نظریه ساختار ترکیبات آلی: همسانی و ایزومریسم (ساختاری و فضایی). تأثیر متقابل اتم ها در مولکول ها

نظریه ساختار شیمیایی ترکیبات آلی توسط A. M. Butlerov

درست مثل نه شیمی ارگانیکاساس توسعه قانون تناوبی و جدول تناوبی عناصر شیمیایی توسط D.I. Mendeleev برای شیمی آلی است، نظریه ساختار ترکیبات آلی توسط A. M. Butlerov اساسی شد.

فرض اصلی نظریه باتلروف موضع در مورد ساختار شیمیایی یک ماده، که به ترتیب، توالی اتصال متقابل اتم ها به مولکول ها اشاره دارد، i.e. پیوند شیمیایی.

ساختار شیمیایی به ترتیب ترکیب اتم های عناصر شیمیایی در یک مولکول بر اساس ظرفیت آنها اطلاق می شود.

این ترتیب را می توان با استفاده از فرمول های ساختاری نشان داد که در آن ظرفیت اتم ها با خط تیره نشان داده می شود: یک خط تیره مربوط به واحد ظرفیت اتم است. عنصر شیمیایی. به عنوان مثال، برای ماده آلی متان که دارای فرمول مولکولی $CH_4$ است، فرمول ساختاری به این صورت است:

مفاد اصلی نظریه A. M. Butlerov

1. اتم ها در مولکول ها مواد آلیبا توجه به ظرفیت خود با یکدیگر مرتبط هستند. کربن در ترکیبات آلیهمیشه چهار ظرفیتی است و اتم های آن می توانند با یکدیگر ترکیب شوند و زنجیره های مختلفی را تشکیل دهند.
2. خواص مواد نه تنها با ترکیب کیفی و کمی آنها، بلکه با ترتیب اتصال اتم ها در مولکول، به عنوان مثال، ساختار شیمیایی ماده تعیین می شود.
3. خواص ترکیبات آلی نه تنها به ترکیب ماده و ترتیب اتصال اتم ها در مولکول آن بستگی دارد، بلکه به تأثیر متقابل اتم ها و گروه های اتم بر یکدیگر نیز بستگی دارد.

تئوری ساختار ترکیبات آلی یک دکترین پویا و در حال توسعه است. همانطور که دانش در مورد طبیعت توسعه می یابد پیوند شیمیایی، علاوه بر این، از تأثیر ساختار الکترونیکی مولکول های مواد آلی استفاده شد تجربیو ساختاری، الکترونیکیفرمول ها. چنین فرمول هایی نشان دهنده جهت جابجایی جفت الکترون در مولکول است.

شیمی کوانتومی و شیمی ساختار ترکیبات آلی دکترین جهت فضایی پیوندهای شیمیایی را تأیید کرده است. سیس-و ایزومریسم ترانس، ویژگی های انرژی انتقال متقابل در ایزومرها را مورد مطالعه قرار داد، امکان قضاوت در مورد تأثیر متقابل اتم ها در مولکول های مواد مختلف را فراهم کرد و پیش نیازهایی را برای پیش بینی انواع ایزومریسم و ​​جهت و مکانیسم واکنش های شیمیایی ایجاد کرد.

مواد آلی دارای تعدادی ویژگی هستند:

1. همه مواد آلی حاوی کربن و هیدروژن هستند، بنابراین هنگام سوختن دی اکسید کربن و آب تشکیل می دهند.
2. مواد آلی پیچیده هستند و می توانند وزن مولکولی زیادی داشته باشند (پروتئین ها، چربی ها، کربوهیدرات ها).
3. مواد آلی را می توان در ردیف هایی از همولوگ های مشابه در ترکیب، ساختار و خواص مرتب کرد.
4. برای مواد آلی مشخصه است ایزومریسم

ایزومریسم و ​​همسانی مواد آلی

خواص مواد آلی نه تنها به ترکیب آنها، بلکه به ترتیب اتصال اتم ها در مولکول نیز بستگی دارد.

ایزومریسم- این پدیده وجود مواد مختلف است - ایزومرهایی با ترکیب کیفی و کمی یکسان، یعنی. با همان فرمول مولکولی

دو نوع ایزومر وجود دارد: ساختاریو فضایی (استریوایزومریسم).ایزومرهای ساختاری در ترتیب پیوند اتم‌های موجود در مولکول با یکدیگر متفاوت هستند. استریو ایزومرها - آرایش اتم ها در فضا با همان ترتیب پیوندهای بین آنها.

انواع زیر از ایزومریسم ساختاری متمایز می شود: ایزومر اسکلت کربن، ایزومری موقعیتی، ایزومریسم کلاس های مختلف ترکیبات آلی (ایزومر بین طبقاتی).

ایزومریسم ساختاری

ایزومریسم اسکلت کربنبه دلیل ترتیب متفاوت پیوندهای بین اتم های کربن تشکیل دهنده اسکلت مولکول است. همانطور که قبلاً نشان داده شد، فرمول مولکولی $C_4H_(10)$ مربوط به دو هیدروکربن است: n-بوتان و ایزوبوتان. برای هیدروکربن $С_5Н_(12)$ سه ایزومر ممکن است: پنتان، ایزوپنتان و نئوپنتان:

$CH_3-CH_2-(CH_2)↙(پنتان)-CH_2-CH_3$

با افزایش تعداد اتم های کربن در یک مولکول، تعداد ایزومرها به سرعت افزایش می یابد. برای هیدروکربن $С_(10)Н_(22)$ از قبل 75$ و برای هیدروکربن $С_(20)Н_(44)$ - 366,319$ وجود دارد.

ایزومری موقعیتبه دلیل موقعیت متفاوت پیوند چندگانه، جانشین، گروه عاملی با اسکلت کربنی یکسان مولکول:

$CH_2=(CH-CH_2)↙(butene-1)-CH_3$$CH_3-(CH=CH)↙(butene-2)-CH_3$

$(CH_3-CH_2-CH_2-OH)↙(n-پروپیل الکل(پروپانول-1))$

ایزومری کلاس های مختلف ترکیبات آلی (ایزومر بین طبقاتی)ناشی از موقعیت‌ها و ترکیب‌های مختلف اتم‌ها در مولکول‌های موادی است که فرمول مولکولی یکسانی دارند، اما به کلاس‌های متفاوتی تعلق دارند. بنابراین، فرمول مولکولی $C_6H_(12)$ مربوط به هیدروکربن غیراشباع هگزن-1 و هیدروکربن حلقوی سیکلوهگزان است:

ایزومرها یک هیدروکربن مربوط به آلکین ها - بوتین-1 و یک هیدروکربن با دو پیوند دوگانه در زنجیره بوتادین-1،3 هستند:

$CH≡C-(CH_2)↙(butyne-1)-CH_2$ $CH_2=(CH-CH)↙(butadiene-1,3)=CH_2$

دی اتیل اتر و بوتیل الکل فرمول مولکولی یکسانی دارند $C_4H_(10)O$:

$(CH_3CH_2OCH_2CH_3)↙(\text"دی اتیل اتر")$ $(CH_3CH_2CH_2CH_2OH)↙(\text"n-بوتیل الکل (1-بوتانول)")$

ایزومرهای ساختاری اسید آمینه استیک و نیترواتان هستند که مطابق با فرمول مولکولی $C_2H_5NO_2$ هستند:

ایزومرهای این نوع شامل انواع مختلفی هستند گروه های عاملیو به کلاس های مختلف مواد تعلق دارند. بنابراین، آنها از نظر خواص فیزیکی و شیمیایی بسیار بیشتر از ایزومرهای اسکلت کربن یا ایزومرهای موقعیتی متفاوت هستند.

ایزومریسم فضایی

ایزومریسم فضاییبه دو نوع هندسی و نوری تقسیم می شود. ایزومر هندسی مشخصه ترکیبات حاوی پیوندهای دوگانه و ترکیبات حلقوی است. از آنجایی که چرخش آزاد اتم ها به دور یک پیوند دوگانه یا در یک حلقه غیرممکن است، جانشین ها می توانند در یک طرف صفحه پیوند دوگانه یا حلقه قرار گیرند. سیسموقعیت)، یا در طرف مقابل ( ترنس-موقعیت). تعیین ها سیس-و خلسه-معمولاً به عنوان یک جفت جانشین یکسان شناخته می شود:

ایزومرهای هندسی از نظر خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوت هستند.

ایزومریسم نوریزمانی اتفاق می افتد که مولکول با تصویر خود در آینه ناسازگار باشد. این زمانی ممکن است که اتم کربن موجود در مولکول دارای چهار باشد جایگزین های مختلف. این اتم نامیده می شود نامتقارننمونه ای از چنین مولکولی، مولکول $α$-aminopropionic acid ($α$-alanine) $CH_3CH(NH_2)COOH$ است.

مولکول $α$-آلانین بدون توجه به اینکه چگونه حرکت می کند نمی تواند با تصویر آینه ای خود منطبق شود. چنین ایزومرهای فضایی نامیده می شوند آینه، آنتی پادهای نوری، یا انانتیومرهاهمه فیزیکی و تقریباً همه خواص شیمیاییاین ایزومرها یکسان هستند.

مطالعه ایزومریسم نوری با در نظر گرفتن بسیاری از واکنش های رخ داده در بدن ضروری است. بیشتر این واکنش ها تحت تأثیر آنزیم ها - کاتالیزورهای بیولوژیکی رخ می دهد. مولکول های این مواد باید با مولکول های ترکیباتی که روی آن ها عمل می کنند، مانند کلید یک قفل تناسب داشته باشند، بنابراین، ساختار فضایی، آرایش نسبی بخش های مولکول ها و سایر عوامل فضایی در این جریان نقش دارند. واکنش ها پراهمیت. چنین واکنش هایی نامیده می شود استریو انتخابی

بیشتر ترکیبات طبیعی انانتیومرهای منفرد هستند و عملکرد بیولوژیکی آنها به شدت با خواص آنتی پادهای نوری آنها که در آزمایشگاه به دست می آید متفاوت است. چنین تفاوتی در فعالیت بیولوژیکی از اهمیت زیادی برخوردار است ، زیرا زیربنای مهمترین ویژگی همه موجودات زنده - متابولیسم است.

سریال همولوگمجموعه ای از مواد است که به ترتیب افزایش جرم مولکولی نسبی خود، از نظر ساختار و خواص شیمیایی مشابه قرار گرفته اند، که در آن هر عضو با تفاوت همولوژیکی $CH_2$ با عضو قبلی متفاوت است. به عنوان مثال: $CH_4$ - متان، $C_2H_6$ - اتان، $C_3H_8$ - پروپان، $C_4H_(10)$ - بوتان، و غیره.

انواع پیوندها در مولکولهای مواد آلی. هیبریداسیون اوربیتال های اتمی کربن افراطی. گروه عملکردی

انواع پیوندها در مولکولهای مواد آلی.

در ترکیبات آلی، کربن همیشه چهار ظرفیتی است. در حالت برانگیخته، یک جفت الکترون $2s^3$ در اتم خود شکسته می شود و یکی از آنها به سمت اوربیتال p حرکت می کند:

چنین اتمی دارای چهار الکترون جفت نشده است و می تواند در تشکیل چهار پیوند کووالانسی شرکت کند.

بر اساس فرمول الکترونیکی داده شده برای سطح ظرفیت یک اتم کربن، می توان انتظار داشت که حاوی یک $s$-الکترون (اوربیتال متقارن کروی) و سه $p$-الکترون با اوربیتال های متقابل عمود بر هم باشد ($2р_х, 2р_у, 2p_z). $- مداری). در واقع، هر چهار الکترون ظرفیت اتم کربن کاملا معادلو زوایای بین مدارهای آنها برابر با 109 درجه 28 اینچ است. علاوه بر این، محاسبات نشان می دهد که هر یک از چهار پیوند شیمیایی کربن در یک مولکول متان (CH_4$) 25%$$s-$ و 75%$ است. $p $-connection، یعنی. مخلوط کردن$s-$ و $p-$ حالات الکترون هااین پدیده نامیده می شود هیبریداسیون،و اوربیتال های مختلط - ترکیبی.

یک اتم کربن در حالت ظرفیت $sp^3$ دارای چهار اوربیتال است که هر یک شامل یک الکترون است. مطابق با تئوری پیوندهای کووالانسی، توانایی ایجاد چهار پیوند کووالانسی با اتم های هر عنصر تک ظرفیتی ($CH_4، CHCl_3، CCl_4$) یا با سایر اتم های کربن را دارد. به چنین اتصالاتی $σ$-connections می گویند. اگر یک اتم کربن دارای یک پیوند $C-C$ باشد، نامیده می شود اولیه($Н_3С-СН_3$)، اگر دو - ثانوی($Н_3С-СН_2-СН_3$)، اگر سه - درجه سوم () و اگر چهار - چهارتایی ().

یکی از ویژگی های مشخصهاتم های کربن توانایی آنها برای تشکیل پیوندهای شیمیایی با به اشتراک گذاشتن الکترون های $p$ است. به چنین اتصالاتی $π$-connections می گویند. پیوندهای $π$ در مولکول‌های ترکیبات آلی فقط در حضور پیوند $σ$ بین اتم‌ها تشکیل می‌شوند. بنابراین، در مولکول اتیلن $H_2C=CH_2$ اتم های کربن توسط $σ-$ و یک $π$ پیوند، در مولکول استیلن $HC=CH$ - توسط یک $σ-$ و دو $π$ پیوند متصل می شوند. . به پیوندهای شیمیایی که با مشارکت $π$ تشکیل می شوند، گفته می شود مضرب(در یک مولکول اتیلن - دو برابر، در یک مولکول استیلن - سه گانهو ترکیبات با پیوندهای متعدد - غیر اشباع

پدیده$sp^3$-، $sp^2$- و$sp$ - هیبریداسیون اتم کربن.

وقتی پیوندهای $π$ تشکیل می‌شوند، حالت ترکیبی اوربیتال‌های اتمی اتم کربن تغییر می‌کند. از آنجایی که تشکیل پیوندهای $π$- به دلیل الکترون‌های p اتفاق می‌افتد، پس در مولکول‌های دارای پیوند دوگانه، الکترون‌ها هیبریداسیون $sp^2$ خواهند داشت ($sp^3$ وجود داشت، اما یک الکترون p به $π$- اوربیتال)، و با یک سه گانه - $sp$-hybridization (دو الکترون p به اوربیتال $π$ رفتند). ماهیت هیبریداسیون جهت $σ$-باندها را تغییر می دهد. اگر در طول هیبریداسیون $sp^3$ آنها ساختارهای منشعب فضایی را تشکیل دهند ($a$)، پس در طول هیبریداسیون $sp^2$ همه اتم ها در یک صفحه قرار می گیرند و زوایای بین $σ$-باند برابر با $120 درجه است. $(b) ، و با $sp$-hybridization مولکول خطی است (c):

در این حالت، محورهای $π$-اوربیتال ها عمود بر محور $σ$-bond هستند.

هر دو پیوند $σ$- و $π$- کووالانسی هستند، به این معنی که آنها باید با طول، انرژی، جهت فضایی و قطبیت مشخص شوند.

ویژگی های پیوندهای منفرد و چندگانه بین اتم های C.

افراطی. گروه عملکردی

یکی از ویژگی های ترکیبات آلی این است که در واکنش های شیمیاییمولکول های آنها نه اتم های منفرد، بلکه گروه هایی از اتم ها را مبادله می کنند. اگر این گروه از اتم ها فقط از اتم های کربن و هیدروژن تشکیل شده باشد، نامیده می شود رادیکال هیدروکربنی، اگر دارای اتم های عناصر دیگر باشد، نامیده می شود گروه عملکردی. بنابراین، برای مثال، متیل ($СН_3$-) و اتیل ($С_2Н_5$-) رادیکال های هیدروکربنی هستند و گروه هیدروکسی (-$ОН$)، گروه آلدئیدی ( گروه نیترو (-$NO_2$) و غیره گروه های عاملی الکل ها، آلدئیدها و ترکیبات حاوی نیتروژنبه ترتیب.

به طور معمول، گروه عاملی خواص شیمیایی یک ترکیب آلی را تعیین می کند و بنابراین مبنای طبقه بندی آنها است.

دانشگاه نوآورانه حقوق بشردوستانه قزاقستان

بخش: فناوری اطلاعاتو اقتصاد

با موضوع: «طبقه بندی ترکیبات آلی. انواع ارتباط. خواص ویژه ترکیبات آلی فرمول های ساختاری ایزومریسم."

تکمیل شده توسط: دانش آموز سال اول، گروه E-124

یواشوف عظمت

بررسی شد: ابیلکاسیموا بی.بی

سمی 2010

1. معرفی

2. طبقه بندی ترکیبات آلی

3. انواع ارتباطات

4. فرمول های ساختاری

5. خواص خاص ترکیبات آلی

6. ایزومریسم

معرفی

تصور پیشرفت در هر زمینه ای از اقتصاد بدون شیمی - به ویژه، بدون شیمی آلی دشوار است. همه زمینه های اقتصاد با علم و فناوری مدرن شیمی مرتبط است.

شیمی آلی مواد حاوی کربن را مطالعه می کند، به استثنای مونوکسید کربن، دی اکسید کربنو نمکهای اسید کربنیک (این ترکیبات از نظر خواص به ترکیبات معدنی نزدیکتر هستند).

به عنوان یک علم، شیمی آلی تا اواسط قرن 18 وجود نداشت. در آن زمان، سه نوع شیمی متمایز شد: شیمی حیوانی، گیاهی و معدنی. شیمی حیوانیمواد تشکیل دهنده موجودات جانوری را مطالعه کرد. سبزی- مواد تشکیل دهنده گیاهان؛ معدنی- مواد موجود در ترکیب طبیعت بی جان. اما این اصل اجازه جداسازی مواد آلی از غیر آلی را نمی داد. به عنوان مثال، اسید سوکسینیک به گروه مواد معدنی تعلق داشت، زیرا از تقطیر عنبر فسیلی، پتاس در گروه مواد گیاهی و فسفات کلسیم در گروه مواد حیوانی قرار گرفتند، زیرا از طریق تقطیر به دست آمد. کلسینه کردن به ترتیب مواد گیاهی (چوب) و حیوانی (استخوان).

در نیمه اول قرن نوزدهم، پیشنهاد شد که ترکیبات کربن را به یک رشته شیمیایی مستقل - شیمی آلی جدا کنیم.

در بین دانشمندان آن زمان غالب بود حیاتیجهان بینی که بر اساس آن ترکیبات آلی تنها در یک موجود زنده تحت تأثیر یک «نیروی حیاتی» خاص و فوق طبیعی تشکیل می شوند. این بدان معناست که به دست آوردن مواد آلی از طریق سنتز از مواد معدنی غیرممکن است و شکاف غیرقابل حلی بین ترکیبات آلی و معدنی وجود دارد. ویتالیسم چنان در ذهن دانشمندان جا افتاد که برای مدت طولانی هیچ تلاشی برای سنتز مواد آلی صورت نگرفت. با این حال، حیات گرایی با تمرین، با آزمایش شیمیایی رد شد.

توسعه شیمی آلی اکنون به سطحی رسیده است که به ما اجازه می دهد تا حل چنین مشکل اساسی شیمی آلی مانند مشکل رابطه کمی بین ساختار یک ماده و خواص آن را آغاز کنیم، که می تواند هر خاصیت فیزیکی، فعالیت بیولوژیکی باشد. از هر نوع مشخص شده ای، مسائل از این نوع با استفاده از روش های ریاضی حل می شوند.

طبقه بندی ترکیبات آلی

تعداد زیادی از ترکیبات آلی با در نظر گرفتن ساختار زنجیره کربن (اسکلت کربن) و حضور گروه های عاملی در مولکول طبقه بندی می شوند.

نمودار طبقه بندی ترکیبات آلی را بسته به ساختار زنجیره کربن نشان می دهد.

هیدروکربن ها به عنوان پایه ای برای طبقه بندی در نظر گرفته می شوند. تمام ترکیبات آلی دیگر به عنوان مشتقات آنها در نظر گرفته می شود.

هنگام طبقه بندی هیدروکربن ها، ساختار اسکلت کربن و نوع پیوندهای متصل کننده اتم های کربن در نظر گرفته می شود.

I. ALIPHATIC (aleiphatos. یونانینفت) هیدروکربن ها زنجیره های خطی یا منشعب هستند و حاوی قطعات حلقوی نیستند.

1. هیدروکربن‌های اشباع یا اشباع (به این دلیل نامگذاری شده‌اند که قادر به اتصال چیزی نیستند) زنجیره‌ای از اتم‌های کربن هستند که با پیوندهای ساده به هم متصل شده‌اند و توسط اتم‌های هیدروژن احاطه شده‌اند. در موردی که زنجیره دارای شاخه است، پیشوند به نام اضافه می شود iso. ساده ترین هیدروکربن اشباع متان است و از اینجاست که تعدادی از این ترکیبات شروع می شود.

هیدروکربن های اشباع

مدل های حجمی هیدروکربن های اشباع. ظرفیت های کربن به سمت رئوس چهار وجهی ذهنی هدایت می شوند، در نتیجه زنجیره های هیدروکربن های اشباع مستقیم نیستند، بلکه خطوط شکسته هستند.

منابع اصلی هیدروکربن های اشباع نفت و گاز طبیعی هستند. واکنش پذیری هیدروکربن های اشباع شده بسیار کم است. هنگامی که هیدروکربن های اشباع شده در دمای بالای 450 درجه سانتیگراد بدون دسترسی هوا گرم می شوند، پیوندهای C-C شکسته می شوند و ترکیباتی با زنجیره کربن کوتاه شده تشکیل می شوند. قرار گرفتن در معرض دمای بالا در حضور اکسیژن منجر به احتراق کامل آنها به CO 2 و آب می شود که به آنها اجازه می دهد به طور موثر به عنوان سوخت گازی (متان - پروپان) یا سوخت موتور مایع (اکتان) استفاده شوند.

هنگامی که یک یا چند اتم هیدروژن با هر گروه عملکردی (یعنی قادر به تبدیل‌های بعدی) جایگزین شود، مشتقات هیدروکربنی مربوطه تشکیل می‌شوند. ترکیبات حاوی گروه C-OH الکل ها، HC=O - آلدئیدها، COOH - اسیدهای کربوکسیلیک نامیده می شوند (کلمه "کربوکسیلیک" اضافه می شود تا آنها را از اسیدهای معدنی معمولی متمایز کند، به عنوان مثال، کلریدریک یا سولفوریک). یک ترکیب ممکن است به طور همزمان حاوی گروه های عملکردی مختلفی باشد، به عنوان مثال، COOH و NH 2 چنین ترکیباتی را اسیدهای آمینه می نامند. معرفی هالوژن ها یا گروه های نیترو به ترکیب هیدروکربنی به ترتیب منجر به مشتقات هالوژن یا نیترو می شود.

هیدروکربن های غیراشباعدر قالب مدل های حجمی ظرفیت های دو اتم کربن که با یک پیوند دوگانه به هم متصل شده اند در یک صفحه قرار دارند که می توان آن را در زوایای چرخش خاصی مشاهده کرد و در این نقطه چرخش مولکول ها متوقف می شود.

معمول ترین چیز برای هیدروکربن های غیر اشباع، افزودن یک پیوند چندگانه است که سنتز انواع ترکیبات آلی را بر اساس آنها ممکن می سازد.

هیدروکربن های آلی سیکلیک. به دلیل جهت گیری خاص پیوندها در اتم کربن، مولکول سیکلوهگزان یک چرخه مسطح نیست، بلکه یک چرخه منحنی است - به شکل یک صندلی (/ - /)، که به وضوح در زوایای چرخش خاصی قابل مشاهده است (در این حالت لحظه ای که چرخش مولکول ها متوقف می شود)

علاوه بر مواردی که در بالا نشان داده شده است، گزینه های دیگری برای اتصال قطعات حلقوی وجود دارد، به عنوان مثال، آنها می توانند یک اتم مشترک داشته باشند (به اصطلاح ترکیبات اسپیروسیکلیک)، یا به گونه ای متصل شوند که دو یا چند اتم در هر دو چرخه مشترک باشند. ترکیبات دو حلقه ای)، هنگام ترکیب سه چرخه یا بیشتر، تشکیل چارچوب های هیدروکربنی نیز امکان پذیر است.

ترکیبات هتروسیکلیک. نام آنها از لحاظ تاریخی شکل گرفته است، به عنوان مثال، فوران نام خود را از فوران آلدئید - فورفورال، به دست آمده از سبوس ( لاتفورفور - سبوس). برای تمام ترکیبات نشان داده شده، واکنش های افزودن دشوار است، اما واکنش های جایگزینی بسیار آسان است. بنابراین، اینها ترکیبات معطر از نوع غیر بنزن هستند.

ماهیت معطر این ترکیبات توسط ساختار مسطح چرخه ها تأیید می شود که در لحظه ای که چرخش آنها به حالت تعلیق می رود به وضوح قابل توجه است.

تنوع ترکیبات این کلاس به دلیل این واقعیت که هتروسیکل ممکن است حاوی دو یا چند هترواتم در حلقه باشد بیشتر افزایش می یابد.

انواع ارتباطات

پیوند شیمیایی- این برهمکنش ذرات (اتم ها، یون ها) است که با تبادل الکترون انجام می شود. چندین نوع ارتباط وجود دارد.
هنگام پاسخ به این سوال، باید به طور مفصل در مورد ویژگی های پیوندهای کووالانسی و یونی صحبت کنیم.
پیوند کووالانسیدر نتیجه اجتماعی شدن الکترون ها (با تشکیل جفت های الکترونی مشترک) شکل می گیرد که در هنگام همپوشانی ابرهای الکترونی رخ می دهد. تشکیل یک پیوند کووالانسی شامل ابرهای الکترونی دو اتم است.
دو نوع اصلی پیوند کووالانسی وجود دارد:

الف) غیر قطبی و ب) قطبی.

الف) یک پیوند غیرقطبی کووالانسی بین اتم های غیرفلز یک عنصر شیمیایی تشکیل می شود. آنها چنین ارتباطی دارند مواد سادهبرای مثال O 2; N 2; ج 12. نموداری از تشکیل یک مولکول هیدروژن را می توان ارائه داد:

(الکترون ها با نقطه در نمودار نشان داده شده اند).
ب) یک پیوند کووالانسی قطبی بین اتم های نافلزات مختلف تشکیل می شود.

7. مکانیسم های واکنش. شکست پیوند همو و هترولیتیک. مکانیسم افزودن الکتروفیلیک الحاق رادیکال

مکانیسم های واکنش اولیه

ما سه نوع اصلی ذرات واکنش دهنده را شناسایی کرده ایم - رادیکال های آزاد، الکتروفیل ها، هسته دوست ها و سه نوع مکانیسم واکنش مربوطه:

رادیکال های آزاد؛
الکتروفیل؛
هسته دوست

علاوه بر طبقه‌بندی واکنش‌ها بر اساس نوع ذرات واکنش‌دهنده، در شیمی آلی چهار نوع واکنش بر اساس اصل تغییر ترکیب مولکول‌ها وجود دارد: افزودن، جایگزینی، حذف یا حذف (از انگلیسی به حذف - حذف، تقسیم خاموش)، و بازآرایی. از آنجایی که افزودن و جایگزینی می تواند تحت تأثیر هر سه نوع ذرات واکنشی رخ دهد، چندین مکانیسم واکنش اصلی را می توان متمایز کرد.

علاوه بر این، ما واکنش های حذف را که تحت تأثیر ذرات هسته دوست - بازها رخ می دهد، در نظر خواهیم گرفت.

7. حذف

شکاف پیوند همولیتیک شکافی است که در آن هر اتم یک الکترون از دست می دهد. ویژگی مکانیسم تبادل تشکیل پیوند کووالانسی.

شکست پیوند هترولیتیک زمانی که ذرات باردار مثبت و منفی در نتیجه تشکیل می شوند، گسیختگی است، زیرا هر دو الکترون از یک جفت الکترون مشترک با یکی از اتم ها باقی می مانند. ویژگی مکانیسم دهنده-پذیرنده تشکیل پیوند کووالانسی.

واکنش های افزودن الکتروفیلیک واکنش الکتروفیل اضافه) - واکنش های اضافه که در آن حمله به مرحله اولیهانجام می دهد الکتروفیل- ذره ای که دارای بار مثبت یا کمبود الکترون است. در مرحله نهایی، کربوکاتیون به دست آمده در معرض حمله هسته دوست قرار می گیرد.

در شیمی آلی، اغلب ذره الکتروفیل مهاجم، پروتون است. H+.

علیرغم اشتراک مکانیسم، واکنش های افزودن با پیوند متمایز می شوند کربن-کربنو هترواتم کربن.

نمای کلی از واکنش های افزودن در یک پیوند دوگانه کربن-کربن:

واکنش های افزودن الکتروفیل در بین آلکن ها و آلکین ها رایج است و به طور گسترده در تولید مواد شیمیایی صنعتی و سنتزهای آزمایشگاهی استفاده می شود.

واکنش‌های رادیکال افزودن، واکنش‌هایی هستند که در آن حمله انجام می‌شود رادیکال های آزاد- ذرات حاوی یک یا چند الکترون جفت نشده. در این حالت، رادیکال ها می توانند هم به دیگر رادیکال ها و هم به ذرات خنثی حمله کنند.

واکنش های افزودن رادیکال را AdR نشان می دهند.

واکنش های افزودن رادیکال های آزاد مشخصه آلکن ها هستند که اغلب به جای واکنش های افزودن الکتروفیلیک در حضور منبع رادیکال های آزاد، تحت آنها قرار می گیرند.

مکانیسم واکنش افزودن رادیکال شامل مراحل زیر است:

مرحله اول - راه اندازی مدار. ممکن است به طور خود به خود، فتوشیمیایی، الکتروشیمیایی، با حرارت دادن یا با شروع شیمیایی شروع شود.

مرحله دوم - توسعه زنجیره ای. در این مرحله رادیکال ها با مولکول ها واکنش می دهند و محصولات واکنش و رادیکال های جدید را تشکیل می دهند.

مرحله سوم - مدار بازیا ترکیب مجدد رادیکال های آزاد

واکنش‌های جایگزینی رادیکال در شرایطی که رادیکال‌های آزاد تولید شده و در حضور جاذب‌کننده‌های رادیکال آزاد کند می‌شوند، تسریع می‌شوند.

الحاق رادیکال بر خلاف قانون مارکونیکف است (اثر خاراش). این امر به دلیل افزایش پایداری رادیکال های سوم، آلییک و برخی دیگر از رادیکال های تشکیل شده در هنگام اتصال یک رادیکال مهاجم به یک موقعیت خاص در مولکول ایجاد می شود.

8. انواع هیبریداسیون در ترکیبات آلی: آلکان ها، آلکین ها، آلکن ها. SP-,SP 2,-SP 3 – اوربیتال های هیبریدی

sp 3 - هیبریداسیون

هر چهار اوربیتال ظرفیتی در هیبریداسیون نقش دارند. زاویه پیوند 109 o 28' (چهار ضلعی). اتم های کربن فقط پیوندهای ساده (σ) را تشکیل می دهند - ترکیب اشباع شده است.

sp 2 - هیبریداسیون

سه اوربیتال هیبریدی و یک اوربیتال غیر هیبریدی تشکیل می شود. زاویه پیوند 120 درجه (ساختارهای مسطح، مثلث منظم). اوربیتال های ترکیبی پیوند σ را تشکیل می دهند. اوربیتال های غیر هیبریدی پیوند p را تشکیل می دهند. sp 2هیبریداسیون برای ترکیبات غیراشباع با یک پیوند p معمولی است.

sp - هیبریداسیون

دو اوربیتال هیبریدی و دو اوربیتال غیر هیبریدی تشکیل می شود. زاویه پیوند 180 درجه (ساختارهای خطی). اتم کربن در حالت است spهیبریداسیون در تشکیل دو پیوند دوگانه یا یک پیوند سه گانه شرکت می کند.

هر اتم کربن در مولکول های آلکان در حالت هیبریداسیون sp 3 است - هر 4 اوربیتال هیبریدی اتم C از نظر شکل و انرژی یکسان هستند، 4 پیوند به رئوس چهار وجهی در زوایای 109 درجه و 28 اینچ هدایت می شوند.

آلکین ها (معروف به هیدروکربن های استیلن) - هیدروکربن های حاوی پیوند سه گانه بین اتم های کربن، تشکیل یک سری همولوگ با فرمول کلی C n H 2n-2. اتم های کربن در پیوند سه گانه در حالت هیبریداسیون sp قرار دارند.

آلکن ها ( الفین ها, هیدروکربن های اتیلن) - هیدروکربن های غیر اشباع غیر حلقوی حاوی یک پیوند دوگانه بین اتم های کربن، تشکیل یک سری همولوگ با فرمول کلی C n H 2n. اتم های کربن در پیوند دوگانه در حالت هیبریداسیون sp2 هستند و زاویه پیوند 120 درجه دارند.

ارسال کار خوب خود در پایگاه دانش ساده است. از فرم زیر استفاده کنید

دانشجویان، دانشجویان تحصیلات تکمیلی، دانشمندان جوانی که از دانش پایه در تحصیل و کار خود استفاده می کنند از شما بسیار سپاسگزار خواهند بود.

نوشته شده در http://www.allbest.ru/

ماهیت پیوندهای شیمیایی در ترکیبات آلی

واکنش پذیری ترکیبات آلی با نوع پیوندهای شیمیایی و تأثیر متقابل اتم ها در مولکول تعیین می شود. این عوامل به نوبه خود توسط برهمکنش اوربیتال های اتمی (AO) تعیین می شوند.

بخشی از فضا که احتمال یافتن الکترون در آن حداکثر است، اوربیتال اتمی نامیده می شود.

در شیمی آلی، مفهوم اوربیتال های ترکیبی اتم کربن و سایر عناصر به طور گسترده ای استفاده می شود. مفهوم هیبریداسیون مداری در مواردی ضروری است که تعداد الکترون های جفت نشده در حالت پایه اتم وجود داشته باشد. تعداد کمترارتباطاتی که تشکیل می دهد فرض بر این است که اوربیتال‌های اتمی مختلف با انرژی مشابه با یکدیگر برهمکنش می‌کنند تا اوربیتال‌های ترکیبی با همان انرژی را تشکیل دهند. اوربیتال های هیبریدی به دلیل همپوشانی زیاد، پیوند قوی تری نسبت به اوربیتال های غیر هیبرید ایجاد می کنند. بسته به تعداد اوربیتال هایی که وارد هیبریداسیون شده اند، یک اتم کربن می تواند در سه نوع هیبریداسیون باشد:

1. حالت ظرفیت اول، هیبریداسیون sp 3 (چهار وجهی)

در نتیجه ترکیب خطی (اختلاط) چهار AO از یک اتم کربن برانگیخته (یک 2s و سه 2p)، چهار اوربیتال هیبریدی معادل sp 3 بوجود می‌آیند که در فضا به سمت رئوس چهار وجهی در زوایای 109.5? هدایت می‌شوند. شکل اوربیتال هیبریدی یک شکل سه بعدی هشت است که یکی از پره های آن بسیار بزرگتر از دیگری است.

2. حالت ظرفیت دوم، sp 2 - هیبریداسیون (مثلثی)

در نتیجه جابجایی یک اوربیتال اتمی 2s و دو 2p بوجود می آید. سه اوربیتال هیبریدی sp 2 حاصل در یک صفحه با زاویه 120 قرار دارند؟ به یکدیگر، و p غیر هیبرید - AO - در یک صفحه عمود بر آن. در حالت هیبریداسیون sp 2، اتم کربن در مولکول های آلکن، گروه های کربونیل و کربوکسیل قرار دارد.

3. حالت ظرفیت سوم، sp - هیبریداسیون

در نتیجه اختلاط یک 2s و یک 2p AO بوجود می آید. دو اوربیتال ترکیبی sp به صورت خطی و دو اوربیتال p در دو صفحه عمود بر هم قرار دارند. اتم کربن در حالت هیبرید sp در مولکول های آلکین ها و نیتریل ها یافت می شود

سه نوع پیوند ممکن است که اتم های منفرد عناصر را در یک ترکیب به هم متصل می کند - الکترواستاتیک، کووالانسی و فلزی.

پیوندهای الکترواستاتیک عمدتاً شامل پیوندهای یونی است که زمانی اتفاق می افتد که یک اتم یک الکترون یا الکترون را به دیگری منتقل می کند و یون های حاصل به یکدیگر جذب می شوند.

ترکیبات آلی عمدتاً با پیوندهای کووالانسی مشخص می شوند. پیوند کووالانسی یک پیوند شیمیایی است که از اشتراک الکترون‌های اتم‌های پیوندی ایجاد می‌شود.

برای توصیف مکانیکی کوانتومی پیوندهای کووالانسی، از دو رویکرد اصلی استفاده می‌شود: روش پیوند ظرفیتی (VB) و روش اوربیتال مولکولی (MO). مولکول کووالانسی شیمیایی

روش BC بر اساس ایده جفت شدن الکترون است که هنگام همپوشانی اوربیتال های اتمی اتفاق می افتد. یک جفت الکترون تعمیم یافته با اسپین های مخالف، ناحیه ای با چگالی الکترونی افزایش یافته بین هسته های دو اتم تشکیل می دهد و هر دو هسته را جذب می کند. پیوند کووالانسی دو الکترونی رخ می دهد. طبق روش BC، اوربیتال های اتمی فردیت خود را حفظ می کنند. بنابراین، هر دو الکترون جفت شده در اوربیتال های اتمی اتم های پیوندی باقی می مانند، یعنی بین هسته ها قرار می گیرند.

در مرحله اولیه توسعه نظریه الکترونیکی (لوئیس)، ایده پیوند کووالانسی به عنوان یک جفت الکترون اجتماعی مطرح شد. برای توضیح خواص اتم های مختلفقانون اکتت برای تشکیل تعداد معینی پیوند کووالانسی فرموله شد. به گفته وی، در طول تشکیل مولکول ها از اتم های دوره 2 جدول تناوبی DI. مندلیف، پوسته بیرونی با تشکیل یک 8 مایلی پایدار پر شده است سیستم الکترونیکی(پوسته های گاز بی اثر). چهار جفت الکترون می توانند پیوندهای کووالانسی تشکیل دهند یا به صورت جفت تنها وجود داشته باشند.

هنگام حرکت به عناصر دوره سوم و بعدی، قاعده اکتت نیروی خود را از دست می دهد، زیرا اوربیتال های d بسیار کم انرژی ظاهر می شوند. بنابراین، اتم های دوره های بالاتر می توانند بیش از چهار پیوند کووالانسی تشکیل دهند. مفروضات لوئیس در مورد پیوند شیمیایی به عنوان یک جفت اجتماعی از الکترون ها ماهیتی کاملاً کیفی داشتند.

بر اساس روش MO، الکترون های پیوندی روی AO های اتم های خاصی قرار ندارند، بلکه روی MO ها قرار دارند که ترکیبی خطی از اوربیتال های اتمی (LCAO) از همه اتم های سازنده مولکول هستند. تعداد MO های تشکیل شده برابر با تعداد AO های همپوشانی است. یک اوربیتال مولکولی معمولاً یک اوربیتال چند مرکزی است و الکترون‌هایی که آن را پر می‌کنند غیرمحلی هستند. پر شدن MO ها با الکترون ها مطابق با اصل پائولی انجام می شود. MO که با اضافه کردن توابع موج اوربیتال های اتمی و داشتن انرژی کمتر از AO هایی که آن را تشکیل می دهند به دست می آید پیوند نامیده می شود. وجود الکترون در این اوربیتال انرژی کلی مولکول را کاهش می دهد و پیوند اتم ها را تضمین می کند. MO پرانرژی که با تفریق توابع موج به دست می آید، آنتی باند (ضد پیوند) نامیده می شود. برای یک اوربیتال آنتی پیوندی، احتمال یافتن الکترون بین هسته ها صفر است. این اوربیتال خالی است.

علاوه بر MOهای باندینگ و آنتی باند، MOهای غیر الزام آور نیز وجود دارند که n-MO نامیده می شوند. آنها با مشارکت AO های حامل یک جفت الکترون تشکیل می شوند که در تشکیل پیوند نقشی ندارند. به چنین الکترون هایی جفت آزاد تنها یا n-الکترون نیز می گویند (آنها روی اتم های نیتروژن، اکسیژن و هالوژن یافت می شوند).

دو نوع پیوند کووالانسی وجود دارد: پیوندهای y- (سیگما) و p- (pi).

پیوند y پیوندی است که از همپوشانی محوری هر (اوربیتال‌های اسپورت اتمی s-، p- یا ترکیبی) با حداکثر همپوشانی که در خط مستقیمی که هسته‌های اتم‌های پیوند خورده را به هم متصل می‌کند، تشکیل می‌شود.

با توجه به روش MO، همپوشانی y منجر به ظهور دو MO می شود: یک پیوند y-MO و یک آنتی باند y*-MO.

پیوند p پیوندی است که از همپوشانی جانبی (جانبی) p-AO تشکیل می‌شود، با حداکثر چگالی الکترونی که در دو طرف خط مستقیمی که هسته‌های اتم‌ها را به هم متصل می‌کند، قرار دارد. بر اساس روش MO، در نتیجه ترکیب خطی دو p-AO، یک p-MO اتصال و یک p*-MO ضد پیوند تشکیل می شود.

پیوند دوگانه ترکیبی از پیوندهای y و p است و پیوند سه گانه یک پیوند y و دو p است.

ویژگی های اصلی یک پیوند کووالانسی انرژی، طول، قطبیت، قطبش پذیری، جهت و اشباع پذیری است.

انرژی پیوند مقدار انرژی آزاد شده در طول تشکیل یک پیوند معین یا مورد نیاز برای جداسازی دو اتم پیوندی است. هر چه انرژی بیشتر باشد، اتصال قوی تر است.

طول پیوند فاصله بین مراکز اتم های پیوندی است. پیوند دوگانه کوتاهتر از یک پیوند واحد است و پیوند سه گانه کوتاهتر از پیوند دوگانه است.

قطبیت پیوند با توزیع ناهموار (قطبی شدن) چگالی الکترون تعیین می شود که دلیل آن تفاوت در الکترونگاتیوی اتم های پیوندی است. با افزایش اختلاف الکترونگاتیوی بین اتم های پیوندی، قطبیت پیوند افزایش می یابد. بنابراین، می توان انتقال از یک پیوند کووالانسی غیر قطبی از طریق یک پیوند قطبی به یک پیوند یونی را تصور کرد. پیوندهای کووالانسی قطبی مستعد شکاف هترولیتیک هستند.

قطبش پذیری پیوند اندازه گیری جابجایی الکترون های پیوند تحت تأثیر عوامل خارجی است میدان الکتریکی، از جمله یک ذره واکنش دهنده دیگر. قطبش پذیری با تحرک الکترون تعیین می شود. الکترونها هر چه از هسته دورتر باشند تحرک بیشتری دارند.

در ارگانوژن ها (کربن، نیتروژن، اکسیژن، گوگرد، هالوژن) در تشکیل پیوندهای y، مشارکت اوربیتال های هیبریدی از نظر انرژی مطلوب تر است و همپوشانی کارآمدتری را فراهم می کند.

همپوشانی دو AO یک الکترونی تنها راه برای تشکیل پیوند کووالانسی نیست. یک پیوند کووالانسی می تواند از برهمکنش یک اوربیتال دو الکترونی پر شده (دهنده) با یک اوربیتال خالی (پذیرنده) تشکیل شود. دهنده ها ترکیباتی هستند که شامل اوربیتال ها با یک جفت الکترون تنها یا p - MO هستند. پیوند کووالانسی که توسط یک جفت الکترون از یک اتم تشکیل می شود، گیرنده دهنده یا هماهنگی نامیده می شود.

یک نوع پیوند دهنده - پذیرنده پیوند نیمه قطبی است. به عنوان مثال، در یک گروه نیترو، همزمان با تشکیل یک پیوند کووالانسی به دلیل جفت تک الکترون‌های نیتروژن، بارهایی با علامت مخالف روی اتم‌های پیوند دیده می‌شوند. به دلیل جاذبه الکترواستاتیکی، پیوند یونی بین آنها ایجاد می شود. ترکیب حاصل از پیوند کووالانسی و یونی پیوند نیمه قطبی نامیده می شود. پیوند دهنده و گیرنده مشخصه ترکیبات پیچیده است. بسته به نوع اهداکننده، n- یا p-کمپلکس ها متمایز می شوند.

یک اتم هیدروژن که به یک اتم به شدت الکترونگاتیو (N, O, F) پیوند می‌یابد، دارای کمبود الکترون است و می‌تواند با جفت الکترون‌های یک اتم به شدت الکترونگاتیو دیگر که در همان مولکول یا در مولکول دیگری قرار دارند، تعامل داشته باشد. در نتیجه پیوند هیدروژنی ایجاد می شود. از نظر گرافیکی، پیوند هیدروژنی با سه نقطه نشان داده می شود.

انرژی پیوند هیدروژنی کم است (10-40 کیلوژول بر مول) و عمدتاً توسط برهمکنش الکترواستاتیکی تعیین می شود.

پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی باعث پیوند ترکیبات آلی می شود که منجر به افزایش نقطه جوش الکل ها می شود (t? نقطه جوش C 2 H 5 OH = 78.3? C؛ t? نقطه جوش CH 3 OCH 3 = -24؟ C) ، اسیدهای کربوکسیلیکو بسیاری دیگر از خواص فیزیکی (t? نقطه ذوب، ویسکوزیته) و شیمیایی (اسید-باز).

پیوندهای هیدروژنی درون مولکولی نیز می تواند رخ دهد، به عنوان مثال در اسید سالیسیلیک، که منجر به افزایش اسیدیته آن می شود.

مولکول اتیلن مسطح است، زاویه بین پیوندهای H - C - H 120 است. برای شکستن پیوند دوگانه p - p - و امکان چرخش در اطراف پیوند باقیمانده sp 2 - y - لازم است مقدار قابل توجهی انرژی صرف شود. بنابراین، چرخش به دور پیوند دوگانه دشوار است و وجود ایزومرهای سیس و ترانس امکان پذیر است.

پیوند کووالانسی تنها زمانی غیرقطبی است که اتم هایی را که از نظر الکترونگاتیوی یکسان یا مشابه هستند به هم پیوند دهد. هنگامی که الکترون ها پیوند می یابند، چگالی پیوند کووالانسی به سمت اتم الکترونگاتیو تر تغییر می کند. این رابطه قطبی شده است. قطبش فقط به یک پیوند y محدود نمی شود، بلکه در طول زنجیره گسترش می یابد و منجر به ظاهر شدن بارهای جزئی (y) بر روی اتم ها می شود.

بنابراین، جانشین "X" نه تنها باعث قطبش پیوند y خود با اتم کربن می شود، بلکه تأثیر خود را (اثری از خود نشان می دهد) به پیوندهای y همسایه نیز منتقل می کند. این نوع نفوذ الکترونیکی استقرایی نامیده می شود و j نشان داده می شود.

اثر القایی انتقال تأثیر الکترونیکی یک جایگزین در طول زنجیره ای از پیوندهای y است.

جهت اثر القایی جانشین معمولاً از نظر کیفی با مقایسه با اتم هیدروژن ارزیابی می شود که اثر القایی آن 0 در نظر گرفته می شود. پیوند C-Hعملا غیر قطبی در نظر گرفته می شود).

جانشین X که چگالی الکترونی پیوند y را قوی‌تر از اتم هیدروژن جذب می‌کند، یک اثر القایی منفی -I از خود نشان می‌دهد. اگر در مقایسه با اتم هیدروژن، جانشین Y چگالی الکترون را در زنجیره افزایش دهد، آنگاه یک اثر القایی مثبت، +I از خود نشان می‌دهد. از نظر گرافیکی، اثر القایی با یک فلش منطبق با موقعیت خط ظرفیت و به سمت اتم الکترونگاتیو تر نشان داده می شود. اثر +I توسط گروه های آلکیل، اتم های فلزی و آنیون ها اعمال می شود. اکثر جانشین ها اثر -I دارند. و هر چه بزرگتر باشد، الکترونگاتیوی اتم بالاتر است و پیوند کووالانسی با اتم کربن تشکیل می دهد. گروه های غیر اشباع (همه بدون استثنا) یک اثر -I دارند که با افزایش پیوندهای چندگانه، مقدار آن افزایش می یابد.

اثر القایی، به دلیل قطبش پذیری ضعیف پیوند y، پس از سه یا چهار پیوند y در مدار تحلیل می رود. تأثیر آن روی دو اتم کربن اول که نزدیک به جانشین هستند قوی‌ترین است.

اگر یک مولکول حاوی پیوندهای دو یا سه گانه مزدوج باشد، اثر کونژوگه (یا اثر مزومریک؛ اثر M) رخ می دهد.

اثر مزدوج انتقال تأثیر الکترونیکی یک جانشین از طریق سیستم پیوندهای p است. جانشین‌هایی که چگالی الکترون را در یک سیستم مزدوج افزایش می‌دهند، اثر مزدوج مثبت، اثر +M را نشان می‌دهند. اثر +M توسط جانشین‌های حاوی اتم‌هایی با یک جفت الکترون یا بار منفی کامل نشان داده می‌شود. جانشین هایی که چگالی الکترون را از سیستم مزدوج خارج می کنند، یک اثر مزدومی منفی (مزومریک) به نام اثر -M نشان می دهند. اینها شامل گروههای غیر اشباع و اتمهای دارای بار مثبت می باشد. توزیع مجدد (تغییر مکان) کل ابر الکترونی تحت تأثیر اثر M به صورت گرافیکی با فلش های منحنی نشان داده می شود که ابتدای آن نشان می دهد که کدام الکترون های p یا p جابجا شده اند و انتهای آن - پیوند یا اتمی که به آن منتقل می شوند. آواره می شوند

اثر مزومری (اثر کونژوگه) از طریق یک سیستم پیوندهای مزدوج به گسترش قابل توجهی بیشتر منتقل می شود.

یک پیوند کووالانسی می تواند قطبی و غیرمحلی شود.

پیوند کووالانسی موضعی - الکترون های پیوند بین دو هسته اتم های در حال پیوند مشترک هستند.

پیوند غیرمحلی یک پیوند کووالانسی است که اوربیتال مولکولی آن بیش از 2 اتم را در بر می گیرد. اینها تقریباً همیشه اتصالات p هستند.

کنژوگاسیون (مزومریسم، مزوس - متوسط) پدیده همسویی پیوندها و بارها در یک مولکول (ذره) واقعی در مقایسه با یک ساختار واقعی، اما وجود ندارد.

نظریه تشدید - یک مولکول یا ذره واقعی توسط مجموعه ای از ساختارهای به اصطلاح تشدید مشخص می شود که فقط در توزیع چگالی الکترون با یکدیگر متفاوت هستند.

ارسال شده در Allbest.ru

...

اسناد مشابه

تعیین نوع پیوند شیمیایی در ترکیبات. ویژگی های تغییرات در الکترونگاتیوی. تغییر در چگالی الکترونی یک پیوند شیمیایی. مفهوم اثر مزومریک. پایداری سیستم های جفت شده، انواع آنها. ظهور ترکیبات حلقوی.

ارائه، اضافه شده در 2014/02/10


ساختار شیمیایی - توالی اتصالات اتم ها در یک مولکول، ترتیب اتصال و تأثیر متقابل آنها. اتصال اتم هایی که ترکیبات آلی را می سازند. وابستگی خواص مواد به نوع اتم ها، کمیت و ترتیب تناوب آنها.

ارائه، اضافه شده در 12/12/2010


روش پیوندهای شیمیایی ظرفیتی، پیوندهای یونی و کووالانسی در ترکیبات پیچیده. نظریه میدان کریستال توسعه بر اساس مکانیک کوانتومی نظریه الکترواستاتیک کوسل و مگنوس. تجزیه و تحلیل ایزومریسم در ترکیبات پیچیده

تست، اضافه شده در 1394/02/13


خط بین ارگانیک و مواد معدنی. سنتز موادی که قبلا فقط توسط موجودات زنده تولید می شد. مطالعه شیمی مواد آلی. ایده های اتمیسم جوهر نظریه ساختار شیمیایی. دکترین از ساختار الکترونیکیاتم ها

چکیده، اضافه شده در 2008/09/27


ساده ترین پیوند یک الکترونی دو مرکزی، یک یون هیدروژن. حداکثر تعداد پیوندهای شیمیایی مختلف ممکن در طبیعت بین جفت اتم ها. مجموعه ای از پدیده های فیزیکی خاص که منجر به تشکیل پیوندهای شیمیایی می شود، نظریه ظرفیت.

چکیده، اضافه شده در 2009/01/29


ویژگی های مقایسه ایآلی و معدنی ترکیبات شیمیایی: طبقه بندی، ساختار مولکولی شبکه کریستالی; وجود و نوع پیوند شیمیایی بین اتم ها؛ وزن مولکولی نسبی، توزیع در سیاره

ارائه، اضافه شده در 05/11/2014


ویژگی های ظرفیت - تشکیل تعداد معینی پیوند شیمیایی در اتم ها. انواع اصلی پیوندهای شیمیایی: یونی، کووالانسی، هیدروژنی، فلزی. انواع بلورها بر اساس نوع پیوند شیمیایی: یونی، اتمی، فلزی، مولکولی.

کار دوره، اضافه شده در 10/19/2013


ماهیت و ماهیت پیوند هیدروژنی. پیوند های هیدروژنیو خواص ترکیبات آلی روش طیف سنجی مادون قرمز تابش مادون قرمز و ارتعاشات مولکولی. تجزیه و تحلیل ویژگی‌های طیفی محلول‌های فنل‌های دارای مانع فضایی

کار دوره، اضافه شده در 2010/04/28


زندگی به عنوان یک فرآیند فیزیکی و شیمیایی مداوم. ویژگی های عمومیترکیبات طبیعی طبقه بندی ترکیبات طبیعی با وزن مولکولی کم معیارهای اساسی برای طبقه بندی ترکیبات آلی. انواع و خواص پیوندها، تأثیر متقابل اتم ها.

ارائه، اضافه شده در 2014/02/03


دیمریزاسیون اکسیداتیو متان مکانیسم فعال سازی کاتالیزوری متان. تهیه ترکیبات آلی با متیلاسیون اکسیداتیو. تبدیل اکسیداتیو ترکیبات آلی حاوی گروه متیل، در حضور یک کاتالیزور.

1. انواع پیوندهای شیمیایی در ترکیبات آلی.

2. پیوند کووالانسی، ویژگی های اصلی آن.

3. پیوند هیدروژنی، فعل و انفعالات بین مولکولی.

4. اثرات الکترونیکی: القایی، مزومریک.

مشکل پیوند شیمیایی مهمترین مسئله در شیمی است، زیرا خواص مواد و واکنش پذیری آنها به ترکیب، ساختار و نوع پیوند شیمیایی بین اتم ها بستگی دارد.

پیوند شیمیایی نتیجه برهم کنش دو یا چند اتم است که منجر به کاهش انرژی و تشکیل یک سیستم چند اتمی پایدار مانند یک مولکول می شود.

بسته به ماهیت توزیع چگالی الکترون در ناحیه پیوند اتم ها، سه نوع اصلی پیوندهای شیمیایی - کووالانسی، یونی و فلزی متمایز می شوند.

مولکول های ترکیبات آلی از اتم ها ساخته می شوند که معمولاً از طریق پیوندهای کووالانسی به یکدیگر متصل می شوند. پیوندهای یونی در ترکیبات آلی منفرد نادر است.

برای توضیح خواص پیوندهای شیمیایی، در حال حاضر از دو نظریه استفاده می شود - روش پیوند ظرفیتی (VBC) و روش مداری مولکولی (MMO).

بر اساس روش پیوند ظرفیت، یک پیوند شیمیایی توسط یک جفت الکترون با اسپین های مخالف تشکیل می شود. در این حالت چگالی الکترون در فضای بین هسته ها افزایش می یابد که منجر به انقباض آنها می شود. پیوندهای کووالانسی پیوندهای موضعی هستند. پیوند شیمیایی در جهتی تشکیل می شود که احتمال همپوشانی اوربیتال های اتمی بیشتر است. هرچه همپوشانی اوربیتال های اتمی بیشتر باشد، پیوند قوی تر است.

دو مکانیسم شناخته شده برای تشکیل جفت الکترون های مشترک وجود دارد: اشتراک الکترون های جفت نشده با اسپین های مخالف دو اتم (مکانیسم تبادل) و اشتراک جفت تنها یکی از اتم ها (مکانیسم دهنده-گیرنده).

ویژگی های اصلی پیوند شیمیایی:

1. انرژی ارتباط.پیوند شیمیایی تنها زمانی رخ می دهد که انرژی کل اتم های برهم کنش کاهش یابد، یعنی. هنگامی که یک پیوند تشکیل می شود، انرژی همیشه آزاد می شود. انرژی پیوند معیاری برای سنجش قدرت یک پیوند است. هر چه انرژی بیشتری در طول تشکیل پیوند آزاد شود انرژی بیشترباید صرف شکستن آن شود، بنابراین، هر چه انرژی پیوند بیشتر باشد، اتصال پایدارتر است. انرژی اتصال در محدوده بسیار وسیعی متفاوت است - از 10 تا 1000 کیلوژول بر مول.

2. طول پیوند- فاصله بین هسته های اتم های پیوند خورده به فرد اجازه می دهد تا در مورد هم ارزی یا عدم هم ارزی پیوندهای شیمیایی و تعدد آنها قضاوت کند. این بستگی به اندازه لایه های الکترونی و میزان همپوشانی آنها دارد. با کاهش طول پیوند، انرژی پیوند و پایداری مولکول ها معمولاً افزایش می یابد.

3. اشباع -توانایی اتم ها برای تشکیل تعداد محدودی پیوند کووالانسی؛ به دلیل اشباع پیوندها، مولکول ها دارای ترکیب خاصی هستند.

4. تمرکز- ساختار فضایی مولکول ها را تعیین می کند. اوربیتال‌های اتمی جهت‌گیری مکانی دارند، بنابراین همپوشانی آنها در جهات خاصی رخ می‌دهد که جهت پیوند کووالانسی را تعیین می‌کند. جهت گیری به صورت کمی به شکل زوایای پیوند بین جهت پیوندهای شیمیایی در مولکول ها بیان می شود.

5. قطبیت- جابجایی یک جفت الکترون مشترک به سمت هسته یکی از اتم ها (EO) می تواند به عنوان معیاری برای توانایی یک اتم برای جذب یک الکترون باشد. اگر اختلاف الکترونگاتیوی اتم ها (Δ) کمتر از 0.5 باشد، پیوند غیرقطبی است. اگر Δ = 0.5-2.0 - اتصال قطبی است. اگر Δ> 2.0 باشد، پیوند یونی است.

به دلیل جابجایی جفت الکترون به یکی از هسته ها، چگالی بار منفی این اتم افزایش می یابد و اتم باری به نام بار موثر δ- دریافت می کند، چگالی بار منفی اتم دیگر کاهش می یابد، بار موثر آن δ +

معیار قطبیت پیوند، گشتاور دوقطبی پیوند μ = qƖ است (Cl . m)، برابر با حاصل ضرب بار مؤثر و طول دوقطبی است.

گشتاور دوقطبی یک مولکول برابر است با مجموع برداری تمام گشتاورهای دوقطبی پیوندهای شیمیایی و با هندسه مولکول تعیین می شود. هرچه گشتاور دوقطبی یک مولکول بیشتر باشد، قطبی تر است. قطبیت یک مولکول تا حد زیادی خواص فیزیکی و شیمیایی یک ماده را تعیین می کند.

6 . قطبی پذیری -توانایی پوسته الکترونیکی یک اتم یا مولکول برای تغییر شکل تحت تأثیر یک میدان خارجی، به عنوان مثال یک یون، یک مولکول قطبی و غیره. قطبش پذیری یک قطبش موقت است که با حذف میدان ناپدید می شود. قطبش پذیری واکنش پذیری یک مولکول را تعیین می کند و به طول پیوند بستگی دارد.

7 . کثرت.هنگامی که یک پیوند کووالانسی تشکیل می شود، دو نوع همپوشانی اوربیتال های اتمی وجود دارد. همپوشانی اوربیتال های اتمی در امتداد محوری که هسته های اتمی را به هم وصل می کند σ-همپوشانی یا σ-پیوند نامیده می شود که متقارن در مورد محور پیوند است. همپوشانی جانبی اوربیتال های اتمی p با محورهای موازی را همپوشانی π یا پیوند π می نامند که تقارن محوری ندارد و ضعیفتر از پیوند σ است. با تعدد، پیوندهای منفرد (σ-پیوند)، دوگانه (ترکیب پیوند σ و π)، سه گانه (ترکیب پیوند σ و 2π) متمایز می شوند. با افزایش تعدد پیوند، طول پیوند کاهش می یابد و انرژی آن افزایش می یابد.

اتم کربن به دلیل الکترون های حالت های انرژی مختلف پیوندهایی را تشکیل می دهد - س-آر- حالت می کند، اما، با وجود تفاوت در شکل های اوربیتال های اتمی اولیه، پیوندهای تشکیل شده توسط آنها، به عنوان مثال در متان، معادل هستند. برای حل این مشکل، L. Pauling دو فرض را فرموله کرد - ظرفیت هدایت شده و هیبریداسیون اوربیتال ها. اوربیتال های ظرفیتی، به عنوان مثال 2s، 2p x، 2p y، 2p z کربن، هنگام تشکیل یک پیوند، هیبرید می شوند (مخلوط) و اوربیتال های ترکیبی اتمی معادل (از نظر شکل و انرژی) تشکیل می دهند. چگالی الکترونی اوربیتال های هیبرید شده در یک طرف هسته متمرکز شده است، که حداکثر همپوشانی اوربیتال ها را تضمین می کند، که به معنای تشکیل پیوند شیمیایی قوی تر است.

sp 3 - هیبریداسیونیک اوربیتال s و سه اوربیتال p در تشکیل یک اوربیتال هیبریدی شرکت می کنند. 4sp 3 - اوربیتال های هیبرید شده یک اتم 4 پیوند σ با اتم های همسایه تشکیل می دهند. این برای ترکیبات کربن اشباع - هیدروکربن ها و مشتقات آنها معمول است.

sp 2 - هیبریداسیوندر ترکیبات غیراشباع، اتم کربن در حالت هیبرید شده sp 2 قرار دارد، در این حالت، یک اوربیتال s با دو اوربیتال p مخلوط می شود تا سه اوربیتال معادل sp 2 -هیبرید شده را تشکیل دهد. پیوندهای σ تشکیل می شوند.

همپوشانی اوربیتال های p unhybridized (همپوشانی جانبی) منجر به تشکیل نوع دیگری از پیوند کووالانسی - پیوند π می شود. پیوند دوگانه بین دو اتم کربن در چارچوب تئوری هیبریداسیون به عنوان ترکیبی از یک پیوند σ و یک پیوند π توصیف می‌شود.

هیبریداسیون sp- ترکیبی از یک اوربیتال s و یک اوربیتال p. در این حالت دو اوربیتال هیبریدی معادل sp تشکیل می شود و زمانی که با اوربیتال های اتم های همسایه همپوشانی داشته باشند، 2 پیوند σ ایجاد می شود. هر اتم کربن دو اوربیتال p هیبرید نشده دارد که با همپوشانی دو پیوند π تشکیل می دهند. بنابراین، پیوند سه گانه بین دو اتم کربن، ترکیبی از یک پیوند σ و دو پیوند π است.

تفاوت در شکل و جهت اوربیتال های هیبرید شده در طول پیوند، زوایای پیوند و سایر ویژگی ها آشکار می شود.

در زیر وابستگی ساختار ترکیبات به هیبریداسیون اتم کربن است.

نمونه های هندسه مولکول هیبریداسیون

آلکان های چهار وجهی sp 3 و مشتقات آنها

اتیلن تریگونال sp 2 و همولوگ های آن، بنزن،

کربونیل و کربوکسیل

گروه ها و غیره

استیلن خطی sp و همولوگ های آن،

نیتریل، انباشته شده

هیدروکربن ها و غیره

پیوند یونیدر طول برهمکنش الکترواستاتیکی یون های دارای بار منفی و مثبت در یک ترکیب شیمیایی رخ می دهد. این پیوند فقط در صورت اختلاف زیاد در الکترونگاتیوی اتم ها اتفاق می افتد.

پیوند هیدروژنی.یک اتم هیدروژن که به یک اتم به شدت الکترونگاتیو (فلوئور، اکسیژن، نیتروژن) پیوند دارد، می‌تواند با جفت الکترون تنها یک اتم به شدت الکترونگاتیو دیگر از همان مولکول یا مولکول دیگر برهمکنش کند تا پیوند ضعیف دیگری به نام پیوند هیدروژنی تشکیل دهد. اگر یک پیوند هیدروژنی بین مولکول های مختلف تشکیل شود، اگر بین دو گروه از یک مولکول پیوند هیدروژنی تشکیل شود، آن را درون مولکولی می نامند. زمانی که بسته شدن یک حلقه پنج یا شش عضوی امکان پذیر باشد، پیوند درون مولکولی تشکیل می شود. پیوند هیدروژنی با سه نقطه مشخص می شود تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی باعث ایجاد ارتباط مولکول ها می شود که منجر به تغییر قابل توجهی در خواص فیزیکی مواد می شود: افزایش ویسکوزیته، ثابت دی الکتریک، دمای ذوب و جوش، گرمای تبخیر و همجوشی

پیوندهای هیدروژنی نقش مهمی در پروتئین ها دارند که در آن ساختارهای پلیمری مارپیچ با پیوندهای N-H···O به هم متصل می شوند. مارپیچ های دوگانه اسیدهای نوکلئیک توسط پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی N-H····N و N-H···O به هم متصل می شوند.

برهمکنش های واندروالسی بین مولکول های ترکیبات آلی رخ می دهد - جهت گیری، القایی، پراکنده، که تعیین می کند مشخصات فیزیکیمواد

تأثیر متقابل اتم ها در یک مولکول.انحراف از خواص ثابت پیوندهای شیمیایی در یک مولکول با تجلی تأثیر متقابل اتم ها همراه است. استفاده از مفاهیم تأثیر متقابل امکان پیش بینی خواص مولکول های پایدار و تعیین پایداری یون ها و رادیکال های آلی را فراهم می کند. این تأثیر عمدتاً از طریق یک سیستم پیوندهای کووالانسی با استفاده از به اصطلاح اثرات الکترونیکی منتقل می شود.

تأثیر متقابلی که از طریق زنجیره ای از پیوندهای σ منتقل می شود، اثر الکترونیکی القایی نامیده می شود. اثر الکترونیکی استقرایی (که با حرف I مشخص می شود) می تواند مثبت یا منفی باشد.

اکثر گروه های عاملی یک اثر -I را نشان می دهند: هالوژن ها، گروه های آمینه، هیدروکسیل، کربونیل، گروه های کربوکسیل. اثر +I توسط رادیکال های هیدروکربنی آلیفاتیک، یعنی رادیکال های آلکیل (متیل، اتیل و غیره) نشان داده می شود.

اثر القایی از طریق مدار با تضعیف منتقل می شود. جهت جابجایی چگالی الکترونی همه پیوندهای σ با فلش های مستقیم (→) نشان داده می شود.

تأثیر یک جانشین بر توزیع چگالی الکترونی که از طریق پیوندهای π منتقل می شود، اثر مزومریک نامیده می شود (که با حرف M مشخص می شود). اثر مزومریک می تواند منفی و مثبت باشد. در فرمول‌های ساختاری به صورت یک فلش منحنی نشان داده می‌شود که از مرکز چگالی الکترون شروع می‌شود و به جایی که چگالی الکترون جابجا می‌شود، ختم می‌شود.

وجود اثرات الکترونیکی منجر به توزیع مجدد چگالی الکترون در مولکول و ظاهر شدن بارهای جزئی بر روی اتم های منفرد می شود. این واکنش پذیری مولکول و جهت واکنش های شیمیایی را با مشارکت آن تعیین می کند.