1. Специфика органической химии

Органическая химиячасть общей химии, тесно связанная с неорганической, физической и биологической химией общими квантово-механическими представлениями о строении молекул, закономерностями протекания реакций и природой химических соединений.

База органической химии гибридные формы атома углерода, на основе которых построены многочисленные классы органических веществ.

Специфика углеводородов и их производных заключена в своеобразных свойствах атома углерода, в его элементарной структуре. Углерод расположен в 4 группе периодической системы, и в возбужденном состоянии вступает в химические взаимодействия, не имея ни свободных электронов, ни вакантных низкоэнергетических орбиталей, поэтому в соединениях углерода (4-х валентных) возникает стабильное электронное состояние, без свободного химического сродства, с высокой прочностью ковалентных связей. Эти особенности гибридизованного углерода отражают возможность образования длинных углерод-углеродных цепей, и заложены в явлении изомерии. Атом углерода в отличие от многих других атомов способен к образованию π-связей различного характера:

Углероды, соединенные кратными (двойными или тройными) связями обладают более высокой реакционной способностью, чем алканы или циклоалканы (насыщенные углеводороды).

Неразрывная связь органической химии с неорганической проявляется у функциональных производных углеводородов С_nH_mФ_p, где Ффункция: любой атом периодической системы(кроме С и Н) или любая группировка органической, неорганической природы –COOH,SO₂OH,Hal,Me, С=О и т.д.

2. Теория гибридизации

   1. Типы гибридных орбиталей

С +6 1s²2s²2p²

Исходя из электронной структуры возбужденного атома, можно предположить, что метан CH₄имеет три сигма-связи (σ-связи), образованныеp-орбиталями и одну, образованнуюs-орбиталью, следовательно, орбитали не должны быть равноценны по энергии.

На самом деле, как показали исследования, молекула CH₄имеет 4 равноценные σ-связи. Это можно объяснить выравниванием энергии всех орбиталей атома С, т.е. смешением и перераспределением их энергий в процессе образования связей. Таким образом, суть гибридизациив смешении орбиталей.

2. Первое валентное состояние атома углерода Гибридизация sp3

1s+P_X+P_Y+P_Z→ 4sp³

Молекула этана (C₂H₆)

3. Второе валентное состояние атома углерода Гибридидизация sp²

1s + P_X + P_Y + P_Z → 3sp² + P_Z

π-связь, боковое перекрывание

Молекула этилена (C₂H₄)

4. Третье валентное состояние атома углерода Гибридизация sp

1s + P_X + P_Y + P_Z → 2sp + P_Y + P_Z

Молекула ацетилена (Н–С≡С–Н)

Структурная формула (бутен-2-аль)

3. Типы связей в органической химии

Подавляющее большинство связей органических соединений построены ковалентно с обобществлением пары электронов.

p

s

s

1. Ковалентные связи

В солях органических кислот и спиртов связи О-металл имеют ионный характер:

В то же время ковалентная связь при углероде зачастую имеет полярный характер.

Например,

Смещение электронной плотности по ковалентным связям характеризуется двумя основными параметрами:

1. индукционный (индуктивный) эффект [±I];

2. мезомерный эффект (эффект сопряжения) [±M].

Все электронные эффекты рассматриваются относительно малополярной связи

1. Индукционный эффект (σ-эффект) [I]

Направлен к более электроотрицательному атому на σ-связи, например:

Все электронные эффекты рассматриваются,как правило, относительно атома углерода. Если атом или группа атомов подают электронную плотность, то эффект считается положительным или донорным [+I], если наоборот, то отрицательным или акцепторным [-I].

Формально полярность C–Hсвязи принимается за 0. Природа индукционного эффекта связей всех других атомов с углеродом рассматривается относительноC-Hсвязи. Полярность связи в органическом соединении определяет его строение и реакционную способность, соответственно увеличивая или уменьшая ее.

Чем более полярна связь, тем более она реакционоспособна(и тем более активна молекула в целом).

Так, алканы, имеющие малополярные и неполярные связи (H–Cи С–C), малоактивны или неактивны, и наоборот, галогенпроизводные в значительной степени реакционноспособнее многих классов соединений благодаря сильно полярной связи С–Hal[-I].