Химическая связь и взаимное влияние атомов в химических соединениях

Сентябрь 2, 2022

Главная
Алгебра
Химическая связь и взаимное влияние атомов в химических соединениях

Содержание

2. План Химическая связь Понятие и виды химической связи Локализованная химическая связь Ковалентные связи (σ- и π-
3. Химическая связь Понятие и виды химической связи Химическая связь – совокупность взаимодействий между электронами и ядрами,
4. Локализованная связь – это химическая связь, электроны которой поделены между двумя атомами. Ковалентная связь – это
5. Атомная орбиталь – это область пространства в окрестности ядра, где имеется максимальная вероятность найти данный электрон
6. Гибридизация – это смешивание двух и более АО разной формы и энергии с образованием новых АО
7. В зависимости от типа перекрывания АО различают σ-, - и π-связи. Ковалентная связь σ- типа образуется
8. Несколько примеров : sp3-Гибридизованный атом углерода в молекуле метана, имея четыре одноэлектронных σ-АО, образует четыре σ-связи
9. sp3-Гибридизованный атом азота в молекуле метиламина, имеет три одноэлектронных σ-АО и образует три σ-связи (одну с
10. sp3-Гибридизованный атом кислорода в молекуле диметилового эфира имеет две одноэлектронные σ-АО и образует две σ-связи с
11. Аналогично идет построение σ-связей у sp2- и sp- гибридизованных атомов-органогенов sp2= 1s + 2p = 3
12. Ковалентная связь π-типа образуется при боковом перекрывании р-АО двух атомов Схема образования π-связей Образование σ -
13. Образование σ- и π-связей между sp-гибридизованными атомами углерода в алкиновых фрагментах (а), углерода и азота в
14. По способу обобществления электронов (или по механизму образования) Ковалентные связи бывают Обычные (обменные) Донорно-акцепторные Обычная ковалентная
15. Донорно-акцепторные ковалентные связи образуются путем перекрывания несвязывающей двухэлектронной АО одного атома и вакантной АО другого атома.
16. Делокализованная химическая связь Делокализованная химическая связь – это ковалентная связь, молекулярная орбиталь которой охватывает более двух
17. Сопряженные системы с открытой цепью. Если две двойные связи разделены одинарной или рядом с двойной связью
18. Тот выигрыш энергии, который получается в результате эффекта сопряжения, называется энергией сопряжения, или энергией делокализации. В
19. π-π-сопряжение Образуется единая четырехцентровая π-МО с делокализованной электронной плотностью. Делокализация электронной плотности приводит к снижению энергии
20. Сопряженные системы термодинамически стабильны. Они тяжело вступают в реакции присоединения по двойным связям и плохо окисляются.
22. Сопряженные системы с замкнутой цепью. Среди таких систем наиболее важное значение имеют ароматические системы. Ароматичность –
23. Классическим примером ароматической системы является бензол. Бензол имеет замкнутый плоский σ-скелет (все атомы углерода в sp
24. Эта электронная пара не участвует в сопряжении N ∙∙ Н пиррол ∙∙ ∙ ∙ N Н
25. Все эти пятичленные гетероциклы имеют замкнутую пятицентровую π -МО, на которой содержится 6 электронов. Другими словами,
26. Ароматические системы (даже ионы) еще более устойчивы, чем системы с открытой цепью сопряжения. В обычных условиях
27. Взаимное влияние атомов в молекулах Взаимное влияние атомов в молекуле или ионе передаётся с помощью электронных
28. Электронные эффекты Электронные эффекты возникают, если в цепи ковалентно связанных атомов присутствуют неравноценные по электроотрицательности или
29. Такие заместители оказывают полярное влияние на электронную плотность атома партнера, что передается на следующие атомы. При
30. Электронные эффекты (продолжение) В зависимости от того, как передается полярное влияние заместителя по цепи ковалентно связанных
31. Индуктивный эффект – это передача полярного влияния заместителя по σ-связям в любой цепи. Например, в молекуле
32. Поскольку σ-связь плохо поляризуется, то частичные положительные заряды на каждом последующем атоме меньше, чем на предыдущем.
33. Индуктивный эффект бывает положительным и отрицательным. Если заместитель понижает электронную плотность соседних участков, то эффект этого
34. Отрицательный индуктивный эффект вызывают любые заместители, содержащие более электроотрицательные атомы по сравнению с углеродом: галогены (F,
35. Примеры СН3 δ′′+ СН2 СН2 δ+ ОН δ- - I
36. Положительным индуктивным эффектом обладают алкильные R-группы, связанные с sp2 и sp-гибридизованными атомами углерода, алкоксид-анион, оксид-анионные центры,
37. Мезомерный эффект – это передача полярного влияния атома или группы атомов по π -связям в сопряженной
38. Примеры В π-π- сопряженной системе мезомерный эффект направлен в сторону более электро отрицательного атома В р-π-
39. Знак мезомерного эффекта оценивается, исходя из графического обозначения, по тому же принципу, что и знак индуктивного
40. Электронодоноры и электроноакцепторы Заместители, обладающие -I и -М-эффектами, называются электроноакцепторами. Заместители, обладающие +I и +М-эффектами, называются
42. Скачать презентацию

Слайд 2

План
Химическая связь
Понятие и виды химической связи
Локализованная химическая связь
Ковалентные связи (σ-

и π- , обычные и донорно-акцепторные)
Водородная связь и слабые межмолекулярные взаимодействия
Делокализованная химическая связь
Сопряженные системы с открытой цепью
Сопряженные системы с замкнутой цепью
Взаимное влияние атомов в молекулах
Электронные эффекты (индуктивный, мезомерный)
Пространственные эффекты

Слайд 3

Химическая связь Понятие и виды химической связи
Химическая связь – совокупность взаимодействий между

электронами и ядрами, приводящих к соединению атомов в молекулу.

Локализованная

Делокализованная

Ковалентная (σ- и π-)

Водородная

Обычная

Донорно-акцепторная
(координационная)

Сопряженная система с открытой цепью

Сопряженная система с замкнутой цепью

Химическая связь

Слайд 4

Локализованная связь – это химическая связь, электроны которой поделены между двумя

атомами.

Ковалентная связь – это связь за счет общей пары электронов.
Образование ковалентной связи объясняют с двух позиций: метода валентных схем (ВС) и метода молекулярных орбиталей (МО).
С позиции метода ВС, образование ковалентной связи требует перекрывания атомных орбиталей (АО) двух соседних атомов и обобществления пары электронов. При этом выделяется энергия, называемая энергией связи.

Слайд 5

Атомная орбиталь – это область пространства в окрестности ядра, где имеется

максимальная вероятность найти данный электрон в данный момент времени.
Размеры АО характеризуются главным квантовым числом n (n = 1, 2, 3, …) и определяют энергетический уровень.
Форма орбиталей характеризуется орбитальным квантовым числом ℓ (ℓ = 0, 1, 2, …, n-1 для каждого n в отдельности): ℓ =0, сферическая орбиталь, обозначаемая как s-АО;
ℓ =1, гантелеобразная орбиталь, обозначаемая как p-АО, и др. Форма орбитали определяет энергетический подуровень
Для объяснения равноценности и прочности связей в молекулах , однако, потребовалась концепция гибридизации АО.

Слайд 6

Гибридизация – это смешивание двух и более АО разной формы и

энергии с образованием новых АО одинаковой формы и энергии.

Гибридные АО (σ-АО: sp, sp2, sp3) совмещают форму сферы и гантели (см. ниже) и способны к лучшему перекрыванию вдоль линии, соединяющей ядра атомов, чем чистые s- или р-АО. Так, если принять относительную эффективность перекрывания s-AO за единицу, то, согласно расчетным данным, эффективность перекрывания двух орбиталей возрастает в последовательности:
s (1,0) < p (1,72) < sp (1,93) < sp2 (1,99) < sp3(2,0).

σ-АО

Слайд 7

В зависимости от типа перекрывания АО различают σ-, - и π-связи.

Ковалентная связь σ- типа образуется при осевом перекрывании двух АО . Варианты здесь самые разные: s – s, s – σ, σ – σ
σ-АО, вступившие в σ-связь называются связывающими.
Но σ-АО могут и не вступать в связь, а иметь только неподеленные электронные пары. В этом случае они называются несвязывающими. Такое бывает, когда рядом нет частицы с вакантной АО. В противном случае, двухэлектронные σ-АО идут на образование донорно-акцепторных ковалентных связей.

Слайд 8

Несколько примеров :
sp3-Гибридизованный атом углерода в молекуле метана, имея четыре одноэлектронных

σ-АО, образует четыре σ-связи с атомами водорода

Слайд 9

sp3-Гибридизованный атом азота в молекуле метиламина, имеет три одноэлектронных σ-АО и

образует три σ-связи (одну с атомом углерода, две – с атомами водорода). Четвёртая σ-АО атома азота sp3 имеет неподеленную электронную пару и является несвязывающей

Слайд 10

sp3-Гибридизованный атом кислорода в молекуле диметилового эфира имеет две одноэлектронные

σ-АО и образует две σ-связи с двумя атомами углерода. Две другие σ-АО содержат неподеленные электронные пары и являются несвязывающими.

Слайд 11

Аналогично идет построение σ-связей у sp2- и sp- гибридизованных атомов-органогенов
sp2= 1s

+ 2p = 3 sp2 (3 σ)

sp = 1s + 1p = 2 sp (2 σ)

Слайд 12

Ковалентная связь π-типа образуется при боковом перекрывании р-АО двух атомов
Схема

образования π-связей

Образование σ - и π - связей между sp2-гибридизованными атомами углерода в алкеновых фрагментах (а), углерода и азота в иминовом фрагменте (б), углерода и кислорода в карбонильной группе (в).

Слайд 13

Образование σ- и π-связей между sp-гибридизованными атомами углерода в алкиновых фрагментах

(а), углерода и азота в циано-группе (б).

σ- и π-Связи носят также название σ- и π-молекулярных орбиталей (МО).

Слайд 14

По способу обобществления электронов (или по механизму образования)
Ковалентные связи бывают
Обычные (обменные)
Донорно-акцепторные

Обычная ковалентная связь образуется путем перекрывания одноэлектронных орбиталей (именно такую связь мы видели на всех предшествующих рисунках) . Иными словами, здесь каждый атом предоставляет в общее пользование по одному ē

Слайд 15

Донорно-акцепторные ковалентные связи образуются путем перекрывания несвязывающей двухэлектронной АО одного

атома и вакантной АО другого атома.

Образование донорно-акцепторных ковалентных связей: а) донор нейтрален, акцептор положительно заряжен; б) донор нейтрален, акцептор тоже нейтрален.

Донорно-акцепторные ковалентные связи по своим свойствам не отличаются от обычных ковалентных связей.

Слайд 16

Делокализованная химическая связь
Делокализованная химическая связь – это ковалентная связь, молекулярная орбиталь

которой охватывает более двух центров связывания.
Делокализованные связи характерны для соединений, содержащих открытые или замкнутые системы сопряжения.

Слайд 17

Сопряженные системы с открытой цепью.
Если две двойные связи разделены одинарной или

рядом с двойной связью находится атом с несвязывающей р-АО (занятой одним электроном, двумя или вакантной), то между двумя р-АО , не вступившими в локализованную π-связь, возникает дополнительное взаимодействие, которое и называется сопряжением.

Слайд 18

Тот выигрыш энергии, который получается в результате эффекта сопряжения, называется энергией

сопряжения, или энергией делокализации.
В определении «сопряжения» мы видим два условия, при которых имеет место сопряжение. Воспроизведем их на схеме (рис.на следующем слайде).

Слайд 19

π-π-сопряжение
Образуется единая четырехцентровая π-МО с делокализованной электронной плотностью. Делокализация электронной плотности приводит

к снижению энергии системы.

виниламин

π-р-сопряжение

Образуется единая трёххцентровая π-МО с делокализованной электронной плотностью.
Причем, четыре π-электрона приходится на три атома. При этом на атомах углерода электронная плотность повышается, а на атоме азота –понижается, что отражается на свойствах соответствующих реакционных центров.

Рис. Принцип образования сопряженной системы π-π и р-π - типов.

Слайд 20

Сопряженные системы термодинамически стабильны. Они тяжело вступают в реакции присоединения по

двойным связям и плохо окисляются. Причем, чем длиннее цепь сопряжения, тем больше энергия сопряжения и тем стабильнее система (молекула, ион, радикал или отдельные фрагменты указанных частиц).
Так, предшественник витамина А – β-каротин – стабильнее самого витамина А (ретинола).

Слайд 21

Слайд 22

Сопряженные системы с замкнутой цепью.
Среди таких систем наиболее важное значение

имеют ароматические системы.
Ароматичность – это частный случай сопряжения.
Ароматичность возникает тогда, когда цепь сопряжения замкнута и число электронов, участвующих в сопряжении, подчиняется правилу Хюккеля: оно равно 4n + 2 , где n – любое целое число, в том числе и нуль.

Слайд 23

Классическим примером ароматической системы является бензол.
Бензол имеет замкнутый плоский σ-скелет

(все атомы углерода в sp 2 гибридизованном состоянии),а значит и замкнутую шестицентровую π-МО,
на которой размещаются 6 электронов (рис.см. ниже). Здесь 4n + 2 = 6 ē , где n = 1 - целое число (выполнение правила Хюккеля).

Слайд 24

Эта электронная пара не участвует в сопряжении
N
∙∙

пиррол

∙∙

∙

бензол

∙∙

∙

∙∙

∙

Слайд 25

Все эти пятичленные гетероциклы имеют замкнутую пятицентровую π -МО, на которой

содержится 6 электронов.
Другими словами, их структура удовлетворяет критериям ароматичности

тиофен

∙∙

∙

Слайд 26

Ароматические системы (даже ионы) еще более устойчивы, чем системы с открытой

цепью сопряжения. В обычных условиях они не вступают в реакции присоединения и не окисляются.
Не случайно они часто встречаются в живой природе и среди фармакологически активных веществ

Слайд 27

Взаимное влияние атомов в молекулах
Взаимное влияние атомов в молекуле или

ионе передаётся с помощью электронных и пространственных эффектов.

Слайд 28

Электронные эффекты
Электронные эффекты возникают, если в цепи ковалентно связанных атомов присутствуют

неравноценные по электроотрицательности или распределению электронов атомы или группы атомов, выполняющие роль заместителей.

Слайд 29

Такие заместители оказывают полярное влияние на электронную плотность атома партнера, что

передается на следующие атомы.
При этом сам заместитель также испытывает на себе влияние окружающих фрагментов молекулы, с которыми он связан.

Слайд 30

Электронные эффекты (продолжение)
В зависимости от того, как передается полярное влияние заместителя

по цепи ковалентно связанных атомов, различают индуктивный (I ) и мезомерный (М ) эффекты.

Слайд 31

Индуктивный эффект
– это передача полярного влияния заместителя по σ-связям в

любой цепи. Например, в молекуле бутилхлорида

Слайд 32

Поскольку σ-связь плохо поляризуется, то частичные положительные заряды на каждом последующем

атоме меньше, чем на предыдущем. Таким образом, индуктивный эффект быстро затухает по цепи. И его хватает на 2 – 3 ϭ-связи.

Индуктивный эффект (продолжение)

Слайд 33

Индуктивный эффект бывает положительным и отрицательным.
Если заместитель понижает электронную плотность

соседних участков, то эффект этого заместителя считается отрицательным (-I ).

Слайд 34

Отрицательный индуктивный эффект
вызывают любые заместители, содержащие более электроотрицательные атомы по сравнению

с углеродом: галогены (F, Cl, Br, I), OH- и ОR- группы, NH2-, NHR- и NR2-группы, оксо-группа, карбоксильная группа, нитрогруппа и многие другие.

Слайд 35

Примеры
СН3
δ′′+
СН2
СН2
δ+
ОН
δ-
- I

Слайд 36

Положительным индуктивным эффектом
обладают алкильные R-группы, связанные с sp2 и sp-гибридизованными атомами

углерода, алкоксид-анион, оксид-анионные центры, атомы металлов.

Слайд 37

Мезомерный эффект
– это передача полярного влияния атома или группы

атомов по π -связям в сопряженной системе. Причем, атом, передающий эффект должен сам участвовать в сопряжении.

Слайд 38

Примеры
В π-π- сопряженной системе мезомерный эффект направлен в сторону более

электро отрицательного атома
В р-π- сопряженной системе мезомерный эффект направлен от двухэлектронной несвязывающей р-АО в сторону системы или, наоборот, от системы в сторону вакантной р-АО.

Слайд 39

Знак мезомерного эффекта оценивается, исходя из графического обозначения, по тому же

принципу, что и знак индуктивного эффекта.
Поскольку π-связи (π-МО) легко поляризуются, то мезомерный эффект, в отличие от индуктивного, не затухает по цепи связанных атомов.

Слайд 40

Электронодоноры и электроноакцепторы
Заместители, обладающие -I и -М-эффектами, называются электроноакцепторами.
Заместители, обладающие +I

и +М-эффектами, называются электронодонорами.
Если электронные эффекты заместителя разнонаправлены, например -I и +М, то преобладающим, как правило, будет +М-эффект. Такой заместитель является электронодонором.

Химическая связь и взаимное влияние атомов в химических соединениях

Содержание

План Химическая связьПонятие и виды химической связиЛокализованная химическая связьКовалентные связи (σ-

Химическая связь Понятие и виды химической связи Химическая связь – совокупность взаимодействий между

Локализованная связь – это химическая связь, электроны которой поделены между двумя

Атомная орбиталь – это область пространства в окрестности ядра, где имеется

Гибридизация – это смешивание двух и более АО разной формы и

В зависимости от типа перекрывания АО различают σ-, - и π-связи.

Несколько примеров :sp3-Гибридизованный атом углерода в молекуле метана, имея четыре одноэлектронных

sp3-Гибридизованный атом азота в молекуле метиламина, имеет три одноэлектронных σ-АО и

sp3-Гибридизованный атом кислорода в молекуле диметилового эфира имеет две одноэлектронные

Аналогично идет построение σ-связей у sp2- и sp- гибридизованных атомов-органогеновsp2= 1s

Ковалентная связь π-типа образуется при боковом перекрывании р-АО двух атомов Схема

Образование σ- и π-связей между sp-гибридизованными атомами углерода в алкиновых фрагментах

По способу обобществления электронов (или по механизму образования)Ковалентные связи бываютОбычные (обменные)Донорно-акцепторные

Донорно-акцепторные ковалентные связи образуются путем перекрывания несвязывающей двухэлектронной АО одного

Делокализованная химическая связьДелокализованная химическая связь – это ковалентная связь, молекулярная орбиталь

Сопряженные системы с открытой цепью.Если две двойные связи разделены одинарной или

Тот выигрыш энергии, который получается в результате эффекта сопряжения, называется энергией

π-π-сопряжениеОбразуется единая четырехцентровая π-МО с делокализованной электронной плотностью. Делокализация электронной плотности приводит

Сопряженные системы термодинамически стабильны. Они тяжело вступают в реакции присоединения по

Сопряженные системы с замкнутой цепью. Среди таких систем наиболее важное значение

Классическим примером ароматической системы является бензол. Бензол имеет замкнутый плоский σ-скелет

Эта электронная пара не участвует в сопряжении N ∙∙