Валентные состояния атомов углерода.Образование связей.

Атом С им-т заряд +6.

1s22s22px12py12pz0

На последнем энергетическом уровне атома углерода содержится 4 электрона, два из которых занимают 2s- орбиталь, имеющую сферическую форму, а два электрона занимают 2р-орбитали, имеющие гантелеподобную форму. При возбуждении один электрон из 2s-орбитали может переходить на одну из вакантных 2р-орбиталей. Этот переход требует некоторых энергетических затрат (403 кДж/моль). В результате возбужденный атом углерода имеет 4 неспаренных электрона и его электронная конфигурация выражается формулой 2s¹2p³

Возбужденный углерод: 1s22s12px12py12pz1

Гибридизация – явление взаимод-я м\у собой молекулярных орбиталей, близких по энергии и имеющих общие элементы симметрии, с обр-ем гибридных орбиталей с более низкой энергией.

sp3-гибридизация(1 валентное состояние углерода): харак-на для гомологического ряда метана.

Угол 109,28.

Химические связи, возникающие в метане м\у атомами углерода и водорода отн-ся к типу δ-связей (sp³-s-связь). σ-связи м\у углеродом и водородом обр-ны sp3-гибридными облаками углерода и облаками водорода. Главное отличие σ-связей от др состоит в том,что перекрывание орбиталей осущ-ся вдоль линии,соединяющей ядра атомов.

sp2-гибридизация (2 валентное состояние атома углерода):обр-ся при взаимод-и двух р-орбиталей (рx и py) и s-орбитали, причем образовавшиеся sp2-орбитали лежат в одной плоскости и обр-т угол 120°. Харак-на для гомологического ряда этилена.

Двойная связь обр-на гибридизованными sp2-орбиталями, а п-связь обр-на негибридизованными р-орбиталями.

sp-гибридизация (3 валентное состояние атома углерода): обр-ся при взаимод-и s-орбитали с px-орбиталью.

Для sp-гибридизации хар-на линейная ориентация молекулярных орбиталей. Хар-на для гомолог-го ряда ацетилена. σ-связь обр-на гибридным sp-облаком углерода в одной плоскости, а 4 p-электронных облака обр-т две п-связи во взаимоперпендикулярных плоскостях.

Оценка распределения электронной плотности в молекулах орг в-в. Способы передачи электронного влдияния атомов.

Все составляющие молекулу атомы нах-ся во взаимосвязи и испытывают взаимное влияние. Это влияние передается, в основном, ч\з систему ковалентных связей, с пом\ю т.н. электронных эффектов.Электронными эффектами наз-т смещение электронной плотности в мол-ле под влиянием заместителей.

Атомы, связанные полярной связью, несут частичные заряды, обозначаемые греческой буквой "дельта" (δ). Смещение электронной плотности по цепи простых С-С связей наз-ся индуктивным эффектом и обозначается I.

Индуктивный эффект передается по цепи с затуханием. Направление смещения электронной плотности всех s -связей обозначается прямыми стрелками.

В завис-ти от того, удаляется ли электронная плотность от рассматриваемого атома углерода или приближается к нему, индуктивный эффект называют отрицательным (-I) или положительным (+I). Знак и величина индуктивного эффекта определя­ются различиями в электроотрицательности между рассматриваемым атомом углерода и группой, его вызывающей.

Атом, "оттягивающий" электронную плотность s-связи в свою сторону, приобретает отрицательный заряд δ-. При рассмотрении пары атомов, связанных ковалентной связью, более электроотрицательный атом, оттягивающий на себя атомы наз-ют акцептором, он обладает отрицательным индуктивным эффектом. Его партнер по s-связи соответственно будет иметь равный по величине дефицит электронной плотности, т.е. частичный положительный заряд δ+, будет наз-ся донором, обладает положительным индуктивным эффектом.

+I-эффект проявляют алифатические углеводородные радикалы, т.е. алкильные радикалы (метил, этил и т.д.). Большинство функциональных групп проявляют -I-эффект: галогены, аминогруппа, гидроксильная, карбонильная, карбоксильная группы.

Индуктивный эффект проявляется и в случае, когда связанные атомы углерода различны по состоянию гибридизации.

Влияние заместителя на распределение электронной плотности, передаваемое по p-связям, называют мезомерным эффек­том (М). Мезомерный эффект также может быть отрицательным и положительным. В структурных формулах его изображают изогнутой стрелкой, начинающейся у центра электронной плотности и завершающейся в том месте, куда смещается электронная плотность.

Сопряжение-явление обр-я з-электронного облака, общего для 3 или более С атомов.

Наличие электронных эффектов ведет к перераспределению электронной плотности в молекуле и появлению частичных заря­дов на отдельных атомах. Это определяет реакционную способность молекулы.