Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Химия -> Фролов В.В. -> "Химия" -> 173

Химия - Фролов В.В.

Фролов В.В. Химия: Учеб. пособие — М.: Высш. шк., 1986. — 543 c.
Скачать (прямая ссылка): chem_up_dlya_msv.pdf
Предыдущая << 1 .. 167 168 169 170 171 172 < 173 > 174 175 176 177 178 179 .. 211 >> Следующая

Основными соединениями в органической химии являются углеводороды, содержащие только два элемента: С и Н. Разног образие углеводородов обусловлено различными формами гибридизации углеродных атомов и сочетанием их в пределах молекулы одного и того же соединения.
14.2. ВОЗБУЖДЕНИЕ И ГИБРИДИЗАЦИЯ ОРБИТАЛЕЙ АТОМА УГЛЕРОДА. СТРОЕНИЕ УГЛЕВОДОРОДОВ
Углерод (С) начинает ІУА-группу периодической системы Д, И. Менделеева; его электронная формула Ь22522р2; он является р-элементом.
В отличие от своих электронных аналогов (Зі, Ое, $п, РЬ) (см. гл. 13) атом углерода способен на три устойчивые формы гибридизации своих возбужденных атомных орбиталей.
Полная гибридизация 2$'2р3 -> 2^4. Атом углерода, образуя четыре гибридные орбитали, располагает их под углом 109°28' (углы пересекающихся диагоналей куба). Если все орбитали одного атома углерода перекрываются только орбиталями других атомов углерода, то возникает кристаллическая решетка алмаза, которую мы можем рассматривать как полимер углерода (С)„. Структура кристалла алмаза обсуждалась неоднократно.
Если все орбитали атома углерода образуют ст-связи с атомами водорода, то получается молекула простейшего углеводорода — метана СН4, в которой сохраняются валентные углы и расстояния между атомами, характерные для 'атома углерода в алмазе (рис. 209).
Если не все орбитали атома углерода образуют а-связи с водородом, а часть из них затрачивается на а-связи с атомами углерода, создавая углеродные цепи, то возникает огромное число углеводородов, характеризующихся тем, что на соединение между соседними атомами углерода затрачивается
Рис. 209. Строение молекулы ме- только °Дна ^"Связь. Располагая тана СН4 все эти углеводороды по возрастаю

438
щему числу атомов углерода п, входящих в состав одной молекулы, получим так называемый гомологический ряд предельных или насыщенных углеводородов, отвечающий формуле С„Н2„ + 2. Каждый последующий член гомологического ряда отличается от предыдущего на группу атомов СН2. Образование гомологических рядов распространяется не только на углеводороды, но и на все их производные.
Схемы строения молекул первых представителей предельного ряда — алканов — приведены на рис. 209 и 210.

Рис. 210. Первые представители ряда метана:
а — этан С2Нв; б — пропан С3НВ
При значении я>4 число углеводородов резко увеличивается, так как при одном и том же числе углеродных атомов они 'могут иметь различное пространственное строение — изомерия. Так, например, для п = 5 число изомеров равно 3:
СН3~СН2— СН2—СН2—СН3 нормальный пентан СН3—СН—СН2—СН3 2-метилбутан
сн3
СН3
СН3—С—-СН3 2,2-диметилпропан или тетраметилметан
сн3
Для углеводородов состава С13Н28 число возможных изомеров равно 802.
439

а
а
Ь
Органические соединения, содержащие атом углерода, все орбитали которого соединены с различными радикалами замещающими водород, проявляют .оптическую активность, вращая плоскость поляризации. Вращение плоскости поляризованного луча происходит или в левую ( —), или в правую сторону ( + ) на одно и то же
Левовращающий Правовращающий число градусов, что со-
ния в пространстве радикалов или групп, связанных с оптически активным атомом углерода. Изомеры, вращающие плоскость поляризации влево и вправо', представляют собой как бы зеркальное отображение структур (рис. 211).
Оптически активные изомеры при синтезе того или иного соединения получаются практически одновременно и в равных количествах. В результате мы получаем вещество, не дающее вращения плоскости поляризации, — рацемическую смесь. Разделение оптических изомеров очень затрудено тем, что все остальные физические свойства у них совпадают. Небольшая полярность связи С—Н (0,132• Ю-29 Кл • м) и высокая степень симметрии связей в молекулах предельных углеводородов делают их практически неполярными.
При неполном насыщении связе#й атома углерода образуются радикалы: метил СН3', метилен СН*2', метин СН--; которые входят в состав более сложных молекул и насыщают свои связи.
Радикалы обладают иеспаренными электронами (регистрируются ЭПР), химически очень активны и в свободном виде длительно не существуют (микросекунды). Усложнение состава радикалов в ряде случаев увеличивает их устойчивость, и некоторые из них могут быть выделены в свободном виде:
Неполная гибридизация 2з!2р3 2<732р'. В этом случае атом углерода образует три гибридные орбитали, лежащие в плоскости
Рис. 211. Схема оптических изомеров
здает так называемую оптическую изомерию, зависящую от расположе-

трифенилметил
440
под утлом 120° друг к другу, и р-орбиталь, перпендикулярную плоскости. Схема такой гибридизации орбиталей атома углерода представлена на рис. 212. В этой форме гибридизации атома углерод образует свою вторую аллотропическую форму — графит. Кристаллическая решетка графита рассмотрена выше (см. гл. 4).
Один атом углерода, обладая такой системой орбиталей, не может образовать устойчивую молекулу углеводорода, и поэтому два атома С соединяются между собой, замыкая а- и я-связь и заполняя остальные а-связи атомами водорода. Образуется мо7 лекула этилена С2Н4 — простейшего непредельного водорода. Схема строения молекулы этилена показана на рис. 213.
Предыдущая << 1 .. 167 168 169 170 171 172 < 173 > 174 175 176 177 178 179 .. 211 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed