U postupku utvrđivanja geometrijski oblik kemijske čestice, važno je uzeti u obzir da se parovi valentnih elektrona glavnog atoma, uključujući i one koji ne tvore kemijsku vezu, nalaze na velikoj udaljenosti jedan od drugog u prostoru.

Značajke pojma

Pri razmatranju pitanja kovalentnih kemijskih veza često se koristi koncept hibridizacije atomskih orbitala. Ovaj pojam je povezan s usklađivanjem oblika i energije. Hibridizacija atomskih orbitala povezana je s procesom kvantne kemijske reorganizacije. Orbitale imaju drugačiju strukturu u usporedbi s izvornim atomima. Bit hibridizacije je da elektron koji se nalazi uz jezgru vezanog atoma nije određen specifičnom atomskom orbitalom, već njihovom kombinacijom s jednakim glavnim kvantnim brojem. U osnovi, ovaj se proces odnosi na više atomske orbitale bliske energije koje imaju elektrone.

Specifičnosti procesa

Vrste hibridizacije atoma u molekulama ovise o tome kako su nove orbitale usmjerene. Na temelju vrste hibridizacije može se odrediti geometrija iona ili molekule i predložiti specifična kemijska svojstva.

Vrste hibridizacije

Ova vrsta hibridizacije, kao što je sp, je linearna struktura, kut između veza je 180 stupnjeva. Primjer molekule s ovom vrstom hibridizacije je BeCl2.

Sljedeća vrsta hibridizacija - sp 2. Molekule karakteriziraju trokutasti oblik, kut između veza je 120 stupnjeva. Tipičan primjer ove vrste hibridizacije je BCl 3 .

Tip sp 3 hibridizacije pretpostavlja tetraedarsku strukturu molekule, tipičan primjer tvar s ovom opcijom hibridizacije je molekula metana CH 4 . Vezni kut u ovom slučaju je 109 stupnjeva 28 minuta.

Ne samo upareni elektroni, već i nepodijeljeni parovi elektrona izravno su uključeni u hibridizaciju.

Hibridizacija u molekuli vode

Na primjer, u molekuli vode postoje dvije polarne kovalentne veze između atoma kisika i atoma vodika. Osim toga, sam atom kisika ima dva para vanjskih elektrona, koji ne sudjeluju u stvaranju kemijske veze. Ta 4 elektronska para zauzimaju određeni prostor oko atoma kisika. Budući da svi imaju isti naboj, odbijaju se u prostoru, a elektronski oblaci nalaze se na značajnoj udaljenosti jedan od drugog. Vrsta hibridizacije atoma u ovoj tvari uključuje promjenu oblika atomskih orbitala, istegnute su i poravnate s vrhovima tetraedra. Kao rezultat toga, molekula vode dobiva kutni oblik; kut veze između kisik-vodikovih veza je 104,5 o.

Za predviđanje tipa hibridizacije može se koristiti donor-akceptorski mehanizam stvaranja kemijske veze. Zbog toga se preklapaju slobodne orbitale elementa s manjom elektronegativnošću, kao i orbitale elementa s većom električnom negativnošću, koji sadrži par elektrona. U procesu sastavljanja elektroničke konfiguracije atoma uzima se u obzir njihovo oksidacijsko stanje.

Pravila za određivanje vrste hibridizacije

Da biste odredili vrstu hibridizacije ugljika, možete koristiti određena pravila:

• identificira se središnji atom, izračuna se broj σ veza;
• postaviti oksidacijsko stanje atoma u čestici;
• snimanje elektroničke konfiguracije glavnog atoma u traženom oksidacijskom stanju;
• nacrtati dijagram raspodjele valentnih elektrona u orbitalama, sparivanje elektrona;
• odabrati orbitale koje izravno sudjeluju u stvaranju veze, pronaći nesparene elektrone (ako je broj valentnih orbitala nedovoljan za hibridizaciju, koriste se orbitale sljedeće energetske razine).

Geometrija molekule određena je tipom hibridizacije. Na njega ne utječe prisutnost pi veza. U slučaju dodatnog vezivanja moguća je promjena veznog kuta, a razlog je međusobno odbijanje elektrona koji tvore višestruku vezu. Tako se u molekuli dušikovog oksida (4) tijekom sp 2 hibridizacije vezni kut povećava sa 120 stupnjeva na 134 stupnja.

Hibridizacija u molekuli amonijaka

Nepodijeljeni par elektrona utječe na rezultirajući dipolni moment cijele molekule. Amonijak ima tetraedarsku strukturu zajedno s nepodijeljenim parom elektrona. Ionitet veza dušik-vodik i dušik-fluor je 15 i 19 posto, a duljine su određene na 101 odnosno 137 pm. Dakle, molekula dušikovog fluorida trebala bi imati veći dipolni moment, ali eksperimentalni rezultati pokazuju suprotno.

Hibridizacija u organskim spojevima

Svaka klasa ugljikovodika karakterizirana je vlastitim tipom hibridizacije. Dakle, tijekom stvaranja molekula klase alkana (zasićenih ugljikovodika), sva četiri elektrona ugljikovog atoma tvore hibridne orbitale. Kada se preklapaju, formiraju se 4 hibridna oblaka, poredana s vrhovima tetraedra. Zatim se njihovi vrhovi preklapaju s nehibridnim s-orbitalama vodika, tvoreći jednostavnu vezu. Zasićene ugljikovodike karakterizira sp 3 hibridizacija.

U nezasićenim alkenima (njihov tipični predstavnik je etilen) u hibridizaciji sudjeluju samo tri elektronske orbitale - s i 2 p; tri hibridne orbitale tvore oblik trokuta u prostoru. Nehibridne p orbitale se preklapaju, stvarajući višestruku vezu u molekuli. Ovu klasu organskih ugljikovodika karakterizira sp 2 hibridno stanje ugljikovog atoma.

Alkini se razlikuju od prethodne klase ugljikovodika po tome što su samo dvije vrste orbitala uključene u proces hibridizacije: s i p. Preostala dva nehibridna p-elektrona na svakom ugljikovom atomu preklapaju se u dva smjera, tvoreći dvije višestruke veze. Ovu klasu ugljikovodika karakterizira sp-hibridno stanje ugljikovog atoma.

Zaključak

Određivanjem tipa hibridizacije u molekuli moguće je objasniti strukturu raznih anorganskih i organskih tvari i predvidjeti moguće Kemijska svojstva specifična tvar.

Opća i BIOorganska kemija

(bilješke s predavanja)

Dio 2. Organska kemija

Za studente 1. godine Medicinskog fakulteta, smjer "Stomatologija"

Izdavačka kuća Ruskog sveučilišta prijateljstva naroda,

ODOBRENO

Znanstveno vijeće RIS-a

Rusko sveučilište prijateljstva naroda

Kovalchukova O.V., Avramenko O.V.

Opća i bioorganska kemija (bilješke s predavanja). Dio 2. Organska kemija. Za studente 1. godine Medicinskog fakulteta, smjer "Stomatologija". M.: Izdavačka kuća RUDN, 2010. 108 str.

Bilješke s predavanja studentima 1. godine Medicinskog fakulteta, smjer “Stomatologija”. Sastavljeno u skladu s programom kolegija "Opća i bioorganska kemija".

Izrađen na Zavodu za opću kemiju.

© Kovalchukova O.V., Avramenko O.V.

© Izdavačka kuća Ruskog sveučilišta prijateljstva naroda, 2010

UVOD

Bioorganska kemija je grana kemije koja je usko povezana s takvim posebnim disciplinama medicinskih fakulteta sveučilišta kao što su biokemija, farmakologija, fiziologija i molekularna biologija. To je područje znanosti koje proučava strukturu i mehanizme funkcioniranja biološki aktivnih molekula iz perspektive i koncepata organske kemije, koja utvrđuje obrasce u odnosu između strukture i reaktivnosti organskih spojeva.

Glavna pažnja u ovom tečaju posvećena je klasifikaciji organskih spojeva prema strukturi ugljikovog skeleta i prirodi funkcionalnih skupina, zakonitostima povezivanja kemijske strukture organskih molekula s prirodom njihovih reakcijskih središta, povezanosti kemijske strukture organskih molekula s prirodom njihovih reakcijskih centara. njihove elektronske i prostorne strukture s mehanizmima kemijskih transformacija.

TEORIJA KEMIJSKE GRAĐE ORGANSKIH SPOJEVA

Organski spojevi- to su ugljikovi spojevi (osim najjednostavnijih) u kojima pokazuje valenciju IV.

Organska kemija– to je kemija ugljikovodika i njihovih derivata.

Atom ugljika u organskim spojevima je u pobuđenom stanju i ima četiri nesparena elektrona:

6 S 1s 2 2s 2 2p 2 → 6 S* 1s 2 2s 1 2p 3

Ugljikov atom u pobuđenom stanju može:

1) stvaraju jake veze s drugim atomima ugljika, što dovodi do stvaranja lanaca i ciklusa;

2) zbog različite vrste hibridizacija orbitala za stvaranje jednostavnih, dvostrukih i trostrukih veza između ugljikovih atoma i s drugim atomima (H, O, N, S, P, itd.);

3) spajaju se s četiri različita atoma, što dovodi do stvaranja razgranatih ugljikovih lanaca.

Vrste hibridizacije ugljikovih atoma u organskim spojevima

sp 3 – hibridizacija

Sve četiri valentne orbitale su uključene u hibridizaciju. Vezni kut 109 o 28’ (tetraedar). Atomi ugljika tvore samo jednostavne (σ) veze – spoj je zasićen.

sp 2 – hibridizacija

Formiraju se tri hibridne i jedna nehibridna orbitala. Vezni kut 120° (ravne strukture, pravilan trokut). Hibridne orbitale tvore σ veze. Nehibridne orbitale tvore p-veze. sp 2– Hibridizacija je tipična za nezasićene spojeve s jednom p-vezom.

sp – hibridizacija

Formiraju se dvije hibridne i dvije nehibridne orbitale. Vezni kut 180° (linearne strukture). Ugljikov atom je u stanju sp-hibridizacija sudjeluje u stvaranju dvije dvostruke veze ili jedne trostruke veze.

Teorija strukture organskih spojeva formulirao 1861. A.M. Butlerov i uključuje sljedeće odredbe:

1. Svi atomi koji čine molekulu međusobno su povezani u strogo određenom nizu u skladu sa svojim valencijama. Redoslijed kojim su atomi spojeni u molekulu određuje njezinu kemijska struktura .

2. Svojstva organskih spojeva ovise ne samo o kvalitativnom i kvantitativnom sastavu tvari, već i o redu njihova povezivanja (kemijskoj strukturi molekule).

3. Atomi u molekuli međusobno utječu jedni na druge t.j. svojstva skupina atoma u molekuli mogu se mijenjati ovisno o prirodi drugih atoma koji čine molekulu. Skupina atoma koja određuje kemijska svojstva organskih molekula naziva se funkcionalna skupina .

4. Svaki organski spoj ima samo jedan kemijska formula. Poznavajući kemijsku formulu, možete predvidjeti svojstva spoja, a proučavanjem njegovih svojstava u praksi možete utvrditi kemijsku formulu.

Organska molekula

Vrste ugljičnog skeleta:

Aciklički:

· razgranati;

· normalni (linearni).

Ciklički:

· karbociklički (kruženje samo ugljikovih atoma);

· heterociklički (osim atoma ugljika, ciklus uključuje još neke atome – dušik, kisik, sumpor).

Vrste ugljikovih atoma u ugljikovodikovom lancu:

H3C-CH2-CH-C-CH3

Primarni atomi ugljika (povezani u lanac sa samo jednim atomom ugljika, terminalni je);

Sekundarni atom ugljika (povezan s dva susjedna atoma ugljika, nalazi se u sredini lanca);

Tercijarni atom ugljika (smješten na grani ugljikovog lanca, povezan s tri atoma ugljika);

Kvarterni atom ugljika (nema supstituenata osim atoma ugljika).

Funkcionalna grupa- posebna skupina atoma koja određuje kemijska svojstva spojeva.

Primjeri funkcionalne skupine:

-ON–hidroksilne skupine (alkoholi, fenoli);

C=O– karbonilna skupina (ketoni, aldehidi);

S- karboksilna skupina (karboksilne kiseline);

-NH 2 – amino skupina (amini);

-SH – tiolna skupina (tioalkoholi)

organski spoj

Atomi koji čine organski spoj mogu se na različite načine spojiti u molekule. Na primjer, spoj sastava C 2 H 6 O može odgovarati dvama kemijskim spojevima koji imaju različita fizikalna i kemijska svojstva:

Spoj organski spoj – broj atoma raznih elemenata uključen u njegovu molekulu. Izomeri– spojevi koji imaju isti sastav, ali različite kemijske strukture. Izomeri imaju različita kemijska svojstva.

Vrste izomerije

STRUKTURNA IZOMERIJA

Izomerija ugljikovog lanca:

Izomerija položaja višestrukih veza:

Međuklasna izomerija:

STEREOIZOMERIJA

Geometrijski(prostorno, cis-trans-izomerija spojeva s dvostrukim vezama):

cis-buten-2	trans-buten-2

Geometrijska izomerija moguća je ako svaki od ugljikovih atoma koji sudjeluju u stvaranju dvostruke veze ima različite supstituente. Dakle, za buten-1 CH 2 =CH–CH 2 –CH 3 geometrijska izomerija je nemoguća, jer jedan od atoma ugljika na dvostrukoj vezi ima dva identična supstituenta (atoma vodika).

Geometrijski(prostorno, cis-trans-izomerija cikličkih graničnih spojeva):

Geometrijska izomerija je moguća ako najmanje dva ugljikova atoma koji tvore prsten imaju različite supstituente.

Optički:

Optička izomerija je vrsta stereoizomerije zbog kiralnosti molekula. U prirodi postoje veze koje su povezane kao dvije ruke jedne osobe. Jedno od svojstava ovih spojeva je njihova nekompatibilnost sa svojom zrcalnom slikom. Ovo se svojstvo naziva kiralnost (od grč. « S nasljednik"- ruka).

Optička aktivnost molekula detektira se kada su izložene polariziranom svjetlu. Propusti li se polarizirani snop svjetlosti kroz otopinu optički aktivne tvari, ravnina njegove polarizacije će se zarotirati. Optički izomeri označavaju se prefiksima d-

Razgovarajmo o tome kako odrediti vrstu hibridizacije, a također razmotrimo geometrijsku strukturu molekule.

Povijest pojma

Početkom dvadesetog stoljeća L. Paulingle je predložio teoriju geometrije molekula s kovalentnom vezom. Kao osnova za nastanak veze uzeto je preklapanje elektronskih oblaka. Metoda je nazvana valentne veze. Kako odrediti vrstu hibridizacije atoma u spojevima? Autor teorije predložio je uzimanje u obzir miješanja hibridnih orbitala.

Definicija

Da bismo razumjeli kako odrediti vrstu hibridizacije u spojevima, pogledajmo što ovaj pojam znači.

Hibridizacija je miješanje elektronskih orbitala. Taj proces prati raspodjela energije u njima i promjena oblika. Ovisno o količini pomiješanih s- i p-orbitala, tip hibridizacije može biti različit. U organskim spojevima ugljikov atom može postojati u sp, sp2, sp3 stanju. Ima još složenih oblika, koji uključuju, osim sp, i d-orbitale.

Pravila za prepoznavanje anorganskih tvari u molekulama

Varijanta hibridizacije može se identificirati za spojeve s kovalentnom kemijskom vezom koji imaju tip AVP. A je glavni atom, B je ligand, n je broj od dva ili veći. U takvoj situaciji samo će valentne orbitale glavnog atoma ući u hibridizaciju.

Metode određivanja

Razgovarajmo detaljnije o tome kako odrediti vrstu hibridizacije. U kemijskom smislu, ovaj pojam podrazumijeva promjenu energije i oblika orbitala. Sličan se proces opaža u slučajevima kada se za formiranje veze koriste elektroni koji pripadaju različitim vrstama.

Da biste razumjeli kako odrediti vrstu hibridizacije, razmotrite molekulu metana. Ova tvar je prvi predstavnik homolognog niza zasićenih (zasićenih) ugljikovodika. U svemiru je molekula CH4 tetraedar. Jedan atom ugljika tvori veze s vodikovima koji su slične energije i duljine. Za formiranje takvih hibridnih oblaka koriste se tri p-elektrona i jedan es-elektron.

Četiri se oblaka miješaju i pojavljuju se četiri identične (hibridne) vrste u obliku nepravilne osmice. Ovaj tip hibridizacije naziva se sp3. Svi ugljikovodici, koji sadrže samo jednostavne (jednostruke) veze, karakteriziraju upravo ovu vrstu hibridizacije ugljikovog atoma. Vezni kut je 109 stupnjeva 28 minuta.

Nastavimo razgovor o tome kako odrediti vrstu hibridizacije. Primjeri etilenskih serija daju uvid u sp2 hibridizaciju. Na primjer, u molekuli etilena, od četiri, samo tri se koriste za stvaranje kemijske veze. Preostali nehibridni p-elektron formira dvostruku vezu.

Acetilen je najjednostavniji predstavnik klase SpN2n-2. Posebna značajka ove klase ugljikovodika je prisutnost trostruke veze. Od četiri valentna elektrona atoma ugljika, samo dva mijenjaju svoj oblik i energiju, postajući hibridna. Dva preostala elektrona sudjeluju u formiranju dviju dvostrukih veza, određujući nezasićenu prirodu ove klase organskih spojeva.

Zaključak

S obzirom na pitanje organske i hibridizacije, u ovom slučaju se uzima u obzir njihova energija i oblik. Elektron smješten u blizini jezgre vezanog atoma karakterizira skup orbitala koje imaju iste informacije o vrsti hibridizacije što omogućuje procjenu kemijskih svojstava tvari.

Hibridizacija atomskih orbitala

Američki znanstvenik L. Pauling iznio je ideju o hibridizaciji atomskih orbitala. Prema ovoj ideji, ako atom koji ulazi u kemijsku vezu ima različite atomske orbitale (AO) (s-, p-, d- ili f-AO), tada dolazi do hibridizacije AO tijekom stvaranja kemijske veze. Oni. iz različitih dd nastaju identična (ekvivalentna) dd. Atomske orbitale koje imaju slične energetske vrijednosti se hibridiziraju. Ideja AO hibridizacije je prikladna i vizualna tehnika za opisivanje složenih procesa koji se odvijaju tijekom formiranja kemijski spojevi. Oblik hibridnog AO razlikuje se od oblika izvornog AO (slika 4.3).

Riža. 4.3 . Atomska sp hibridna orbitala

U hibridnom AO gustoća elektrona se pomiče na jednu stranu od jezgre. Kada hibridna orbitala stupa u interakciju s AO drugog atoma, dolazi do preklapanja u području maksimalne gustoće elektrona, što dovodi do povećanja energije vezanja. Ovo povećanje energije vezanja kompenzira energiju potrebnu za formiranje hibridne orbitale. Kao rezultat toga, kemijske veze koje tvore hibridne orbitale su jače, a rezultirajuća molekula je stabilnija.

Ako atom ulazi u kemijsku vezu i ima jedan s- i jedan p-elektron na vanjskoj valentnoj razini, tada se u tom atomu tijekom stvaranja veze događa sp-hibridizacija AO (slika 4.4).

Riža. 4.4.Shema sp-hibridizacije

Ako atom koji ulazi u kemijsku vezu ima jedan s- i dva p-elektrona na svojoj vanjskoj ljusci, tada osim sp-hibridizacije može doći i do sp 2 hibridizacije AO tog atoma (slika 4.5).

Riža. 4.5 . Shema sp 2 hibridizacije

U atomu koji na vanjskoj ljusci ima jedan s- i tri p-elektrona, tijekom kemijske interakcije, osim sp- i sp 2 -hibridizacije, može doći i do sp 3 -hibridizacije ovih AO (sl. 4.6).

Riža. 4.6 . Shema sp 3 hibridizacije

Mogući su i složeniji tipovi hibridizacije koji uključuju d-orbitale atoma (tablica 4.3).

Kao što se može vidjeti na slikama 4.4-4.6, hibridni oblaci u svemiru nalaze se simetrično jedni u odnosu na druge, što smanjuje njihovo međusobno odbijanje i sukladno tome smanjuje energiju molekula.

Tablica 4.3

Prostorna konfiguracija nekih veza

4.1.4.2. Stvaranje σ-, π- i δ-veza

Ovisno o smjeru preklapanja elektronskih oblaka nastaju s-, p- i δ-veze .

Veza nastala preklapanjem AO duž linije koja povezuje jezgre atoma u interakciji naziva se s-veza. Sigma veza može nastati kada se preklapaju dvije s orbitale (sl. 4.7), s i p orbitale, p orbitale međusobno, d orbitale, kao i d i s orbitale, d i p orbitale, kao i preklapanje hibridnih orbitala s drugim vrstama orbitala i međusobno. Sigma veza obično obuhvaća dva atoma i ne proteže se izvan njih, tako da je to lokalizirana veza s dva središta.

s-s	p-p	p.s.
sp n -s	d-sp n	sp n -sp n

Riža. 4.7. Preklapanje atomskih orbitala tijekom stvaranja σ veza

Veza nastala preklapanjem nehibridnih p- i d-AO s obje strane linije koja povezuje atomske jezgre (lateralna preklapanja) naziva seπ - komunikacija. Pi veza može nastati preklapanjem p-p orbitala, p-d orbitala, d - d-orbitale (sl. 4.8), kao i f-p-, f-d- i f-f-orbitale.

Riža. 4.8.Preklapanje atomskih orbitala tijekom stvaranja π veza

Veza nastala preklapanjem d-orbitala u sva četiri režnja naziva se δ veza(Slika 4.9).

Prema tome, s-elementi mogu tvoriti samo σ-veze, p-elementi - σ- i π-veze, d-elementi σ-, π- i δ-veze, a f-elementi - σ-, π-, δ- pa čak i složenije veze. Zbog manjeg preklapanja AO, snaga π- i δ-veza je manja od one σ-veza.

Riža. 4.9.Smjer preklapanja atomskih d-orbitala tijekom stvaranja δ-veza

Hibridizacija– poravnanje (miješanje) atomskih orbitala ( s I R) uz nastanak novih atomskih orbitala tzv hibridne orbitale.

Atomska orbitala je funkcija koja opisuje gustoću elektronskog oblaka u svakoj točki prostora oko atomske jezgre. Elektronski oblak je područje prostora u kojem se s velikom vjerojatnošću može detektirati elektron

Sp hibridizacija

Javlja se kada se miješaju jedna s- i jedna p-orbitala. Formiraju se dvije ekvivalentne sp-atomske orbitale, smještene linearno pod kutom od 180 stupnjeva i usmjerene u različitim smjerovima od jezgre središnjeg atoma. Dvije preostale nehibridne p-orbitale nalaze se u međusobno okomitim ravninama i sudjeluju u stvaranju π veza ili zauzimaju usamljene parove elektrona.

Sp2 hibridizacija

Sp2 hibridizacija

Nastaje kada se pomiješaju jedna s- i dvije p-orbitale. Formirane su tri hibridne orbitale s osi smještenim u istoj ravnini i usmjerene na vrhove trokuta pod kutom od 120 stupnjeva. Nehibridna p-atomska orbitala je okomita na ravninu i u pravilu je uključena u stvaranje π veza

U tablici su prikazani primjeri korespondencije između najčešćih tipova hibridizacije i geometrijske strukture molekula, pod pretpostavkom da su sve hibridne orbitale uključene u stvaranje kemijskih veza (nema usamljenih elektronskih parova)

4. Elektrovalentne, kovalentne, donor-akceptorske, vodikove veze. Elektronska struktura σ i π veza. Glavne karakteristike kovalentne veze: energija veze, duljina, vezni kut, polaritet, polarizabilnost.

Ako između dva atoma ili dvije skupine atoma postoji elektrostatska interakcija koja dovodi do jakog privlačenja i stvaranja kemijske veze, tada se takva veza naziva elektrovalentni ili heteropolarni.

Kovalentna veza- kemijska veza nastala preklapanjem para oblaka valentnih elektrona. Elektronski oblaci koji omogućuju komunikaciju nazivaju se zajedničkim elektronskim parom.

Donor-akceptorska veza je kemijska veza između dva atoma ili skupine atoma, koju ostvaruje usamljeni par elektrona jednog atoma (donor) i slobodna razina drugog atoma (akceptor). Ova se veza razlikuje od kovalentne veze po podrijetlu elektronske veze.

Vodikova veza - ovo je vrsta kemijske interakcije atoma u molekuli, karakterizirana činjenicom da atom vodika, već kovalentno vezan s drugim atomima, značajno sudjeluje u njoj

σ veza je prva i jača veza koja nastaje kada se elektronski oblaci preklapaju u smjeru ravne linije koja povezuje središta atoma.

σ veze su obične kovalentne veze između atoma ugljika i atoma vodika. Molekule zasićenih ugljika sadrže samo σ veze.

π veza je slabija veza koja nastaje preklapanjem ravnina elektrona nuklearnih atoma

Elektroni π i σ veze gube svoju pripadnost određenom atomu.

Značajke σ i π veza: 1) rotacija ugljikovih atoma u molekuli je moguća ako su povezani σ vezom 2) pojava π veze lišava atom ugljika u molekuli slobodne rotacije.

Duljina veze- je udaljenost između središta vezanih atoma.

Vezni kut- je kut između dviju veza koje dijele zajednički atom.

Komunikacijska energija- energija koja se oslobađa tijekom stvaranja kemikalije. veza i njezina čvrstoća okarakterizirana

Polaritet komunikacija je zbog neravnomjerne raspodjele gustoće elektrona zbog razlika u elektronegativnosti atoma. Na temelju toga kovalentne veze dijelimo na nepolarne i polarne. Polarizabilnost veza se izražava u pomicanju veznih elektrona pod utjecajem vanjskog električnog polja, uključujući i ono druge reagirajuće čestice. Polarizabilnost je određena pokretljivošću elektrona. Polarnost i polarizabilnost kovalentnih veza određuje reaktivnost molekula prema polarnim reagensima.

5. Ionska veza (elektrovalentna) - vrlo jaka kemijska veza nastala između atoma s velikom razlikom u elektronegativnosti, u kojoj zajednički elektronski par ide prvenstveno atomu s većom elektronegativnošću. Kovalentna veza - nastaje zbog dijeljenja elektronskog para kroz mehanizam izmjene, kada svaki od atoma koji međusobno djeluju daje jedan elektron. Donorsko-akceptorska veza (koordinacijska veza) kemijska veza između dva atoma ili skupine atoma, koja se ostvaruje zahvaljujući usamljenom paru elektrona jednog atoma (donor) i slobodnoj orbitali drugog atoma (akceptor). Da bi došlo do veza, važno je da u molekulama tvari postoje atomi vodika povezani s malim, ali elektronegativnim atomima, na primjer: O, N, F. To stvara zamjetan djelomični pozitivni naboj na atomima vodika. S druge strane, važno je da elektronegativni atomi imaju usamljene parove elektrona. Kada elektronom osiromašeni atom vodika jedne molekule (akceptor) stupi u interakciju s usamljenim parom elektrona na atomu N, O ili F druge molekule (donor), nastaje veza slična polarnoj kovalentnoj vezi. Kada se u molekulama organskih spojeva stvara kovalentna veza, zajednički elektronski par zauzima vezne molekularne orbitale koje imaju nižu energiju. Ovisno o obliku MO – σ-MO ili π-MO – nastale veze se klasificiraju kao σ- ili p-tip. σ-Veza je kovalentna veza nastala preklapanjem s-, p- i hibridnih AO duž osi koja povezuje jezgre vezanih atoma (tj. aksijalnim preklapanjem AO). π-veza je kovalentna veza koja nastaje kada se nehibridni p-AO preklapaju bočno. Ovo preklapanje događa se izvan ravne linije koja povezuje jezgre atoma.
π-Veze nastaju između atoma koji su već povezani σ-vezom (stvaraju se dvostruke i trostruke kovalentne veze). π-veza je slabija od σ-veze zbog manje potpunog preklapanja p-AO. Različite strukture σ- i π-molekulskih orbitala određuju karakteristične značajke σ- i π-veza. 1.σ-veza je jača od π-veze. To je zbog učinkovitijeg aksijalnog preklapanja AO tijekom formiranja σ-MO i prisutnosti σ-elektrona između jezgri. 2. Pomoću σ-veza moguća je intramolekularna rotacija atoma, budući da oblik σ-MO omogućuje takvu rotaciju bez prekida veze (vidi animaciju. Slika dolje)). Rotacija duž dvostruke (σ + π) veze je nemoguća bez prekida π veze! 3. Elektroni na π-MO, budući da su izvan internuklearnog prostora, imaju veću pokretljivost u odnosu na σ-elektrone. Stoga je polarizabilnost π veze mnogo veća od one σ veze.

Karakteristična svojstva kovalentne veze - usmjerenost, zasićenost, polarnost, polarizabilnost - određuju kemijsku i fizička svojstva veze.

Smjer veze određen je molekularnom građom tvari i geometrijskim oblikom njezine molekule. Kutovi između dviju veza nazivaju se veznim kutovima.

Zasićenost je sposobnost atoma da tvore ograničeni broj kovalentnih veza. Broj veza koje tvori atom ograničen je brojem njegovih vanjskih atomskih orbitala.

Polarnost veze posljedica je neravnomjerne raspodjele gustoće elektrona zbog razlika u elektronegativnosti atoma. Na temelju toga se kovalentne veze dijele na nepolarne i polarne (nepolarne - dvoatomna molekula se sastoji od identičnih atoma (H 2, Cl 2, N 2) i elektronski oblaci svakog atoma raspoređeni su simetrično u odnosu na te atome. ; polarna - dvoatomna molekula sastoji se od atoma različitih kemijskih elemenata, a opći elektronski oblak se pomiče prema jednom od atoma, stvarajući tako asimetriju u raspodjeli električnog naboja u molekuli, stvarajući dipolni moment molekule).

Polarizabilnost veze izražava se pomicanjem elektrona veze pod utjecajem vanjskog električnog polja, uključujući i ono druge čestice koja reagira. Polarizabilnost je određena pokretljivošću elektrona. Polarnost i polarizabilnost kovalentnih veza određuje reaktivnost molekula prema polarnim reagensima.

6.Nomenklatura je sustav pravila koji vam omogućuje davanje nedvosmislenog naziva svakoj pojedinačnoj vezi. Za medicinu je posebno važno poznavanje općih pravila nomenklature, jer se u skladu s njima grade nazivi brojnih lijekova. Trenutno je općeprihvaćeno IUPAC sustavna nomenklatura(IUPAC - Međunarodna unija čiste i primijenjene kemije)*.

Međutim, oni su još uvijek sačuvani i široko se koriste (osobito u medicini) trivijalno(obična) i polutrivijalna imena koja su se upotrebljavala i prije nego što je struktura tvari postala poznata. Ova imena mogu odražavati prirodne izvore i metode proizvodnje, posebno značajna svojstva i primjene. Na primjer, laktoza (mliječni šećer) je izolirana iz mlijeka (od lat. laktum- mlijeko), palmitinska kiselina - iz palminog ulja, pirogrožđana kiselina se dobiva pirolizom kiseline grožđa, naziv glicerin odražava njegov slatki okus (od grč. glykys- slatko).

Prirodni spojevi posebno često imaju trivijalna imena - aminokiseline, ugljikohidrati, alkaloidi, steroidi. Korištenje nekih utvrđenih trivijalnih i polutrivijalnih naziva dopušteno je IUPAC-ovim pravilima. Takvi nazivi uključuju, na primjer, "glicerol" i imena mnogih dobro poznatih aromatskih ugljikovodika i njihovih derivata.

Racionalna nomenklatura zasićenih ugljikovodika

Za razliku od trivijalnih naziva, oni se temelje na strukturi molekula. Imena složenih struktura sastavljena su od naziva blokova onih radikala koji su povezani s glavnom najvažnijom jedinicom molekule. Prema ovoj nomenklaturi, alkani se smatraju derivatima metana u kojima su atomi vodika zamijenjeni odgovarajućim. radikali. Izbor ugljika metana je proizvoljan, pa jedan spoj može imati više naziva. Prema ovoj nomenklaturi, alkeni se smatraju derivatima etilena i alkina-acetilena.

7. Homologija organskih spojevaili zakon homologa- sastoji se u tome što se tvari iste kemijske funkcije i iste strukture međusobno razlikuju Po njihov atomski sastav samo na nCH 2, ispada da su konsolidirani u svim svojim ostalim kemijskim sastavima. karakter, a razlika u njihovim fizičkim svojstvima se povećava ili se općenito pravilno mijenja kako se povećava razlika u sastavu, određena brojem n takvih kemikalija. slični spojevi tvore tzv. homologni niz, čiji se atomski sastav svih članova može izraziti općom formulom ovisno o sastavu prvog člana niza i broju ugljikovih atoma; organske tvari istog imena, kao što su samo alkani.

Izomeri su spojevi koji imaju isti sastav, ali različitu strukturu i svojstva.

8.NucleofIlinija i elektrofIosobne reakcijeents. Reagense koji sudjeluju u reakcijama supstitucije dijelimo na nukleofilne i elektrofilne. Nukleofilni reagensi ili nukleofili daju svoj par elektrona za stvaranje nove veze i istiskuju izlaznu skupinu (X) iz RX molekule s parom elektrona koji je formirao staru vezu, na primjer:

(gdje je R organski radikal).

Nukleofili uključuju negativno nabijene ione (Hal -, OH -, CN -, NO 2 -, OR -, RS -, NH 2 -, RCOO - itd.), neutralne molekule sa slobodnim parom elektrona (na primjer, H 2 O, NH3, R3N, R2S, R3P, ROH, RCOOH), i organometalni. R - Me spojevi s dovoljno polariziranom C - Me + vezom, tj. sposobni biti donori R - karbaniona. Reakcije koje uključuju nukleofile (nukleofilna supstitucija) karakteristične su uglavnom za alifatske spojeve, na primjer hidroliza (OH -, H 2 O), alkoholiza (RO -, ROH), acidoliza (RCOO -, RCOOH), aminacija (NH - 2, NH 3 , RNH 2 itd.), cijanizacija (CN -) itd.

Elektrofilni reagensi ili elektrofili pri stvaranju nove veze služe kao akceptori para elektrona i istiskuju izlaznu skupinu u obliku pozitivno nabijene čestice. U elektrofile spadaju pozitivno nabijeni ioni (na primjer, H +, NO 2 +), neutralne molekule s nedostatkom elektrona, na primjer SO 3, i visoko polarizirane molekule (CH 3 COO - Br +, itd.), a posebno se učinkovito postiže polarizacija kompleksiranjem s Lewisovim koeficijentima (Hal + - Hal - A, R + - Cl - A, RCO + - Cl - A, gdje je A = A1C1 3, SbCl 5, BF 3 itd.). Reakcije koje uključuju elektrofile (elektrofilna supstitucija) uključuju najvažnije reakcije aromatskih ugljikovodika (primjerice, nitriranje, halogeniranje, sulfoniranje, Friedel-Craftsova reakcija):

(E + = Hal +, NO + 2, RCO +, R +, itd.)

U određenim sustavima reakcije s nukleofilima odvijaju se u aromatskom nizu, a reakcije s elektrofilima - u alifatskom nizu (najčešće u nizu organometalnih spojeva).

53. interakcija okso spojeva s organometalnim spojevima (keton ili aldehid plus organometalni)

Reakcije se naširoko koriste za proizvodnju alkohola Kada se Grignardov reagens (R-MgX) doda formaldehidu, nastaje primarni alkohol, sekundarni aldehidi nastaju od drugih aldehida, a tricijarni alkoholi nastaju od ketona.