Основы органической химии для студентов нехимических специальностей - Тейлор Г.
ISBN 5-03-000281-2
Скачать (прямая ссылка):
:0:
:0:
:0-
+ N
йГ Чо:
.N +
о. .о:
Ж .о. .о-
XIV
В соответствии с обычными правилами валентности один из атомов кислорода должен присоединяться к атому азота двойной связью, один — семиполярной (координационной) связью и один (несущий отрицательный заряд) — простой ковалентной связью. Существуют три различных способа выполнения этих требований, отличающиеся друг от друга лишь тем, какой из трех атомов кислорода является в нитрат-анионе двоесвязан-ным (два других атома кислорода неразличимы в соответствии со строением семиполярной связи). Однако это предположение оказывается неверным. С помощью ре*нтгеноструктурного анализа нитратов установлено, что длина всех грех связей N—О одинакова и, следовательно, они должны иметь идентичное электронное строение. С этой точки зрения можно говорить лишь
о том, что истинная структура нитрат-аниона есть нечто среднее между тремя приведенными выше обычными структурными формулами. Таким образом, нитрат-ион является резонансным гибридом ( = средним) трех канонических структур (общепринятых структурных формул). Для обозначения резонанса между каноническими структурами (которые могут отличаться только распределением электронов) используется двусторонняя стрелка» как показано на схеме XIV. Частицы, которые нельзя адекватно изобразить обычными структурными формулами, называются мезомерными (например, нитрат-ион — мезомерный анион).
Часто используемая для иллюстрации концепции резонанса аналогия с маятником создала довольно распространенное ложное представление о том, что резонанс — это быстрое чередование ряда крайних структур. Существенно более удачная аналогия — это приоткрытая дверь, которая находится неподвижно в промежуточном положении и имеет в известной степени свойства открытой и полностью закрытой двери (но не быстро качающейся между крайними положениями).
Форма сложных молекул. Выше было показано, что сравнительно простые молекулы имеют особую форму, обусловленную
Строение атомов и молекул
23
геометрией орбиталей, участвующих в образовании связей. В больших и сложных молекулах суммарный эффект взаимодействия по многим положениям атомных орбиталей различной конфигурации приводит к возникновению сложной трехмерной структуры молекулы. Пространственное строение молекулы может оказать существенное влияние на химические реакции и биологические свойства исследуемых соединений. Детальное рассмотрение различных аспектов трехмерной структуры молекул, «стереохимия», будет проведено позже, но уже вскоре при изучении даже довольно простых веществ и их реакций надо будет учитывать пространственное строение молекул.
Задачи
1. Из данных, приведенных в табл. 1.1, рассчитайте «практическую» относительную атомную массу лития.
2. В третьем периоде периодической системы (Na—Аг) заполняются 3s- и Зр-орбитали. Напишите электронную конфигурацию Mg, Si, S, Cl, Ar.
3. Распределите все электроны, принимающие участие в образовании связей уксусного альдегида (СН3—СН=0), по их атомным или молекулярным орбиталям. С помощью диаграмм оцените пространственный вклад электронов, находящихся во владении более чем одного ядра.
4. Аллен имеет структуру СН2=С=СН2, в которой все три углеродных атома лежат на одной прямой. Какова гибридизация центрального атома? Учитывая плоское строение этилена (СН2=СНг), что можно сказать о геометрическом расположении двух групп СН2 в аллене?
5. Изобразите канонические структуры для карбонат-аниона (СОз)2-, бикарбонат-аниона (НСОз“) и нитрит-аниона (N02“).
2
Реакции и реагенты
Взаимосвязь между строением исходных веществ и продуктов! химических реакций уже давно известна химикам-органикам. Но только сравнительно недавно стало развиваться представление о механизмах химических превращений. Понимание того,, каким образом осуществляются реакции и какие факторы определяют их направление, — наиболее важное достижение в органической химии, имеющее большое значение и для биологии. Хотя химия живой клетки иногда существенно отличается от обычной лабораторной реакции, нет никаких оснований считать,, что типы реакций и факторы, влияющие на их протекание, различны для органической химии и биологии. Биохимики уже разгадали многие важные составляющие сложной картины процессов происходящих в клетке, и обнаруженные ими закономерности в целом хорошо согласуются с обычной реакционной способностью функциональных групп.
Органическая химия — химия соединений углерода — почти исключительно посвящена изучению ковалентно построенных молекул (разд. 1.2). Отсюда следует, что органические реакции сводятся к образованию и разрыву ковалентных связей, а также к перемещению связанных электронов. Для того чтобы понять причину протекания реакции в определенном направлении, необходимо изучить факторы, влияющие на вклад электронов в ковалентные связи, а также на их способность к образованию новых связей.
