Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
Несмотря на усложнение характера взаимодействия между атомами углерода, тройная связь по своему строению ближе к линейной связи благодаря двум симметрично расположенным я-орби-талям и не вносит каких-либо новых условий для возникновения изомерии. Подвижность электронов я-связей меньше, чем при двойной связи.
Химические реакции присоединения переводят ее в двойную (а4- я) -связь.
Классификация углеводородов и других органических соединений. За основу классификации всех органических соединений принимается классификация углеводородов, так как все остальные
444
органические соединения являются их производными и образуются путем замещения атомов водорода в их молекулах другими атомами или группами атомов, вносящими свои специфические свойства. Поэтому, классифицируя углеводороды по характерным признакам строения их молекул, мы одновременно классифицируем и все остальные органические соединения.
I. Ациклические соединения. К ациклическим относятся все органические соединения с незамкнутой, или открытой, цепью.
Соединения гомологического ряда метана С,,Н2„ + 2, построенные за счет о-связей между атомами углерода, называются насыщенными или предельными углеводородами и их производными.
Все остальные гомологические ряды называются ненасыщенными или непредельными соединениями, так как у них цепь углеродных атомов может включать в себя кратные связи (а+я; а + 2я), причем число этих кратных связей может быть различным.
II. Изоциклические соединения имеют замкнутые углеродные цепи — циклы. Эту большую группу органических соединений обычно делят на две части, выделяя группу ароматических углеводородов и их производных, ввиду того что шестичленный цикл бензола обладает особым специфическим строением и большой устойчивостью:
1. Алициклические соединения Насыщенные алициклические соединения, или циклопарафины, представляют собой замкнутые цепи, состоящие из углеродных атомов, соединенных между собой только д-связью:
СН, / \
сн2 сн2-сн2 н2с сн2
иС \г СН2-СНо НоС • СНо
Н2С—СН2 * - - ч у "
хсн2
трнметилен тетра метилен гексаметилен
(циклопропан) (циклобутан) (циклогекеаи)
По существу, эти соединения не являются полностью насыщенными и изомерны с рядом этилена, имея общую формулу С„Н2я.; например: СН2=СН—-СН2—СН2—СН2—-СН3 изомер циклогексана.
Ненасыщенные алициклические соединения могут иметь кратные связи в составе цикла или боковой цепи.
2. Ароматические соединения, родоначальником которых является бензол С6Н6, характеризуются наличием шестичленного кольца, содержащего три сопряженные двойные связи (а + я):
нс сн /Ч
|| | или просто
нс сн \:л/
Строение кольца бензола определяется формой гибридизации атомных орбиталей углеродного атома q3pl и, несмотря на наличие
445
трех двойных связей, обладает очень высокой устойчивостью. Если в молекуле бензола нет замещающих водород атомов или функциональных групп, то все атомы углерода в кольце бензола равноценны и я-связи, возникающие за счет р-орбиталей гибридизиро-ванных соседних атомов, могут мигрировать между парами атомов, создавая общую молекулярную я-орбиталь. На рис. 219 схематически показано строение цикла бензола. При наличии замещенных атомов водорода и возникновении более полярных связей распределение электронов в атомах, находящихся в различных положениях от замещенного атома водорода, изменяется.
СН СИ 5 в
Рис. 219. Схема строения молекулы иензола СЙНВ и дибеи-золхрома (С6Нв)2Сг:
а — связи в кольце бензола; б — обобщенные я-связи; в — молекула дибензолхрома
Наличие обобщенных я-связей в молекуле бензола дает возможность образования соединений с металлами типа «сэндвич». Например, атом хрома может за счет внутренней перестройки образовать шесть свободных орбиталей (гл. 12):
446
3d.
Cr1
Cr"
t T t t t
Ш1
4s
Ш
4s
4p
4p
Эти свободные орбитали, взаимодействуя с я-связями С6Н6, образуют соединение дибензолхром (С6Н6)2Сг (рис. 219,0). Железо может в свободном состоянии образовать пять свободных орбита-лей, и для него известно соединение ферроцен, имеющее формулу (C6H5)2Fe. Образующиеся химические связи в таких соединениях напоминают связи в карбонилах металлов [Cr(СО)6; Fe(CO)5].
При замещении водородных атомов в кольце бензола более полярными группами (С1, ОН, NH2, N02) распределение электронов в атомах углерода, находящихся в различных положениях от замещенного атома {мета-, орто- и пара-положения), меняется и, по-видимому, симметрия обобщенных я-связей меняется также.
III. Гетероциклические соединения, К, этому типу соединений относятся вещества, молекулы которых содержат циклы, построенные из атомов С и атомов других элементов (О, S, N и т.д.). Примером таких соединений могут быть:
НС-СН
II II
НС СИ
V
фура п
НС-СН
НС^ СН N
н
пиррол
сн
/ \
НС сн
I II
НС СИ
Производные углеводородов и функциональные группы. Замена в молекуле углеводорода одного или нескольких атомов водорода на другие атомы или введение других атомов по месту кратных связей между атомами углерода резко изменяет свойства и характер органических соединений. Замыкание а-связи между углеродом и другим атомом часто приводит к введению в состав органической молекулы целой группы атомов, обладающей специфическими химическими свойствами, — функциональной группы.
