Теоретические представления в органической химии
Ионная связь
Если в ходе реакции один из атомов отдает свой электрон другому атому, то образуются две противоположно заряженные частицы.
Химическая связь, для которой характерно сильное взаимодействие общей электронной пары с ядром только одного из соединяемых атомов, что приводит к образованию противоположно заряженных ионов, которые электростатически притягиваются друг к другу, называется ионной связью. В ионных соединениях молекулы в строгом понимании этого слова отсутствуют и сами ионы располагаются в узлах кристаллической решетки. Таким образом, каждый ион натрия в нашем примере оказывается одновременно связанным с шестью ионами хлора.
В тех случаях, когда атом водорода связан полярной ковалентной связью (активный атом), он может проявлять остаточное сродство к электрону и за счет этого образовывать дополнительную связь с теми атомами, которые имеют неподеленные электронные пары. Образование водородной связи обусловлено тем, что атом водорода может близко подходить к неподеленным электронным парам других атомов, потому что он имеет малые размеры и слабо экранирован. Водородная связь бывает межмолекулярной и внутримолекулярной.
Способы разрыва химической связи
Двухэлектронная связь может быть разорвана двумя способами: гетеролитическим и гомолитическим. При гетеролизе связи пара электронов остается с одним из бывших партнеров, при этом возникает два иона: катион и анион. При этом в случае разрыва связи С-Х соединения R3C-X возможны несколько вариантов:
1. При гетеролитическом разрыве связи Х превращается в положительно заряженную частицу. Тогда органический остаток, приобретя лишний электрон, становится карбанионом
2. При гетеролитическом разрыве связи Х уносит с собой электронную пару и R3C становится обладателем вакантной орбитали и положительного заряда – карбкатион
3. Гомолиз связи приводит к образованию двух нейтральных частиц, каждая из которых обладает неспаренным электроном. Такие частица в органической химии называются радикалами. В неорганической химии неспаренными электронами обладают атомы водорода, галогенов.
Реакционные частицы могут быть выделены в редких случаях, но строение продуктов реакции является свидетельством их участия в реакционных актах.
Центральный атом углерода в карбанионах предельного ряда сохраняет sp3-гибридизацию. Электронная пара заселяет вакантную орбиталь и может легко претерпевать инверсию. Карбанионы винильного типа сохраняют sp2-гибридизацию и существуют в цис- и транс-конфигурации.
Карбанионы образуются при ионизации металлоорганических соединений и при действии сильных оснований на кислые С-Н-группы.
Их устойчивость и, соответственно, легкость образования зависят от гибридного состояния атома углерода
Карбанион R3C:- H2C=CH:- HC≡C:-
рКа сопряженной кислоты 40 36 25,
а также от характера соседних групп: группы с сильным -I-эффектом повышают устойчивость карбанионов, оттягивая электронную пару:
(CF3)3C:- pKa = 7; NºC:- pKa = 11
Группы, способные делокализовать электронную пару, также стабилизируют карбанионы:
Геометрия карбкатионов соответствует плоскому атому углерода, имеющему вакантную орбиталь
Образование карбкатионов происходит в результате ионизации соединений содержащих группу с сильным -I-эффектом под действием полярных сред, кислот Льюиса, а также при присоединении протона к этиленовой связи, или координации на карбонильный кислород и т.д.
Стабилизации карбкатионов способствуют соседние группы, обладающие положительным индуктивным и мезомерным эффектом.
Наиболее эффективная стабилизация наблюдается при делокализации p-электронов с участием ароматической p-электронной системы
Геометрия радикалов, как и карбанионов, пирамидальная и может легко претерпевать инверсию.
Для получения радикалов применяют термолиз или фотолиз.
Другой способ генерации радикалов – одноэлектронное восстановление катионов диазония
Факторы, повышающие устойчивость свободных радикалов, индуктивный, мезомерный эффект, сопряжение p-электронов.
|
|
||
|
|
|
|
Упражнения к теме "Теоретические представления в органической химии"
