-->
|
|
|
Õèìèÿ 10 êëàññ. Ãàáðèåëÿí § 9. Òèïû ðåàêöèîííîñïîñîáíûõ ÷àñòèö è ìåõàíèçìû ðåàêöèé â îðãàíè÷åñêîé õèìèè. Âçàèìíîå âëèÿíèå àòîìîâ â ìîëåêóëàõ îðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèéÊàê âû çíàåòå, îðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé íàñ÷èòûâàåòñÿ áîëåå 27 ìëí. Íåñìîòðÿ íà ýòî âåëèêîå ìíîæåñòâî è îãðîìíîå ðàçíîîáðàçèå, èõ îáúåäèíÿþò íåêîòîðûå îáùèå ñâîéñòâà. Îðãàíè÷åñêèå âåùåñòâà òåðìè÷åñêè íåóñòîé÷èâû, áîëüøèíñòâî èç íèõ èìååò íåâûñîêèå òåìïåðàòóðû ïëàâëåíèÿ è êèïåíèÿ, îíè ëåòó÷è, ìíîãèå îáëàäàþò õàðàêòåðíûì çàïàõîì. Ïðè÷èíà òàêîé ïîõîæåñòè êðîåòñÿ â ñõîæåì ñòðîåíèè îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ, äëÿ êîòîðûõ õàðàêòåðåí êîâàëåíòíûé òèï ñâÿçåé ìåæäó àòîìàìè è ìîëåêóëÿðíàÿ êðèñòàëëè÷åñêàÿ ðåø¸òêà. Íàïîìíèì, ÷òî êîâàëåíòíàÿ ñâÿçü îáðàçóåòñÿ ïðè ïåðåêðûâàíèè àòîìíûõ îðáèòàëåé ñ îáðàçîâàíèåì îáùèõ ýëåêòðîííûõ ïàð. Ïîäàâëÿþùåå áîëüøèíñòâî õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé íà÷èíàåòñÿ ñ ðàçðûâà õèìè÷åñêèõ ñâÿçåé â èñõîäíûõ âåùåñòâàõ. Ïðè ýòîì îáðàçóþòñÿ ïðîìåæóòî÷íûå àêòèâíûå ÷àñòèöû, êîòîðûå îáðàçóþò íîâûå õèìè÷åñêèå ñâÿçè, õàðàêòåðíûå äëÿ ïðîäóêòîâ ðåàêöèè. Ïåðâûé ýòàï ýòîé öåïî÷êè — ðàçðûâ êîâàëåíòíûõ ñâÿçåé — ìîæåò ñîïðîâîæäàòüñÿ îáðàçîâàíèåì ïðîìåæóòî÷íûõ ÷àñòèö ðàçëè÷íîãî òèïà. Ïîíÿòü, êàêèõ èìåííî, ïîìîæåò ïîâòîðåíèå ìåõàíèçìîâ îáðàçîâàíèÿ êîâàëåíòíûõ ñâÿçåé.
Îáìåííûé ìåõàíèçì îáðàçîâàíèÿ êîâàëåíòíîé ñâÿçè. Ãåìîëèòè÷åñêèé ðàçðûâ ñâÿçèÎðáèòàëü ñ íåñïàðåííûì ýëåêòðîíîì, ïðèíàäëåæàùàÿ îäíîìó àòîìó, ìîæåò ïåðåêðûâàòüñÿ ñ îðáèòàëüþ äðóãîãî àòîìà, íà êîòîðîé òàêæå íàõîäèòñÿ íåñïàðåííûé ýëåêòðîí. Ïðè ýòîì ïðîèñõîäèò îáðàçîâàíèå îáùåé ýëåêòðîííîé ïàðû ýëåêòðîíîâ, ò. å. «ðîæäåíèå» êîâàëåíòíîé ñâÿçè ïî îáìåííîìó ìåõàíèçìó. Íàïðèìåð, òàêèì îáðàçîì îáðàçóåòñÿ ñâÿçü ìåæäó àòîìàìè â ìîëåêóëå âîäîðîäà:
Îáìåííûé ìåõàíèçì îáðàçîâàíèÿ êîâàëåíòíîé ñâÿçè ðåàëèçóåòñÿ â òîì ñëó÷àå, åñëè îáùàÿ ýëåêòðîííàÿ ïàðà îáðàçóåòñÿ èç íåñïàðåííûõ ýëåêòðîíîâ, ïðèíàäëåæàùèõ ðàçíûì àòîìàì. Ïðîöåññîì, ïðîòèâîïîëîæíûì îáðàçîâàíèþ êîâàëåíòíîé ñâÿçè ïî îáìåííîìó ìåõàíèçìó, ÿâëÿåòñÿ å¸ ðàçðûâ, ïðè êîòîðîì êàæäûé àòîì ïîëó÷àåò îáðàòíî ñâîé ýëåêòðîí.  ðåçóëüòàòå ýòîãî îáðàçóþòñÿ äâå ÷àñòèöû, èìåþùèå íåñïàðåííûå ýëåêòðîíû.
Òàêèå ÷àñòèöû íàçûâàþòñÿ ñâîáîäíûìè ðàäèêàëàìè.
Ìåõàíèçì ðàçðûâà êîâàëåíòíîé ñâÿçè, ïðè êîòîðîì îáðàçóþòñÿ ñâîáîäíûå ðàäèêàëû, íàçûâàåòñÿ ãåìîëèòè÷åñêèì èëè ãîìîëèçîì (îò ëàò. homo — îäèíàêîâûé). Ïðè òàêîì òèïå ðàçðûâà ñâÿçè àòîìû â ðàâíîé ìåðå äåëÿò ìåæäó ñîáîé îáùóþ ýëåêòðîííóþ ïàðó. Êàê âû äóìàåòå, äëÿ êàêîãî âèäà êîâàëåíòíîé ñâÿçè áîëåå âåðîÿòåí ãîìîëèòè÷åñêèé ðàçðûâ — êîâàëåíòíîé ïîëÿðíîé èëè êîâàëåíòíîé íåïîëÿðíîé? Î÷åâèäíî, àòîìû ñ îäèíàêîâîé ýëåêòðîîòðèöàòåëüíîñòüþ, ñâÿçàííûå êîâàëåíòíîé íåïîëÿðíîé ñâÿçüþ, â ðàâíîé ìåðå ñòðåìÿòñÿ âåðíóòü ñåáå îòäàííûé äëÿ îáðàçîâàíèÿ ýëåêòðîííîé ïàðû ýëåêòðîí, ïîýòîìó äåëÿò ýòó ïàðó ïîðîâíó. Ñëåäîâàòåëüíî, ãîìîëèòè÷åñêèé ðàçðûâ áîëåå õàðàêòåðåí äëÿ êîâàëåíòíîé íåïîëÿðíîé (íàïðèìåð, Ñ—Ñ) èëè êîâàëåíòíîé ìàëîïîëÿðíîé (íàïðèìåð, Ñ—Í) ñâÿçè.
Äîíîðíî-àêöåïòîðíûé ìåõàíèçì îáðàçîâàíèÿ êîâàëåíòíîé ñâÿçè. Ãåòåðîëèòè÷åñêèé ðàçðûâ ñâÿçèÊîâàëåíòíàÿ ñâÿçü ìîæåò îáðàçîâûâàòüñÿ ïî èíîìó ìåõàíèçìó, êîòîðûé íîñèò íàçâàíèå äîíîðíî-àêöåïòîðíûé.  ýòîì ñëó÷àå îäíà èç îðáèòàëåé àòîìà, íà êîòîðîé íàõîäèòñÿ íåïîäåë¸ííàÿ ýëåêòðîííàÿ ïàðà (ýòîò àòîì ìîæåò íåñòè îòðèöàòåëüíûé çàðÿä), ïåðåêðûâàåòñÿ ñî ñâîáîäíîé (âàêàíòíîé, «ïóñòîé») îðáèòàëüþ äðóãîãî àòîìà (ýòîò àòîì ìîæåò îáëàäàòü ïîëîæèòåëüíûì çàðÿäîì). Ïðè ýòîì òàê æå, êàê è â ñëó÷àå îáìåíà ýëåêòðîíàìè, îáðàçóåòñÿ îáùàÿ ýëåêòðîííàÿ ïàðà, ò. å. êîâàëåíòíàÿ ñâÿçü. Êëàññè÷åñêèì ïðèìåðîì îáðàçîâàíèÿ ñâÿçè ïî äîíîðíî-àêöåïòîðíîìó ìåõàíèçìó ÿâëÿåòñÿ âçàèìîäåéñòâèå àììèàêà ñ êàòèîíîì âîäîðîäà, â ðåçóëüòàòå êîòîðîãî ïîëó÷àåòñÿ êàòèîí àììîíèÿ:
Àòîì àçîòà â àììèàêå, îáëàäàþùèé íåïîäåë¸ííîé ýëåêòðîííîé ïàðîé, âûïîëíÿåò ðîëü äîíîðà, êàòèîí âîäîðîäà, îáëàäàþùèé âàêàíòíîé îðáèòàëüþ, — ðîëü àêöåïòîðà. Îáðàçóþùàÿñÿ ïî äîíîðíî-àêöåïòîðíîìó ìåõàíèçìó êîâàëåíòíàÿ ñâÿçü íè÷åì íå îòëè÷àåòñÿ îò ñâÿçè, îáðàçîâàííîé ïî îáìåííîìó ìåõàíèçìó. Ðàçðûâ êîâàëåíòíîé ñâÿçè, îáðàòíûé å¸ îáðàçîâàíèþ ïî äîíîðíî-àêöåïòîðíîìó ìåõàíèçìó, íàçûâàåòñÿ ãåòåðîëèòè÷åñêèì èëè ãåòåðîëèçîì. Òàêîé ðàçðûâ ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ äâóõ ïðîòèâîïîëîæíûõ ïî õàðàêòåðó ÷àñòèö. Îäíà ïîëó÷àåò íåïîäåë¸ííóþ ýëåêòðîííóþ ïàðó è èçáûòîê ýëåêòðîííîé ïëîòíîñòè, ìîæåò íåñòè îòðèöàòåëüíûé çàðÿä, ò. å. áûòü àíèîíîì. Ó äðóãîé îñòà¸òñÿ âàêàíòíàÿ îðáèòàëü, è òàê êàê åé íå äîñòà¸òñÿ ýëåêòðîíîâ, îíà îáëàäàåò äåôèöèòîì ýëåêòðîííîé ïëîòíîñòè è, êàê ïðàâèëî, íåñ¸ò ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä, ò. å. ÿâëÿåòñÿ êàòèîíîì. Èç êóðñà íåîðãàíè÷åñêîé õèìèè âàì èçâåñòåí ãåòåðîëèç ñâÿçè Í—Ñl ïðè ýëåêòðîëèòè÷åñêîé äèññîöèàöèè õëîðîâîäîðîäà.
 îðãàíè÷åñêîé õèìèè ïîäîáíûì îáðàçîì ðàçðûâàåòñÿ, íàïðèìåð, ñâÿçü ΗÍ.
 îáùåì ñëó÷àå ãåòåðîëèòè÷åñêèé ðàçðûâ ñâÿçè ìîæíî âûðàçèòü ñõåìîé:
Íåòðóäíî äîãàäàòüñÿ, ÷òî ÷àñòèöà, èìåþùàÿ íåïîäåë¸ííóþ ýëåêòðîííóþ ïàðó
Ïðèìåðàìè íóêëåîôèëüíûõ ÷àñòèö ìîãóò ñëóæèòü àíèîìû Ñl-, ÎH-, ÑÍ3O-, à òàêæå íåéòðàëüíûå ìîëåêóëû ×àñòèöû, èìåþùèå íåçàïîëíåííóþ îðáèòàëü, íàïðîòèâ, áóäóò ñòðåìèòüñÿ çàïîëíèòü å¸ è, ñëåäîâàòåëüíî, ïðèòÿãèâàòüñÿ ê ó÷àñòêàì ìîëåêóë, íà êîòîðûõ ïðèñóòñòâóåò ïîâûøåííàÿ ýëåêòðîííàÿ ïëîòíîñòü, îòðèöàòåëüíûé çàðÿä, íåïîäåë¸ííàÿ ïàðà ýëåêòðîíîâ. Òàêèå ÷àñòèöû íàçûâàþò ýëåêòðîôèëàìè, ò. å. «ëþáÿùèìè» îòðèöàòåëüíûé çàðÿä.
Ïðèìåðàìè ýëåêòðîôèëüíûõ ÷àñòèö ìîãóò ñëóæèòü êàòèîí âîäîðîäà Í+, êàðáîêàòèîíû òèïà ýòèëüíîãî êàòèîíà Îñíîâíûå ìåõàíèçìû ïðîòåêàíèÿ ðåàêöèé ïðåäûäóùåì ïàðàãðàôå ìû ïðèâåëè êëàññèôèêàöèþ ðåàêöèé â îðãàíè÷åñêîé õèìèè ïî ïðèçíàêó ñòðóêòóðíûõ èçìåíåíèé, ïðîèñõîäÿùèõ â ìîëåêóëå ñóáñòðàòà. Íî âåäü ðåàãåíò òàêæå ÿâëÿåòñÿ ïîëíîïðàâíûì ó÷àñòíèêîì ðåàêöèè, è áûëî áû íåñïðàâåäëèâûì ñîâñåì èãíîðèðîâàòü åãî â òèïîëîãèè ðåàêöèîííûõ ïðîöåññîâ. Äëÿ «âîññòàíîâëåíèÿ ñïðàâåäëèâîñòè» õèìè÷åñêèå ðåàêöèè â îðãàíè÷åñêîé õèìèè êëàññèôèöèðóþò òàêæå ïî ïðèðîäå ðåàãåíòà, òî÷íåå, ïî òèïó ïðîìåæóòî÷íî îáðàçóþùèõñÿ ðåàêöèîííûõ ÷àñòèö.  ñîîòâåòñòâèè ñ äàííûì ïðèçíàêîì ðàçëè÷àþò ðàäèêàëüíûå, íóêëåîôèëüíûå è ýëåêòðîôèëüíûå ïðîöåññû. Íàïðèìåð, âçàèìîäåéñòâèå ìåòàíà ñ õëîðîì ìû îòíåñëè ê ðåàêöèÿì çàìåùåíèÿ:
Åñëè ó÷åñòü, ÷òî àêòèâíûìè ÷àñòèöàìè â äàííîì ïðîöåññå ÿâëÿþòñÿ àòîìû õëîðà Ñl è óãëåâîäîðîäíûå ðàäèêàëû òèïà ÑÍ3, òî ãàëîãåíèðîâàíèå àëêàíîâ îòíîñèòñÿ ê ðåàêöèÿì ðàäèêàëüíîãî çàìåùåíèÿ. Ãèäðîãàëîãåíèðîâàíèå íåïðåäåëüíûõ óãëåâîäîðîäîâ îòíîñèòñÿ ê ðåàêöèÿì ïðèñîåäèíåíèÿ:
Àêòèâíûì ðåàãåíòîì â äàííîì ñëó÷àå âûñòóïàþò êàòèîíû âîäîðîäà Í+, à îíè, êàê ìû òîëüêî ÷òî âûÿñíèëè, ÿâëÿþòñÿ ýëåêòðîôèëüíûìè ÷àñòèöàìè. Ñëåäîâàòåëüíî, ðåàêöèÿ ãèäðîãàëîãåíèðîâàíèÿ àëêåíîâ — ýòî ðåàêöèÿ ýëåêòðîôèëüíîãî ïðèñîåäèíåíèÿ. Ùåëî÷íîé ãèäðîëèç áðîìýòàíà ïðîòåêàåò â ñîîòâåòñòâèè ñ óðàâíåíèåì:
Ýòî òèïè÷íàÿ ðåàêöèÿ çàìåùåíèÿ. Àêòèâíîé ÷àñòèöåé â äàííîì ñëó÷àå ÿâëÿþòñÿ ãèäðîêñèä-èîíû ÎÍ-, èìåþùèå íóêëåîôèëüíûé õàðàêòåð. Çíà÷èò, ïðèâåä¸ííóþ ðåàêöèþ ñëåäóåò îòíåñòè ê ðåàêöèÿì íóêëåîôèëüíîãî çàìåùåíèÿ. Ëþáàÿ õèìè÷åñêàÿ ðåàêöèÿ ïðîòåêàåò ÷åðåç îáðàçîâàíèå ïðîìåæóòî÷íûõ ïðîäóêòîâ, ïðîõîäèò îïðåäåë¸ííûå ñòàäèè ïðåâðàùåíèÿ èñõîäíûõ âåùåñòâ â ïðîäóêòû. Ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ýòèõ ñòàäèé íàçûâàþò ìåõàíèçìîì õèìè÷åñêîé ðåàêöèè. Ðàçëè÷íûõ ìåõàíèçìîâ ðåàêöèé â îðãàíè÷åñêîé õèìèè äîñòàòî÷íî ìíîãî. Âàæíåéøèìè èç íèõ ÿâëÿþòñÿ ìåõàíèçìû ðåàêöèé: Ìåõàíèçìû ðåàêöèé îáîçíà÷àþò áóêâàìè ëàòèíñêîãî àëôàâèòà, íàïðèìåð SN, ÀÅ, SR. Ïåðâàÿ áóêâà ãîâîðèò î õàðàêòåðå ðåàêöèè ïî ïðèçíàêó ñòðóêòóðíûõ èçìåíåíèé â ìîëåêóëå ñóáñòðàòà: S (îò àíãë. substitution) — çàìåùåíèå, À (îò àíãë. addition) — ïðèñîåäèíåíèå. Ïîäñòðî÷íûé èíäåêñ óêàçûâàåò íà ïðèðîäó ðåàãåíòà, ïîä âîçäåéñòâèåì êîòîðîãî ïðîèñõîäèò ðåàêöèÿ: N — íóêëåîôèëüíûå, Å — ýëåêòðîôèëüíûå, R — ðàäèêàëüíûå ðåàêöèè. Áîëåå ïîäðîáíî íåêîòîðûå èç ýòèõ ìåõàíèçìîâ ìû ðàçáåð¸ì ïðè èçó÷åíèè êëàññîâ îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ.
Ýëåêòðîííûå ýôôåêòû â ìîëåêóëàõ îðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé îäíîé èç íàó÷íûõ ñòàòåé â 1863 ã. À. Ì. Áóòëåðîâ ïèñàë, ÷òî àòîìû âîäîðîäà, ñîåäèí¸ííûå ñ óãëåðîäîì, âåäóò ñåáÿ îòíîñèòåëüíî ðåàãåíòîâ èíà÷å, ÷åì ñîåäèí¸ííûå ñ êèñëîðîäîì. Ãèïîòåçà î âçàèìíîì âëèÿíèè àòîìîâ áûëà äîïîëíåíà è ðàñøèðåíà ó÷åíèêàìè À. Ì. Áóòëåðîâà, â ïåðâóþ î÷åðåäü Â. Â. Ìàðêîâíèêîâûì.  1869 ã. îí çàùèòèë äîêòîðñêóþ äèññåðòàöèþ «Ìàòåðèàëû ïî âîïðîñó î âçàèìíîì âëèÿíèè àòîìîâ â õèìè÷åñêèõ ñîåäèíåíèÿõ», â êîòîðîé ïîêàçàë, ÷òî îêàçûâàòü äðóã íà äðóãà âëèÿíèå ìîãóò äàæå àòîìû, íå ñâÿçàííûå äðóã ñ äðóãîì íåïîñðåäñòâåííî. Êàêèì æå îáðàçîì àòîìû â ìîëåêóëàõ âëèÿþò äðóã íà äðóãà? Èíäóêòèâíûé (èíäóêöèîííûé) ýôôåêò.  ìîëåêóëå ìåòàíîëà ôóíêöèîíàëüíàÿ ãèäðîêñèëüíàÿ ãðóïïà ñâÿçàíà ñ ìåòàëüíûì ðàäèêàëîì. Îáà ôðàãìåíòà îêàçûâàþò äðóã íà äðóãà ýëåêòðîííîå âëèÿíèå. Ãèäðîêñèëüíàÿ ãðóïïà ïðèòÿãèâàåò ê ñåáå ýëåêòðîííóþ ïëîòíîñòü êîâàëåíòíîé ñâÿçè è ïîýòîìó ÿâëÿåòñÿ àêöåïòîðîì ýëåêòðîíîâ (îò àíãë. to accept — ïðèíèìàòü) èç-çà áîëüøåé ýëåêòðîîòðèöàòåëüíîñòè êèñëîðîäà ïî ñðàâíåíèþ ñ óãëåðîäîì. Òàêîå âëèÿíèå íàçûâàåòñÿ îòðèöàòåëüíûì èíäóêòèâíûì ýôôåêòîì è îáîçíà÷àåòñÿ ñèìâîëîì —IOH. Ïîëó÷àåòñÿ, ÷òî ìåòèëüíàÿ ãðóïïà ïîäà¸ò ýëåêòðîííóþ ïàðó áîëåå ýëåêòðîîòðèöàòåëüíîìó êèñëîðîäó è ÿâëÿåòñÿ äîíîðîì (îò àíãë. to donate — îòäàâàòü), ò. å. îáëàäàåò ïîëîæèòåëüíûì èíäóêòèâíûì ýôôåêòîì (+IÑH3 ). Âðåçóëüòàòå íà àòîìå êèñëîðîäà îáðàçóåòñÿ ÷àñòè÷íûé îòðèöàòåëüíûé çàðÿä, à íà àòîìå óãëåðîäà — ÷àñòè÷íûé ïîëîæèòåëüíûé, îáîçíà÷àåìûé ñèìâîëîì δ (äåëüòà).
 ìåòàíå ïî ñðàâíåíèþ ñ ìåòàíîëîì àòîì óãëåðîäà íå èìååò δ+, ïîñêîëüêó â ìîëåêóëå îòñóòñòâóåò ãèäðîêñèëüíàÿ ãðóïïà, îáëàäàþùàÿ îòðèöàòåëüíûì èíäóêòèâíûì ýôôåêòîì. Íî è ñêîëüêî-íèáóäü çàìåòíîãî îòðèöàòåëüíîãî çàðÿäà íà àòîìå óãëåðîäà íåò, òàê êàê êîâàëåíòíàÿ ñâÿçü Ñ—Í ÿâëÿåòñÿ ìàëîïîëÿðíîé, à ýëåêòðîîòðèöàòåëüíîñòè óãëåðîäà è âîäîðîäà ðàçëè÷àþòñÿ íåçíà÷èòåëüíî.
Èíäóêòèâíûé ýôôåêò áûñòðî çàòóõàåò â öåïî÷êå àòîìîâ. Íàïðèìåð, àêöåïòîðíîå âëèÿíèå ãèäðîêñèëüíîé ãðóïïû ïðàêòè÷åñêè íå ñêàçûâàåòñÿ íà ÷åòâ¸ðòîì â öåïè óãëåðîäíîì àòîìå áóòàíîëà-1
Ìåçîìåðíûé ýôôåêò. Ñóùåñòâóþò ýëåêòðîííûå ýôôåêòû, ðàñïðîñòðàíÿþùèåñÿ íà áîëüøåå ÷èñëî àòîìîâ â öåïî÷êå. Òàêèå ýôôåêòû íàçûâàþòñÿ ìåçîìåðíûìè. Îíè ñâÿçàíû ñî ñìåùåíèåì ýëåêòðîííîé ïëîòíîñòè êðàòíûõ ñâÿçåé èëè íåïîäåë¸ííûõ ïàð ýëåêòðîíîâ. Ðàññìîòðèì ðàñïðåäåëåíèå ýëåêòðîííîé ïëîòíîñòè â ìîëåêóëå õëîðýòåíà. Àòîì õëîðà áîëåå ýëåêòðîîòðèöàòåëåí, ÷åì àòîì óãëåðîäà, è îáëàäàåò îòðèöàòåëüíûì èíäóêòèâíûì ýôôåêòîì (-IÑl). Âìåñòå ñ òåì ó õëîðà èìååòñÿ íåïîäåë¸ííàÿ ïàðà ýëåêòðîíîâ íà ð-îðáèòàëè.  íåïîñðåäñòâåííîé áëèçîñòè ñ àòîìîì õëîðà ðàñïîëîæåí àòîì óãëåðîäà â ñîñòîÿíèè sð2-ãèáðèäèçàöèè, îáðàçóþùèé çà ñ÷¸ò áîêîâîãî ïåðåêðûâàíèÿ íåãèáðèäèçîâàííîé ð îðáèòàëè äâîéíóþ ñâÿçü ñ ñîñåäíèì àòîìîì.  ðåçóëüòàòå îòòàëêèâàíèÿ îò ð-ýëåêòðîíîâ ãàëîãåíà ýëåêòðîííàÿ ïëîòíîñòü äâîéíîé ñâÿçè ñìåùàåòñÿ ê äàëüíåìó óãëåðîäíîìó àòîìó. Òàêîé ýôôåêò àòîìà õëîðà íàçûâàåòñÿ ïîëîæèòåëüíûì ìåçîìåðíûì (+ÌÑl).
 ðåçóëüòàòå ïîëîæèòåëüíîãî ìåçîìåðíîãî ýôôåêòà õëîðà äâîéíàÿ ñâÿçü ïîëÿðèçóåòñÿ, ÷òî îïðåäåëÿåò å¸ ðåàêöèîííóþ ñïîñîáíîñòü, íàïðèìåð â ðåàêöèÿõ ïðèñîåäèíåíèÿ. Ñìåùåíèå ýëåêòðîííîé ïëîòíîñòè â ðåçóëüòàòå ìåçîìåðíîãî ýôôåêòà îáîçíà÷àåòñÿ èçîãíóòûìè ñòðåëêàìè. Íà÷àëî ñòðåëêè óêàçûâàåò, êàêèå ýëåêòðîíû ñìåùàþòñÿ, à îñòðè¸ — íà ñâÿçü èëè êîíêðåòíûé àòîì, â íàïðàâëåíèè êîòîðûõ ïðîèñõîäèò ýòî ñìåùåíèå. Ìåçîìåðíûé ýôôåêò, â îòëè÷èå îò èíäóêòèâíîãî, ìîæåò ðàñïðîñòðàíÿòüñÿ íà áîëüøåå ÷èñëî àòîìîâ â öåïî÷êå. Íî äëÿ ýòîãî íåîáõîäèìî âûïîëíåíèå îäíîãî óñëîâèÿ: âçàèìîäåéñòâóþùèå íåãèáðèäèçîâàííûå ð-îðáèòàëè (îáðàçóþùèå êðàòíûå ñâÿçè èëè ñîäåðæàùèå íåïîäåë¸ííûå ïàðû ýëåêòðîíîâ) äîëæíû íàõîäèòüñÿ ó ñîñåäíèõ, ò. å. ñâÿçàííûõ ìåæäó ñîáîé, àòîìîâ óãëåðîäà. Òàêèå ñâÿçè è îðáèòàëè íàçûâàþòñÿ ñîïðÿæ¸ííûìè, à ñàì ìåçîìåðíûé ýôôåêò ÷àñòî íàçûâàþò ýôôåêòîì ñîïðÿæåíèÿ. Íàïðèìåð, äâîéíûå ñâÿçè â ìîëåêóëå íåïðåäåëüíîãî àëüäåãèäà àêðîëåèíà ÿâëÿþòñÿ ñîïðÿæ¸ííûìè: âñå òðè àòîìà óãëåðîäà è àòîì êèñëîðîäà èìåþò ð-îðáèòàëè ñ ïàðàëëåëüíûìè îñÿìè. Çà ñ÷¸ò áîëüøåé ýëåêòðîîòðèöàòåëüíîñòè àòîì êèñëîðîäà îáëàäàåò íå òîëüêî îòðèöàòåëüíûì èíäóêòèâíûì ýôôåêòîì ( - I ) , íî è «ñòÿãèâàåò» íà ñåáÿ ýëåêòðîííóþ ïëîòíîñòü π-ñâÿçè Ñ=O. Àòîì óãëåðîäà àëüäåãèäíîé ãðóïïû ïðèîáðåòàåò ÷àñòè÷íûé ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä, êîòîðûé ïî öåïè ñîïðÿæåíèÿ ñðàçó ïåðåäà¸òñÿ íà äâîéíóþ óãëåðîä-óãëåðîäíóþ ñâÿçü, âûçûâàÿ å¸ ñîîòâåòñòâóþùóþ ïîëÿðèçàöèþ. Òàêèì îáðàçîì, êàðáîíèëüíàÿ ãðóïïà
Ñîâðåìåííàÿ òåîðèÿ õèìè÷åñêîãî ñòðîåíèÿ âåùåñòâ ñòàëà ìîùíûì èíñòðóìåíòîì äëÿ ó÷¸íûõ-õèìèêîâ. Èç íàóêè ýêñïåðèìåíòàëüíîé õèìèÿ ïðåâðàòèëàñü â íàóêó ñ ïðî÷íûì òåîðåòè÷åñêèì áàçèñîì. Ïîÿâèëàñü âîçìîæíîñòü îáúÿñíÿòü è ïðîãíîçèðîâàòü ñâîéñòâà âåùåñòâ íà îñíîâàíèè ðàññìîòðåíèÿ èõ ñòðîåíèÿ, èçó÷àòü íàïðàâëåíèå è ìåõàíèçìû ïðîòåêàíèÿ ðåàêöèé. Íà îñíîâå ýòîé òåîðèè õèìèêè-îðãàíèêè ñîçäàþò âåùåñòâà è ìàòåðèàëû ñ çàðàíåå çàäàííûìè ïîëåçíûìè ñâîéñòâàìè, êîòîðûå íå òîëüêî çàìåíÿþò ïðèðîäíûå, íî è ïðåâîñõîäÿò èõ ïî ñâîèì ïîòðåáèòåëüñêèì êà÷åñòâàì. Ñî÷åòàíèå ìàòåìàòè÷åñêèõ ìåòîäîâ è òåîðèè ñòðîåíèÿ ïîçâîëÿåò êîëè÷åñòâåííî îïðåäåëèòü ñòåïåíü âëèÿíèÿ àòîìîâ äðóã íà äðóãà, ðàññ÷èòàòü ìíîãèå ïàðàìåòðû ìîëåêóë: äëèíû ñâÿçåé è âàëåíòíûå óãëû, ïîëÿðíîñòü è ýíåðãèþ õèìè÷åñêèõ ñâÿçåé, íàèáîëåå âåðîÿòíûå íàïðàâëåíèÿ ïðîòåêàíèÿ õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé. Òåì íå ìåíåå õèìèÿ íå ïåðåñòàëà áûòü è íàóêîé ýêñïåðèìåíòàëüíîé, ïðîâåðÿÿ ïðàêòèêîé ñïðàâåäëèâîñòü òåõ èëè èíûõ òåîðåòè÷åñêèõ âîççðåíèé. Òàêîå îñíîâîïîëàãàþùåå ñî÷åòàíèå òåîðåòè÷åñêîãî àíàëèçà è ïðàêòè÷åñêîãî ðàññìîòðåíèÿ ñâîéñòâ îðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé ìû è áóäåì èñïîëüçîâàòü äàëåå ïðè èçó÷åíèè îñíîâíûõ êëàññîâ îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ.
1. ×òî òàêîå ãîìîëèòè÷åñêèé è ãåòåðîëèòè÷åñêèé ðàçðûâû êîâàëåíòíîé ñâÿçè? Äëÿ êàêèõ ìåõàíèçìîâ îáðàçîâàíèÿ êîâàëåíòíîé ñâÿçè îíè õàðàêòåðíû? 2. Êàêèå ÷àñòèöû íàçûâàþò ýëåêòðîôèëàìè è íóêëåîôèëàìè? Ïðèâåäèòå ïðèìåðû ýòèõ ÷àñòèö. 3. Ðàçäåëèòå ïðèâåä¸ííûå ÷àñòèöû íà òðè ãðóïïû: ðàäèêàëüíûå, ýëåêòðîôèëüíûå è íóêëåîôèëüíûå:
4. Ê êàêèì òèïàì îòíîñÿòñÿ ðåàêöèè, óðàâíåíèÿ êîòîðûõ ïðèâåäåíû íèæå:
5. Ïîäãîòîâüòå ñîîáùåíèÿ î áèîãðàôèè è íàó÷íîì ïóòè Ê. Èíãîëüäà è Ë. Ïîëèíãà. Äëÿ ýòîãî ìîæíî âîñïîëüçîâàòüñÿ ìàòåðèàëàìè ñàéòîâ: http://www.physchem.chimfak. rsu.ru/Source/History/Persones/Ingold.html è http:// www.chem.msu.su/zorkii/istkhim/paulin.html 6. Âûñêàæèòå ïðåäïîëîæåíèå, êàêèì ýëåêòðîííûì ýôôåêòîì îáëàäàþò ãðóïïû —ÑÑl3 è —CF3. Ó êàêîé ãðóïïû ýòîò ýôôåêò âûøå? 7. Ó÷èòûâàÿ, ÷òî àëêèëüíàÿ (â ÷àñòíîñòè, ìåòèëüíàÿ) ãðóïïà îáëàäàåò ïîëîæèòåëüíûì èíäóêòèâíûì ýôôåêòîì, ñäåëàéòå ïðåäïîëîæåíèå îá îòíîñèòåëüíîé óñòîé÷èâîñòè êàðáîêàòèîíîâ:
8.  ÷¸ì ðàçëè÷èÿ ìåæäó ìåçîìåðíûì è èíäóêòèâíûì ýôôåêòîì? Êàê ýòè ÿâëåíèÿ èëëþñòðèðóþò ïîëîæåíèå òåîðèè ñòðîåíèÿ îðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé À. Ì. Áóòëåðîâà î âçàèìíîì âëèÿíèè àòîìîâ â ìîëåêóëàõ îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ? 9.  ñâåòå ïðåäñòàâëåíèé îá èíäóêòèâíîì è ìåçîìåðíîì ýôôåêòå ðàññìîòðèòå âçàèìíîå âëèÿíèå àòîìîâ â ìîëåêóëàõ âåùåñòâ, ôîðìóëû êîòîðûõ:
Ïîäòâåðäèòå ñâîè âûâîäû ïðèìåðàìè óðàâíåíèé õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé.
|
|
|