Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


Следующая Содержание Предыдущая

Химические связи

А. Гибридизация орбиталей и химические связи

Гибритизация орбиталей и химических связей; Мезомерия (резонанс);

Большинство биомолекул - соединения углерода с водородом, кислородом, азотом, серой или фосфором. Устойчивые ковалентные связи между этими атомами неметаллов образуются в результате перекрывания определенных орбиталей двух атомов и формирования молекулярных орбиталей (см. с. 10), на которых располагаются по одному электрону от каждого атома. Так, четыре валентных электрона атома углерода занимают атомные орбитали 2s и 2р (). 2s-Орбиталь имеет форму шара (шаровую симметрию), а три 2р-орбитали - форму гантелей, вытянутых вдоль осей х, у, z. Следовало ожидать, что атомы углерода будут образовывать по крайней мере две различные молекулярные орбитали. Однако в действительности все четыре связи эквивалентны за счет гибридизации орбиталей. Благодаря суммированию энергий одной s- и трех р-орбиталей атом углерода образует четыре равноценные sр3-атомные орбитали, направленные по осям тетраэдра (3-гибридизация). Перекрывание таких орбиталей с 1s-орбиталями атомов водорода приводит к образованию четырех σ-молекулярных орбиталей (). Это означает, что валентность атома углерода равна четырем, а в молекуле метана (СН4) имеются четыре простые (одинарные) ковалентные связи. По такому же принципу образуются простые связи между другими атомами. Так, фосфат-анион и катион аммония также имеют тетраэдрическую форму (1в).

Часто встречается тип связи, образованной за счет гибридизации 2s-орбитали только с двумя из трех 2р-орбиталей (2-гибридизация, ). В результате формируются три эквивалентные гибридные sр2-орбитали, расположенные в одной плоскости под углом 120°. Оставшаяся 2рх-орбиталь располагается перпендикулярно плоскости. При формировании молекулярных орбиталей такие атомы могут образовывать два различных типа связей (): три sр2-орбитали образуют σ-связи, как описано выше, а электроны двух 2рх-орбиталей от двух атомов, т.е. π-электроны, - вытянутую молекулярную π-орбиталь над и под плоскостью, занимаемой σ-связями. Этот тип связи носит название двойной связи. Двойные связи состоят из одной σ- и одной π-связей. Такой тип связи образуется лишь при наличии sр2-гибридизации у двух атомов, принимающих участие в ее образовании. В отличие от простой связи вращение вокруг двойных связей невозможно, поскольку это должно вызывать разрушение π-орбиталей. Поэтому атомы при двойной связи лежат в одной плоскости (), что в свою очередь делает возможным существование цис- и транс-изомеров (см. с. 16).

Б. Мезомерия (резонанс)

Некоторые молекулы, содержащие несколько двойных связей, оказываются значительно менее реакционноспособными, чем следовало ожидать. В подобных молекулах π-орбитали не имеют четкой локализации между соседними атомами, а образуют общую молекулярную π-орбиталь. Такие соединения носят название мезомеров (резонансных гибридов), поскольку их строение невозможно представить с помощью обычных химических формул (более подробно теория мезомерии обсуждается в учебниках по химии).

На схеме и в последующих разделах книги делокализованные π-орбитали обозначаются штрихами. К мезомерным (резонансно стабилизированным) системам относятся карбоксильные группы, например формиатная, углеводороды с сопряженными двойными связями, такие, как бутадиен-1,3, и мезо-мерные циклические соединения, которые носят название ароматических. Наиболее известным представителем этого класса соединений является бензол, циклическая система которого содержит шесть π-электронов.

Следующая Содержание Предыдущая


     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн