ядра взаимодействующих атомов. Простыесвязи в химических соединениях обычно являются (т-связями (см. Простая связь). Электронное облако π-связи симметрично относительно плоскости, проходящей через линию связи (рис. 1, б), причём в этойплоскости (называемой узловой) электронная плотность равна нулю. Употребление греческих букв σ и πсвязано с соответствием их латинским буквам s и р в обозначении электронов атома, при участии которыхвпервые появляется возможность для образования σ- и π-связей соответственно. Поскольку облака атомныхр-орбиталей (p_x, р_у, p_z) симметричны относительно соответствующих осей декартовых координат (х, у, z), то,если одна р-орбиталь, например p_z, принимает участие в образовании σ-связи (ось z — линия связи), двеоставшиеся р-орбитали (p_x, p_y) могут принять участие в образовании двух π-связей (их узловые плоскостибудут yz и xz соответственно; см. рис. 2). В образовании σ и π-связей могут принять участие также d- (см. рис.1) и f-электроны атома.

         Если между атомами в молекуле возникают одновременно как σ-, так и π-связи, то результирующаясвязь является кратной.