Αμοιβαία επίδραση ατόμων σε μόρια βιοοργανικών ενώσεων. υποκατάστατα ηλεκτρονικά εφέ

Το υλικό «Ηλεκτρονικά αποτελέσματα σε μόρια οργανικών ενώσεων» προορίζεται να βοηθήσει τους δασκάλους που εργάζονται στις τάξεις 10-11. Το υλικό περιέχει ένα θεωρητικό και πρακτικό μέρος με θέμα "Θεωρία της δομής των οργανικών ενώσεων από τον N.M. Butlerov, η αμοιβαία επίδραση των ατόμων στα μόρια". Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την παρουσίαση για αυτό το θέμα.

Κατεβάστε:

Προεπισκόπηση:

Ηλεκτρονικές Επιδράσεις στα Μόρια των Οργανικών Ενώσεων

Η αντικατάσταση των ατόμων υδρογόνου σε μόρια αλκανίου από οποιοδήποτε ετεροάτομο (αλογόνο, άζωτο, θείο, οξυγόνο κ.λπ.) ή ομάδα προκαλεί ανακατανομή της πυκνότητας ηλεκτρονίων. Η φύση αυτού του φαινομένου είναι διαφορετική. Εξαρτάται από τις ιδιότητες του ετεροατόμου (την ηλεκτραρνητικότητα του) και από τον τύπο των δεσμών μέσω των οποίων διαδίδεται αυτή η επιρροή.

Επαγωγικό αποτέλεσμα

Εάν η επιρροή του υποκαταστάτη μεταφέρεται με τη συμμετοχή -δεσμών, τότε υπάρχει σταδιακή αλλαγή στην ηλεκτρονική κατάσταση των δεσμών. Αυτή η πόλωση ονομάζεταιεπαγωγικό αποτέλεσμα (I), αντιπροσωπεύεται από ένα βέλος προς την κατεύθυνση της μετατόπισης της πυκνότητας ηλεκτρονίων:

CH 3 - CH 2 Cl,

HOCH 2 -CH 2 Cl,

CH 3 - CH 2 COOH,

CH 3 -CH 2 NO 2, κ.λπ.

Το επαγωγικό αποτέλεσμα οφείλεται στην τάση ενός ατόμου ή μιας ομάδας ατόμων να παρέχει ή να έλκει την πυκνότητα ηλεκτρονίων στον εαυτό του και επομένως μπορεί να είναι θετική ή αρνητική. Ένα αρνητικό επαγωγικό αποτέλεσμα παρουσιάζουν στοιχεία που είναι πιο ηλεκτραρνητικά από τον άνθρακα, δηλ. αλογόνα, οξυγόνο, άζωτο και άλλα, καθώς και ομάδες με θετικό φορτίο στο στοιχείο που σχετίζεται με τον άνθρακα. Το αρνητικό επαγωγικό αποτέλεσμα μειώνεται από δεξιά προς τα αριστερά σε μια περίοδο και από πάνω προς τα κάτω σε μια ομάδα του περιοδικού πίνακα:

F > O > N,

F > Cl > Br > J.

Στην περίπτωση των πλήρως φορτισμένων υποκαταστατών, το αρνητικό επαγωγικό αποτέλεσμα αυξάνεται με την αύξηση της ηλεκτραρνητικότητας του ατόμου που συνδέεται με άνθρακα:

>O + - >> N +

Στην περίπτωση πολύπλοκων υποκαταστατών, το αρνητικό επαγωγικό αποτέλεσμα καθορίζεται από τη φύση των ατόμων που αποτελούν τον υποκαταστάτη. Επιπλέον, το επαγωγικό αποτέλεσμα εξαρτάται από τη φύση του υβριδισμού των ατόμων. Έτσι, η ηλεκτραρνητικότητα των ατόμων άνθρακα εξαρτάται από τον υβριδισμό των τροχιακών ηλεκτρονίων και αλλάζει προς την ακόλουθη κατεύθυνση:

Το θετικό επαγωγικό αποτέλεσμα παρουσιάζεται από στοιχεία λιγότερο ηλεκτραρνητικά από τον άνθρακα. ομάδες με συνολικό αρνητικό φορτίο. αλκυλομάδες. Το +I-effect μειώνεται στη σειρά:

(CH 3) 3 C-> (CH 3) 2 CH-> CH 3 -CH 2 -> CH 3 -> H-.

Το επαγωγικό αποτέλεσμα ενός υποκαταστάτη εξασθενεί γρήγορα καθώς το μήκος της αλυσίδας αυξάνεται.

Πίνακας 1. Συνοπτικός πίνακας υποκαταστατών και τα ηλεκτρονικά τους αποτελέσματα

μεσομερικό αποτέλεσμα

Η παρουσία ενός υποκαταστάτη με ένα ελεύθερο ζεύγος ηλεκτρονίων ή ένα κενό p-τροχιακό συνδεδεμένο σε ένα σύστημα που περιέχει p-ηλεκτρόνια οδηγεί στη δυνατότητα ανάμειξης των p-τροχιακών του υποκαταστάτη (κατειλημμένου ή κενού) με p-τροχιακά και αναδιανομής του πυκνότητα ηλεκτρονίων σε ενώσεις. Ένα τέτοιο αποτέλεσμα ονομάζεταιμεσομερής.

Η μετατόπιση της πυκνότητας των ηλεκτρονίων είναι συνήθως ασήμαντη και τα μήκη των δεσμών πρακτικά δεν αλλάζουν. Μια ασήμαντη μετατόπιση στην πυκνότητα των ηλεκτρονίων κρίνεται από τις διπολικές ροπές, οι οποίες είναι μικρές ακόμη και στην περίπτωση μεγάλων επιδράσεων σύζευξης στα ακραία άτομα του συζευγμένου συστήματος.

Το μεσομερικό φαινόμενο αντιπροσωπεύεται από ένα καμπύλο βέλος που δείχνει προς τη μετατόπιση της πυκνότητας ηλεκτρονίων:

Ανάλογα με την κατεύθυνση της μετατόπισης του νέφους ηλεκτρονίων, το μεσομερικό φαινόμενο μπορεί να είναι θετικό (+M):

και αρνητικό (-M):

Το θετικό μεσομερικό φαινόμενο (+M) μειώνεται με την αύξηση της ηλεκτραρνητικότητας ενός ατόμου που φέρει ένα μοναχικό ζεύγος ηλεκτρονίων, λόγω της μείωσης της τάσης να το εκχωρεί, καθώς και με την αύξηση του όγκου του ατόμου. Η θετική μεσομερική επίδραση των αλογόνων αλλάζει προς την ακόλουθη κατεύθυνση:

F > Cl > Br > J (+M αποτέλεσμα).

Ομάδες με μεμονωμένα ζεύγη ηλεκτρονίων σε ένα άτομο συνδεδεμένο σε μια συζευγμένη ομάδα έχουν θετική μεσομερική επίδραση.σύστημα pi:

NH 2 (NHR, NR 2 ) > OH (OR) > X (αλογόνο)(+Μ-επίδραση).

Το θετικό μεσομερικό αποτέλεσμα μειώνεται εάν το άτομο είναι συνδεδεμένο με μια ομάδα δέκτη ηλεκτρονίων:

NH2 > -NH-CO-CH3.

Το αρνητικό μεσομερικό φαινόμενο αυξάνεται με την αύξηση της ηλεκτραρνητικότητας του ατόμου και φτάνει τις μέγιστες τιμές του εάν το άτομο δέκτη φέρει φορτίο:

>C=O + H >> >C=O.

Μια μείωση στο αρνητικό μεσομερικό αποτέλεσμα παρατηρείται εάν η ομάδα δέκτη είναι συζευγμένη με μια ομάδα δότη:

ΕΡΩΤΟΛΟΓΩ- 2 (–Μ-επίδραση).

Πίνακας 2. Συνοπτικός πίνακας υποκαταστατών και τα ηλεκτρονικά τους αποτελέσματα

Υπερσύζευξη ή υπερσύζευξη

Ένα αποτέλεσμα παρόμοιο με το θετικό μεσομερικό αποτέλεσμα προκύπτει όταν ένα υδρογόνο σε έναν πολλαπλό δεσμό αντικαθίσταται από μια ομάδα αλκυλίου. Αυτό το φαινόμενο κατευθύνεται προς τον πολλαπλό δεσμό και ονομάζεται υπερσύζευξη (υπερσύζευξη):

Το αποτέλεσμα μοιάζει με ένα θετικό μεσομερές, αφού δωρίζει ηλεκτρόνια στο συζευγμένο σύστημα:

Η υπερσύζευξη μειώνεται στην ακολουθία:

CH 3 > CH 3 -CH 2 > (CH 3 ) 2 CH > (CH 3 ) 3 C.

Για την εκδήλωση της επίδρασης της υπερσύζευξης, είναι απαραίτητο να υπάρχει τουλάχιστον ένα άτομο υδρογόνου στο άτομο άνθρακα δίπλα στο σύστημα -. Η ομάδα τριτ-βουτυλίου δεν εμφανίζει αυτό το αποτέλεσμα, και επομένως το μεσομερικό της αποτέλεσμα είναι μηδενικό.

Πίνακας 3. Συνοπτικός πίνακας υποκαταστατών και τα ηλεκτρονικά τους αποτελέσματα

Προεπισκόπηση:

Επίλυση προβλημάτων σχετικά με την αντιδραστικότητα οργανικών ουσιών.

Ασκηση 1 . Τακτοποιήστε τις ουσίες κατά σειρά αυξανόμενης όξινης δραστηριότητας: νερό, αιθυλική αλκοόλη, φαινόλη.

Λύση

Η οξύτητα είναι η ικανότητα μιας ουσίας να δίνει ένα ιόν Η κατά τη διάσπαση.+ .

C 2 H 5 OH C 2 H 5 O - + H +, H 2 O H + + OH - (ή 2H 2 O H 3 O + + OH -),

C 6 H 5 OH C 6 H 5 O - + H +.

Η ισχυρότερη όξινη φύση των φαινολών σε σύγκριση με το νερό οφείλεται στην επίδραση του δακτυλίου του βενζολίου. Το μοναχικό ζεύγος ηλεκτρονίων του ατόμου οξυγόνου εισέρχεται σε σύζευξη με-ηλεκτρόνια του πυρήνα του βενζολίου. Ως αποτέλεσμα, η πυκνότητα ηλεκτρονίων του ατόμου οξυγόνου μετατοπίζεται εν μέρει στον δεσμό οξυγόνου-άνθρακα (ενώ αυξάνεται η πυκνότητα ηλεκτρονίων στις θέσεις ορθο και παρά στον πυρήνα του βενζολίου). Το ζεύγος ηλεκτρονίων του δεσμού οξυγόνου-υδρογόνου έλκεται πιο έντονα από το άτομο οξυγόνου.

Αυτό δημιουργεί ένα μεγαλύτερο θετικό φορτίο στο άτομο υδρογόνου της ομάδας υδροξυλίου, το οποίο συμβάλλει στην αποβολή αυτού του υδρογόνου με τη μορφή πρωτονίου.

Η κατάσταση είναι διαφορετική για τη διάσπαση του αλκοόλ. Ο δεσμός οξυγόνου-υδρογόνου επηρεάζεται από το θετικό μεσομερικό αποτέλεσμα (ένεση της πυκνότητας ηλεκτρονίων) από το CH 3 - ομάδες. Ως εκ τούτου, είναι πιο δύσκολο να σπάσει ο δεσμός Ο-Η στην αλκοόλη παρά σε ένα μόριο νερού και, κατά συνέπεια, στη φαινόλη.

Αυτές οι ουσίες παρατάσσονται σε οξύτητα:

C 2 H 5 OH 2 Ο 6 H 5 OH.

Εργασία 2. Τακτοποιήστε τις ακόλουθες ουσίες κατά σειρά αυξανόμενης ταχύτητας αντίδρασης με βρώμιο: αιθυλένιο, χλωροαιθυλένιο, προπυλένιο, βουτένιο-1, βουτένιο-2.

Λύση

Όλες αυτές οι ουσίες έχουν διπλό δεσμό και θα αντιδράσουν με το βρώμιο. Αλλά ανάλογα με το πού βρίσκεται ο διπλός δεσμός και ποιοι υποκαταστάτες επηρεάζουν τη μετατόπιση της πυκνότητας των ηλεκτρονίων, ο ρυθμός αντίδρασης θα είναι διαφορετικός. Εξετάστε όλες αυτές τις ουσίες ως παράγωγα του αιθυλενίου:

Το χλώριο έχει αρνητική επαγωγική επίδραση - τραβά την πυκνότητα ηλεκτρονίων από τον διπλό δεσμό και επομένως μειώνει την αντιδραστικότητά του.

Τρεις ουσίες έχουν υποκαταστάτες αλκυλίου που έχουν θετική επαγωγική δράση και επομένως έχουν μεγαλύτερη αντιδραστικότητα από το αιθυλένιο. Η θετική επίδραση του αιθυλενίου και των δύο μεθυλικών ομάδων είναι μεγαλύτερη από ένα μεθύλιο, επομένως, η αντιδραστικότητα του βουτενίου-2 και του βουτενίου-1 είναι μεγαλύτερο από το προπένιο.

Το βουτένιο-2 είναι ένα συμμετρικό μόριο και ο διπλός δεσμός C-C είναι μη πολικός. Στο βουτένιο-1, ο δεσμός είναι πολωμένος, επομένως αυτή η ένωση είναι γενικά πιο δραστική.

Αυτές οι ουσίες, κατά σειρά αύξησης του ρυθμού αντίδρασης με το βρώμιο, διατάσσονται στην ακόλουθη σειρά:

χλωροαιθένιο

Εργασία 3. Ποιο από τα οξέα θα είναι ισχυρότερο: χλωροοξικό, τριχλωροξικό ή τριφθοροξικό;

Λύση

Η ισχύς του οξέος είναι ισχυρότερη, τόσο πιο εύκολο είναι να αποσπαστεί το H+ :

CH 2 ClCOOH CF 3 COO - + H + .

Και τα τρία οξέα διαφέρουν στο ότι έχουν διαφορετικό αριθμό υποκαταστατών. Το χλώριο είναι ένας υποκαταστάτης που παρουσιάζει μια μάλλον ισχυρή αρνητική επαγωγική επίδραση (τραβά την πυκνότητα ηλεκτρονίων πάνω του), η οποία συμβάλλει στην αποδυνάμωση του δεσμού Ο-Η. Τρία άτομα χλωρίου δείχνουν αυτό το αποτέλεσμα ακόμη περισσότερο. Αυτό σημαίνει ότι το τριχλωροξικό οξύ είναι ισχυρότερο από το χλωροοξικό οξύ. Στη σειρά της ηλεκτραρνητικότητας, το φθόριο καταλαμβάνει την πιο ακραία θέση, είναι ακόμη μεγαλύτερος δέκτης ηλεκτρονίων και ο δεσμός Ο-Η είναι ακόμη πιο εξασθενημένος σε σύγκριση με το τριχλωροξικό οξύ. Επομένως, το τριφθοροξικό οξύ είναι ισχυρότερο από το τριχλωροξικό οξύ.

Αυτές οι ουσίες, κατά σειρά αυξανόμενης ισχύος του οξέος, παρατάσσονται στην ακόλουθη σειρά:

CH2ClCOOH 3 COOH 3 COOH.

Εργασία 4. Τακτοποιήστε τις ακόλουθες ουσίες κατά σειρά αυξανόμενης βασικότητας: ανιλίνη, μεθυλαμίνη, διμεθυλαμίνη, αμμωνία, διφαινυλαμίνη.

Λύση

Οι κύριες ιδιότητες αυτών των ενώσεων συνδέονται με το μοναχικό ζεύγος ηλεκτρονίων στο άτομο του αζώτου. Εάν σε μια ουσία η πυκνότητα ηλεκτρονίων αντλείται σε αυτό το ζεύγος ηλεκτρονίων, τότε αυτή η ουσία θα είναι ισχυρότερη βάση από την αμμωνία (θα λάβουμε τη δραστηριότητά της ως μονάδα), εάν η πυκνότητα ηλεκτρονίων σε μια ουσία αφαιρεθεί, τότε η ουσία θα είναι ασθενέστερη βάση από την αμμωνία.

Η ρίζα μεθυλίου έχει θετική επαγωγική επίδραση (αυξάνει την πυκνότητα των ηλεκτρονίων), που σημαίνει ότι η μεθυλαμίνη είναι ισχυρότερη βάση από την αμμωνία και η ουσία διμεθυλαμίνη είναι ακόμη ισχυρότερη βάση από τη μεθυλαμίνη.

Ο δακτύλιος βενζολίου, με το φαινόμενο σύζευξης, τραβάει την πυκνότητα των ηλεκτρονίων στον εαυτό του (φαινόμενο αρνητικής επαγωγής), επομένως η ανιλίνη είναι ασθενέστερη βάση από την αμμωνία, η διφαινυλαμίνη είναι ακόμη πιο αδύναμη βάση από την ανιλίνη.

Αυτές οι ουσίες είναι διατεταγμένες σε μια σειρά ανάλογα με τη βασικότητά τους:

Εργασία 5. Γράψτε χάρτες αφυδάτωσηςη-βουτύλιο, δευτ.-βουτύλιο και τριτ -βουτυλικές αλκοόλες παρουσία θειικού οξέος. Τακτοποιήστε αυτές τις αλκοόλες με σειρά αυξανόμενου ρυθμού αφυδάτωσης. Δώστε εξηγήσεις.

Η σταθερότητα των ενδιάμεσων ενώσεων επηρεάζει τον ρυθμό πολλών αντιδράσεων. Σε αυτές τις αντιδράσεις, οι ενδιάμεσες ουσίες είναι τα καρβοκατιόντα και όσο πιο σταθερές είναι, τόσο πιο γρήγορα προχωρά η αντίδραση.

Το τριτογενές καρβοκατιόν είναι το πιο σταθερό. Αυτές οι αλκοόλες ανάλογα με το ρυθμό της αντίδρασης αφυδάτωσης μπορούν να κατανεμηθούν στις ακόλουθες σειρές:

Η αμοιβαία επίδραση των ατόμων στα μόρια είναι η πιο σημαντική ιδιότητα των οργανικών ενώσεων, η οποία τις διακρίνει από τις απλές ανόργανες ενώσεις. Η αμοιβαία επιρροή, ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης γειτονικών ατόμων, στα οργανικά μόρια μεταδίδεται κατά μήκος της αλυσίδας των δεσμών C-C a και είναι ιδιαίτερα επιτυχής κατά μήκος της αλυσίδας των συζευγμένων δεσμών C-C και καθορίζει την επιλεκτικότητα των κέντρων αντίδρασης στο μόριο σε ορισμένα αντιδραστήρια. Προηγουμένως αναφέρθηκε ότι τα αντιδραστήρια χωρίζονται σε δοτικά ηλεκτρονίων (πυρηνόφιλα) και ηλεκτρονιοαπορροφητικά (ηλεκτρόφιλα). Θα πρέπει επίσης να προστεθεί ότι μπορεί να είναι ηλεκτρονικά όταν οι ιδιότητες παροχής ηλεκτρονίων και απόσυρσης ηλεκτρονίων αντισταθμίζονται ή απουσιάζουν εντελώς. Επιπλέον, πρέπει να γίνει διάκριση μεταξύ αντιδραστηρίων ελεύθερων ριζών (R* ή R*), μοριακών και ιοντικών. Η ταξινόμηση και οι ιδιότητες των αντιδραστηρίων θα συζητηθούν λεπτομερώς αργότερα.

Η αμοιβαία επιρροή των ατόμων προκύπτει ήδη από την κλασική θεωρία της δομής του Α.Μ. Butlerov και διατυπώθηκε για πρώτη φορά από τον μαθητή του από τη Σχολή Χημικών του Καζάν V. V. Markovnikov στη διδακτορική του διατριβή «Υλικά για την αμοιβαία επίδραση των ατόμων στις χημικές ενώσεις» (1869).

Για πρώτη φορά, ανακαλύφθηκε η αμοιβαία επίδραση των ατόμων στα μόρια των αλκενίων και στα παράγωγα αλογόνου των αλκανίων. Ο Markovnikov βρήκε ότι τα αλκένια με ασύμμετρο κέλυφος ηλεκτρονίων, για παράδειγμα CH-CH=CH,

^C \u003d CH 2, / C \u003d CH-CH 3, υδροβρώμιο προστίθεται με τέτοιο τρόπο

με τέτοιο τρόπο ώστε το HBr να δίνει το άτομο υδρογόνου του στον πιο υδρογονωμένο (με τον μέγιστο αριθμό ατόμων Η) άνθρακα:

Η αντίδραση πρακτικά δεν ακολουθεί τη δεύτερη διαδρομή

γιατί στο 2-μεθυλοπροπένιο εμφανίζεται ηλεκτρονικό εφέ επαγωγήςομάδες μεθυλίου (αλκυλίου) σε σχέση με τροχιακά 4 / l. Το φαινόμενο επαγωγής (/-επίδραση) οφείλεται στην πόλωση του νέφους α-ηλεκτρονίου στην αλυσίδα των χημικών δεσμών ατόμων με διαφορετική ηλεκτραρνητικότητα.

Κάτω από πόλωση του μορίουκατανοήσουν την ανακατανομή της πυκνότητας ηλεκτρονίων υπό τη δράση ηλεκτροστατικών δυνάμεων, στην οποία υπάρχει μερικός διαχωρισμός των «κέντρων βάρους» θετικών και αρνητικών φορτίων. Σε αυτή την περίπτωση, τα σωματίδια χαμηλής πολικότητας (που έχουν χαμηλές ηλεκτρικές ροπές διπόλων) είναι πιο επιρρεπή σε πόλωση. Ταυτόχρονα, όχι μόνο τα άτομα, αλλά και οι ατομικές ομάδες έχουν ηλεκτραρνητικότητα. Οι αλκυλομάδες έχουν σε σχέση με το α, r-τροχιακά, δηλ. άτομα

C που βρίσκεται στο 5/? 2-υβριδική κατάσταση, ικανότητα δωρεάς ηλεκτρονίων. Ως αποτέλεσμα αυτής της ηλεκτρονικής δράσης των αλκυλομάδων, το δεσμευτικό 4^-τροχιακό πολώνεται προς το δεύτερο άτομο άνθρακα.

Ως αποτέλεσμα, προκύπτουν κλασματικά φορτία C, \u003d ^ - \u003d- C 2. Ένα τέτοιο αποτέλεσμα,

πηγαίνοντας με τη μεταφορά της πυκνότητας α-ηλεκτρονίου σε άλλα άτομα, ονομάζεται +/-φαινόμενο, αφού ένα μικρό κλασματικό φορτίο 6+ προκύπτει στις ομάδες CH 3. Επομένως, το πολικό ομοιοπολικό μόριο H-Br είναι προσανατολισμένο με τέτοιο τρόπο σε σχέση με τον δεσμό n, ώστε στη στοιχειώδη πράξη, να προκύπτει πρώτα μια βραχύβια μεταβατική κατάσταση

το οποίο αρχικά μετατρέπεται σε καρβοκατιόν (CH 3) 2 C-CH 3 και Br ~, και στη συνέχεια γρήγορα και εύκολα ανασυνδυάζονται σε (CH 3) 2 C (Br) -CH 3.

Κάποιος μπορεί επίσης να εξετάσει το ζήτημα από την άποψη της σταθερότητας του καρβοκατιόντος που σχηματίζεται στη στοιχειώδη πράξη (η πιο ενεργειακά ευνοϊκή μετεγκατάσταση του θετικού φορτίου σε αυτό). Αυτή είναι μια πιο απλουστευμένη προσέγγιση, αν και η ουσία καταλήγει και πάλι στην επίδραση του ±/-ηλεκτρονικού φαινομένου, ως ο λόγος για τη σταθερότητα του τριτογενούς καρβοκατιόντος σε σύγκριση με το πρωτογενές.

Εκτός από τις ομάδες μεθυλίου και άλλων αλκυλίων, το φαινόμενο +/-, δηλαδή η ικανότητα να χάσουν ένα μικρό μέρος της πυκνότητας των ηλεκτρονίων τους, έχουν τα άτομα μετάλλων των ομάδων I - III του περιοδικού συστήματος (Li, Ca, A1, κ.λπ.), καθώς και ομάδες υδριδίου (-SiH 3, -PH 2, -BH 2, -A1H2), τα αλκυλικά τους παράγωγα (-SiR 3, -PR 2, -BR 2, -A1R 2, κ.λπ.) .

Τα παράγωγα αζώτου, οξυγόνου και αλογόνων, που έχουν υψηλότερη ηλεκτραρνητικότητα από τα άτομα C, προκαλούν πόλωση, δηλ. μετατόπιση της πυκνότητας ηλεκτρονίων των α-ηλεκτρονίων προς τα τροχιακά τους και έχουν αρνητικό επαγωγικό (-/) αποτέλεσμα. Για παράδειγμα, το χλωροφόρμιο CHC1 3, σε αντίθεση με το μεθάνιο, έχει επαρκώς υψηλή ικανότητα δότη πρωτονίων, καθώς το c-τροχιακό του δεσμού H-CC1 3 είναι έντονα πολωμένο προς τα άτομα χλωρίου. Ομοίως, η πολωτική δράση τριών ατόμων

Το χλώριο στο CC1 3 COOH μεταφέρεται στον δεσμό Ο-Η του τριχλωροξικού οξέος, με αποτέλεσμα ο δεσμός Ο-Η να είναι τόσο έντονα πολωμένος που το CC1 3 COOH, σε αντίθεση με το ασθενές οξικό οξύ CH 3 COOH, γίνεται σχετικά ισχυρό οξύ. Σε αυτά τα παραδείγματα, διεξάγεται τόσο μικρής εμβέλειας (CHC1 3) όσο και μεγάλης εμβέλειας αμοιβαία επίδραση περισσότερων ηλεκτροθετικών ή ηλεκτραρνητικών ατόμων και των ομάδων τους σε άλλα άτομα που συνδέονται με αυτά χρησιμοποιώντας α-ή n-τροχιακά. Έχει διαπιστωθεί ότι το φαινόμενο ±/- μεταδίδεται ασθενέστερα κατά μήκος της αλυσίδας των δεσμών c, πρακτικά εξασθενεί στο πέμπτο-έκτο άτομο άνθρακα, ενώ ο συζευγμένος δεσμός n μεταδίδει ελεύθερα το φαινόμενο ±/- στο τελικό άτομο του συζευγμένη αλυσίδα.

Ο μηχανισμός της εύκολης μετάδοσης στα n-συστήματα του ±/-φαινομένου δεν έχει διερευνηθεί. Μπορεί να υποτεθεί ότι οφείλεται στον αποτοπισμό των n-ηλεκτρονίων, στην υψηλή κινητικότητά τους κατά μήκος ολόκληρης της συζευγμένης αλυσίδας των n-ηλεκτρονίων, ως αποτέλεσμα της οποίας το (5+)- ή (b-)-φόρτιση στον άνθρακα άτομο που σχετίζεται με το άτομο επαφής της λειτουργικής ομάδας, το οποίο επάγει αυτό το κλασματικό φορτίο "σβήνεται" από τη μετατόπιση του γενικευμένου νέφους π-ηλεκτρονίου σε αυτό το άτομο και το μέγιστο (S±) φορτίο εμφανίζεται στο τελικό άτομο του n-σύστημα. Ένας τέτοιος μέγιστος διαχωρισμός (8+)- και (8-)-φορτίων είναι ενεργειακά ευνοϊκός, καθώς επιτρέπει στα ηλεκτρόνια να χρησιμοποιούν το μέγιστο χώρο.

Η αμοιβαία επίδραση των ατόμων στις αντιδράσεις απομάκρυνσης (από τα αγγλικά, εξάλειψη - εξάλειψη) απλών σταθερών μορίων είναι περίεργη, καθώς η προσθήκη στοιχείων λειτουργικών ομάδων που βρίσκονται σε γειτονικά άτομα άνθρακα:

Η εξάλειψη του HBr (HC1, HI) σύμφωνα με τον κανόνα που καθιέρωσε ο A. M. Zaitsev, μαθητής του A. M. Butlerov, συμβαίνει αντίθετα με τον κανόνα προσθήκης Markovnikov, δηλ. το άτομο Η απομακρύνεται μαζί με το Br από το λιγότερο υδρογονωμένο άτομο άνθρακα. Ομοίως, το H20 διασπάται από αλκοόλες και υδροξείδια τεταρτοταγών αμινών. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα δεσμευτικά α-τροχιακά των δευτερευόντων δεσμών C-H είναι πολύ λιγότερο σταθερά (βρίσκονται υψηλότερα σε ενέργεια) από τα c-τροχιακά των πρωτογενών δεσμών C-H. Ακόμα λιγότερο

τριτογενή - Τα τροχιακά Η «C» είναι σταθερά, τα οποία δωρίζουν υδρογόνο στον εξερχόμενο εταίρο (Br, OH) με μέγιστη ευκολία. Οι ενέργειες των δεσμών C-H είναι: πρωτογενείς 414, δευτερογενείς 393 και τριτογενείς 376 kJ/mol. Όπως φαίνεται, η σταθερότητα της σύνδεσης 4^" n MO διαφέρει πολύ σημαντικά.

Αυτό οφείλεται στη μεγαλύτερη ηλεκτραρνητικότητα του ατόμου άνθρακα (σύμφωνα με το Pauling 2.5) από το υδρογόνο (2.1). Το τριτογενές άτομο άνθρακα ξοδεύει τρεις από τους δεσμούς του σε περισσότερους ηλεκτραρνητικούς γείτονες, το δευτερεύον - σε δύο, ενώ το πρωτεύον άτομο C ξοδεύει μια ελάχιστη χημική συγγένεια σε έναν δεσμό άνθρακα και μια μέγιστη σε ένα άτομο 3Η.

Ένας άλλος σημαντικός τύπος αμοιβαίας επιρροής των ατόμων είναι η μετατόπιση Π-πυκνότητα ηλεκτρονίων σε ένα πιο ηλεκτραρνητικό άτομο ή ομάδα ατόμων. Εάν, εκτός από τα α-ηλεκτρόνια, υπάρχουν και ηλεκτρονικά ηλεκτρόνια στην αλυσίδα των δεσμευμένων ατόμων, τότε η εισαγωγή ενός ατόμου που δίνει περισσότερο ηλεκτρόνιο ή που αποσύρει ηλεκτρόνια στο συζευγμένο σύστημα r τέτοιων ατόμων θα προκαλέσει πόλωση του n-σύστημα. Για παράδειγμα, 1,3-βουταδιένιο, 2-μεθυλ-1,3-βουταδιένιο (ισοπρένιο) και 2-χλωρο-1,3-βουταδιένιο (χλωροπρένιο):

Στο βουταδιένιο, υπάρχει αμοιβαία επίδραση των ατόμων άνθρακα με δεσμό α λόγω της παρουσίας ηλεκτρονίων p σε αυτά (p-συμμετρία). Όπως προκύπτει από τα παραπάνω, μια τέτοια αμοιβαία επίδραση ακόρεστων ατόμων ονομάζεται n, n-σύζευξη ή n-σύζευξη. Η εισαγωγή μιας ομάδας CH 3 που δίνει α-ηλεκτρόνια σε ένα τέτοιο συζευγμένο σύστημα πολώνει το n-σύστημα και οδηγεί σε αύξηση των τάξεων δεσμών στη συζευγμένη αλυσίδα, ενώ η πόλωση του α, n-συστήματος βουταδιενίου στο η εισαγωγή ενός ισχυρού δέκτη ηλεκτρονίων (άτομο C1), ο οποίος έχει ταυτόχρονα την ικανότητα να εισέρχεται σε r-σύζευξη, μεταφέροντας εν μέρει το ζεύγος ηλεκτρονίων του στο τροχιακό, οδηγεί σε

τελικά σε μείωση των εντολών δεσμών στο συζευγμένο n-σύστημα. Ως εκ τούτου προκύπτει ότι το -/-επίδραση του ατόμου χλωρίου σε σχέση με το σύστημα n συζευγμένου διενίου είναι πολύ μεγαλύτερο από το +C-επίδρασή του (φαινόμενο θετικής σύζευξης). Η πόλωση συζευγμένων n-συστημάτων από υποκαταστάτες που δότες ηλεκτρονίων (ED) ή έλκουσες ηλεκτρονίων (EA) αλλάζει επίσης το WIS και οδηγεί στην εμφάνιση μικρών κλασματικών φορτίων στα άτομα. Το μεγαλύτερο αρνητικό (-CH 3) ή θετικό (-C1) φορτίο θα βρίσκεται στην αλυσίδα βουταδιενίου C 4.

Από τα παραπάνω παραδείγματα, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι τα οργανικά μόρια έχουν αμοιβαία επίδραση χημικά συνδεδεμένων ατόμων διαφόρων τύπων. Αυτή η επιρροή εκφράζεται με τη μορφή διαφόρων ηλεκτρονικών επιδράσεων (ηλεκτρονικές επιρροές, δράσεις, μετατοπίσεις), τη δράση ηλεκτρικών πεδίων στενά απεχόντων ατόμων μεταξύ τους (εφέ πεδίου, ±F-αποτέλεσμα) και χωρικά εμπόδια (στερικές επιδράσεις, ± β-επίδραση), που προκύπτει σε χημικές αντιδράσεις ως αποτέλεσμα διαλογής των κέντρων αντίδρασης των μορίων από άτομα.

Είναι σύνηθες να γίνεται διάκριση μεταξύ του φαινομένου επαγωγής (±/-επίδραση) και του φαινομένου σύζευξης (±C-effect). Οι επαγωγικές επιδράσεις, που υποδηλώνονται με πρόσημα (+) ή (-) ανάλογα με την ικανότητα δότη α-ηλεκτρονίου ή δέκτη, εκδηλώνονται ξεκάθαρα στις ιδιότητες οξέος-βάσης των μορίων. Έτσι, όλα τα αλογονοοξικά οξέα είναι ισχυρότερα από τα οξικά, αφού τα αλογόνα πολώνονται

όλοι οι δεσμοί st κατά μήκος της αλυσίδας G-CH ^-, προκαλώντας μείωση της σειράς δεσμών

О-Н και αύξηση της πολικότητας του και, κατά συνέπεια, η ικανότητα διαχωρισμού του Н +. Η πόλωση του δεσμού Ο-Ν, N-H, S-H ονομάζεται πρωτονίωση του και οδηγεί σε αύξηση της διάστασης οξέος (ανάπτυξη Κ Λείναι σταθερές διάστασης οξέος). Όλοι οι υποκαταστάτες - ηλεκτρονικοί αποδέκτες - ενεργούν παρόμοια. Όλοι οι δότες ηλεκτρονίων που αντικαθιστούν το άτομο Η στη μεθυλική ομάδα του οξικού οξέος ενεργούν με τον αντίθετο τρόπο, μειώνοντας Κ Λ.Η δράση των ενεργών ηλεκτρονίων υποκαταστατών (δότες και δέκτες, δηλ. λειτουργικοί

ομάδες F, στα βασικά κέντρα (-B) μορίων απλού τύπου (B-R-F) είναι αντίθετη από την επίδραση στα κέντρα οξέος (-O-H, κ.λπ.). Ομοίως, η επίδραση των υποκαταστατών ED και EA στις αντιδράσεις πυρηνόφιλης υποκατάστασης, όταν μια λειτουργική ομάδα δότη ηλεκτρονίων (F ") αντικαθίσταται από μια άλλη

Στην περίπτωση αυτή, η διάσπαση του δεσμού του υπολείμματος υδρογονάνθρακα (R) με το άτομο επαφής της λειτουργικής ομάδας (F") συμβαίνει λόγω μείωσης της τάξης του δεσμού F^-R και της πόλωσής του ως αποτέλεσμα η επίθεση του F" από το ζεύγος ηλεκτρονίων του:

Ως αποχωρούσα ομάδα Φ" μπορεί να υπάρχουν οποιεσδήποτε ομάδες βασικής φύσης, όπως SG, Br", G, NCS", NOj, HSO; κ.λπ., και ως εισερχόμενη ομάδα μπορεί ήδη να καταχωρηθεί (Φ"), καθώς και όπως NH2, SH", SR", RCOO", HSOj, HPO^ και τα παρόμοια, δηλ. ισχυρότερα πυρηνόφιλα.

Οποιοσδήποτε υποκαταστάτης μπορεί να δράσει ως συνοδευτική ομάδα (F) ομοιοπολικά συνδεδεμένη με ένα υπόλειμμα υδρογονάνθρακα R μη αρωματικής φύσης. Συνήθως αυτά είναι άτομα Η, CH 3 και άλλα αλκύλια, C 6 Hs- και τα υπολείμματα οποιωνδήποτε άλλων αρένων. Πιο πολύπλοκες περιπτώσεις υποκατάστασης έχουν μελετηθεί ελάχιστα και δεν έχουν αναπτυχθεί θεωρητικά.

Σε μόρια και άλλα μοριακά σωματίδια (ιόντα, ελεύθερες ρίζες) που περιέχουν περισσότερα από τρία n-τροχιακά στην αλυσίδα, προκύπτουν φαινόμενα σύζευξης. Οφείλονται, όπως υποδείχθηκε στο παράδειγμα του υποκατεστημένου βουταδιενίου, στην αλληλεπίδραση δύο ή περισσότερων n-συστημάτων παρόμοιας ή διαφορετικής φύσης (CH 2 \u003d CH-, CH \u003d C-ομάδες) ή n-συστημάτων (για παράδειγμα, CH 2 \u003d CH-, QH5- κ.λπ.) με αντιδραστικά άτομα ή ομάδες

άτομα που έχουν τροχιακά: 1) pz -ή dK-; 2) γεμάτο με ένα ηλεκτρόνιο ή ένα ζεύγος ηλεκτρονίων. 3) απαλλαγμένο από ηλεκτρόνια. Παραδείγματα τέτοιων

άτομα ή οι ομάδες τους μπορεί να είναι -CH2, -CH2, -CH2, -CH-, -CH,;

CH -, πολλά ετεροάτομα (μη μέταλλα και μέταλλα) και οι ομάδες τους, για παράδειγμα, \u003d 0, -0-, "OH, -NH 2, -NH-, -N \u003d, -SH, -S-, και τα λοιπά.

Παραδείγματα PC-και n-συζευγμένα συστήματα έχουν ήδη δοθεί. Μεταξύ των πιο κοινών και σημαντικών, θα αναφέρουμε όπως:

Στη ρίζα αλλυλίου, ως αποτέλεσμα της σύζευξης τριών n-ηλεκτρονίων, η πυκνότητα σπιν που δημιουργείται από το ασύζευκτο ηλεκτρόνιο κατανέμεται και στα τρία άτομα άνθρακα, επικρατώντας στα ακραία άτομα (-0,622) και ανέρχεται σε +0,231 στη μέση άτομο άνθρακα. Αυτά τα στοιχεία, που αντικατοπτρίζουν το παρόν, μακριά από την τέλεια κατάσταση της θεωρίας των κβαντοχημικών υπολογισμών σύνθετων μορίων, δείχνουν ότι ο υπολογισμός δεν μπορεί να δώσει τις απόλυτες τιμές των ποσοτήτων. Τα παραπάνω σχήματα δεν έχουν νόημα από μόνα τους, αν όχι και παράλογα, αφού είναι φυσικό η πυκνότητα σπιν που δημιουργείται σε ένα συζευγμένο σύστημα από ένα μόνο ασύζευκτο ηλεκτρόνιο να μην διακόπτεται από κανένα άτομο και να είναι ίση με τη μονάδα συνολικά. Από τα παραπάνω σχήματα προκύπτει ότι το ηλεκτρόνιο χωρίζεται σε δύο μέρη που δεν αλληλεπιδρούν, αφού δεν υπάρχει πυκνότητα ηλεκτρονίων από ένα μη ζευγαρωμένο ηλεκτρόνιο στο μέσο άτομο άνθρακα. Όμως, παρά την ατέλεια της σύγχρονης συσκευής υπολογισμού σύνθετων μορίων, τα δεδομένα που δίνονται δείχνουν ότι το άθροισμα των πυκνοτήτων σπιν (2-0,622) - 0,231 είναι κοντά στο 1 και ότι είναι ενεργειακά πιο κερδοφόρο για ένα ηλεκτρόνιο να καταλαμβάνει το μέγιστο χώρο με τη μέγιστη κατανομή της πυκνότητας σπιν ηλεκτρονίων στα ακραία άτομα του συζευγμένου συστήματος.

Είναι ακόμη πιο δύσκολο να κατανοήσουμε τα αποτελέσματα του υπολογισμού της κατανομής πυκνότητας σπιν στη ρίζα βενζυλίου

Από το παραπάνω διάγραμμα φαίνεται ότι το έλλειμμα πυκνότητας ηλεκτρονίων στον υπολογισμό έφτασε τις 0,2 μονάδες. φορτίο ενός ηλεκτρονίου.

Λόγω αυτού, η ρίζα σταθεροποιείται σημαντικά. Στο κατιόν βενζυλίου, το κενό p-τροχιακό αλληλεπιδρά με το HOMO, δηλ. H *, - τροχιακό με τη μεταφορά της πυκνότητας α- και n-ηλεκτρονίου από τον πυρήνα του βενζολίου, ειδικά από ορθο- και λδρυα-διατάξεις. Σε αυτή την περίπτωση, 5" + 38 = 1. Ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας αμοιβαίας επιρροής των α-, n-τροχιακών, η αντιδραστικότητα του δακτυλίου βενζολίου με τα ηλεκτροφιλικά αντιδραστήρια μειώνεται με τον ισχυρότερο τρόπο και με τα πυρηνόφιλα αντιδραστήρια, αντίθετα, Αυξάνεται πολύ.Αποτοπισμός της (+) φόρτισης r r

τα τροχιακά σταθεροποιούνται αισθητά από το καρβοκατιόν C 6 H 5 CH 2 .

Στο ανιόν τριφαινυλομεθυλίου (C 6 H 5) 3 C ', το οποίο έχει επίπεδη δομή και λαμπερό (κόκκινο κερασιό) χρώμα ως αποτέλεσμα la-σύζευξης του γεμισμένου rg - τροχιακού του ατόμου άνθρακα του μεθυλίου με HBMO (δηλαδή H ** ε) πυρήνες βενζολίου,

Το αρνητικό φορτίο μετατοπίζεται κατά μήκος ορθο- και λαρδί-θέσεις πυρήνων βενζολίου. Λόγω αυτής της αμοιβαίας επιρροής των ατόμων, το καρβανιόν σταθεροποιείται έντονα και οι πυρήνες του βενζολίου αποκτούν την ικανότητα να αλληλεπιδρούν πολύ εύκολα ακόμη και με ασθενείς δέκτες ηλεκτρονίων (1 2, πυριδίνη, C 6 H 5 N0 2, κ.λπ.).

Το χλωριούχο βινύλιο είναι ένα παράδειγμα σύζευξης mt μεταξύ ενός μη δεσμευτικού τροχιακού (p C |, που φέρει ένα ζεύγος ηλεκτρονίων p, και ενός δεσμού 71. Ως αποτέλεσμα, ο δεσμός C-C 1 γίνεται αισθητά ισχυρότερος (κατά 12 kJ / mol) και ελαφρώς μικρότερο Το άτομο αλογόνου γίνεται ελαφρώς αντιδραστικό σε αντιδράσεις υποκατάστασης με αλκάλια. Παρακάτω είναι το ενεργειακό διάγραμμα της σύνδεσης MO του χλωριούχου βινυλίου (Εικ. 2.21). Το ενεργειακό κέρδος της σύζευξης mt εμφανίζεται σε

Ρύζι. 2.21. Σύνδεση MO από βινυλοχλωρίδιο (σύζευξη ll)

ως αποτέλεσμα της αύξησης της λεγόμενης περιοχής παραμονής των mt-ηλεκτρονίων λόγω της μετεγκατάστασής τους. Για τα n-ηλεκτρόνια CH 2 = CH-, το 3^-τροχιακό του χλωρίου μπορεί να είναι μια αδύναμη δεξαμενή μετεγκατάστασης. Μια κατάσταση σύζευξης mt παρόμοια με το χλωριούχο βινύλιο εμφανίζεται στο μόριο του χλωροβενζολίου QHs-Cl, της ανιλίνης С6Н5-НН 2, της φαινόλης QHs-OH:

όπου το Χ είναι ετεροάτομο.

Αξίζει σοβαρή προσοχή ο τρίτος τύπος αμοιβαίας επιρροής των ατόμων στα μόρια, που ονομάζεται φαινόμενο πεδίου (^-φαινόμενο). Η έννοια του εφέ πεδίου είναι λιγότερο καλά αναπτυγμένη από τα εφέ /- και C-.

Προς το παρόν, το φαινόμενο πεδίου νοείται ως η δράση ενός στατικού ηλεκτρικού φορτίου ιονισμένων ατόμων που συνθέτουν ένα μόριο, ή μεγάλων κλασματικών φορτίων διπόλων πολωμένων δεσμών σε γειτονικά ή γειτονικά άτομα του ίδιου μοριακού σωματιδίου.

Ένα παράδειγμα θα ήταν μόρια με ημιπολικό δεσμό, για παράδειγμα ++

CH3 - S-CH3 (διμεθυλοσουλφοξείδιο), (C2H5)3N-O (οξείδιο τριαιθυλαμίνης),

μόρια με πλήρη διαχωρισμό φορτίου λόγω ισχυρών ενδομοριακών

αλληλεπιδράσεις οξέος-βάσης, όπως, για παράδειγμα, NH-CH 2 - COO (γλυκίνη) και όλα τα άλλα αμινοξέα και σύμπλοκα, εξαιρετικά πολικά mole n -l / 2

Ψύχει, για παράδειγμα, C 6 H-_ 1/2 (νιτροβενζόλιο) ή ιόντα (C 2 H 5) 4 N (τετρααιθυλο-

αμμώνιο), C 2 H 5 - N \u003d N (βενζολοδιαζώνιο), (C 2 H 5) 2 OH (διαιθυλυδροξόνιο),

ιόντα πολύπλοκων ενώσεων - κατιόντα και ανιόντα, μεταξύ των οποίων μπορεί κανείς να ονομάσει [Co (YH 2 CH 3) 6] 3+ (εξαμεθυλαμίνη κοβαλτίου), * ~ (ferricia-

nid), Fe(C5H5)2 (κατιόν φερρικινίου), (νικέλιο διμεθυλγλυοξιμίνη).

Ο αριθμός των γνωστών ενώσεων αυτής της δομής είναι απείρως μεγάλος. Υπό την επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου των σημειακών φορέων φορτίου, οι γειτονικοί χημικοί δεσμοί πολώνονται, με αποτέλεσμα να αλλάζουν οι χημικές ιδιότητες των δεσμευμένων ατόμων και των ατομικών ομάδων που βρίσκονται σε άμεση γειτνίαση με την πηγή φορτίου. Σε αυτή την περίπτωση, το φαινόμενο F έχει πολύ μεγαλύτερη δράση μακράς εμβέλειας από το ομοιοπολικό /-φαινόμενο. Η επίδραση του ηλεκτρικού φορτίου εκτείνεται σε απόσταση έως και 3 nm.

Σε έναν αριθμό πολύπλοκων μορίων που περιέχουν στο συζευγμένο σύστημα λειτουργικές ομάδες επιρρεπείς σε ιονισμό (διάσταση οξέος-βάσης) σε διαλύματα πολικών διαλυτών ικανών για αλληλεπιδράσεις δότη-δέκτη, το φορτίο μετατοπίζεται σε ολόκληρο το μόριο ή τα επιμέρους μέρη του.

Ένα παράδειγμα απλού σωματιδίου αυτού του είδους είναι το ανιόν διμεθυλγλυοξυμίνης

Σε αυτές τις περιπτώσεις, εμφανίζεται ένα φαινόμενο πεδίου, αλλά ο μηχανισμός δράσης του είναι πολύπλοκος και δεν εξετάζεται εδώ.

Η αμοιβαία επιρροή εκδηλώνεται παρομοίως τόσο σε οργανικές όσο και σε ανόργανες σύνθετες ενώσεις. Στο τελευταίο, η αμοιβαία επίδραση των ατομικών και μοριακών τροχιακών του κελύφους σθένους ονομάστηκε ηλεκτρονικά αποτελέσματα συντονισμού.Αυτές οι επιδράσεις οφείλονται στην επίδραση σε συντονισμένους υποκαταστάτες τέτοιων τύπων χημικών δεσμών συντονισμού όπως o-bond, δοτική k-bond, αντίστροφη δοτική p-bond, καθώς και η δράση πεδία κατιόντων.Έλαβαν το όνομα στην εγχώρια λογοτεχνία c-effect συντονισμός, % επίδραση του συντονισμού, αντίστροφη p-επίδραση συντονισμούΚαι εφέ φόρτισης.

Ως αποτέλεσμα αυτών των επιδράσεων κατά τον σχηματισμό μιας σύνθετης ένωσης (M + L ML) από ένα ιόν μετάλλου (M - φορτίο παραλείπεται) και έναν συνδέτη (L - το φορτίο παραλείπεται), οι ιδιότητες των προσδεμάτων L στη συντονισμένη κατάσταση μπορεί να διαφέρουν σε μεγάλο βαθμό από το δωρεάν L:

Το γεγονός αυτό χρησιμοποιείται ευρέως στην κατάλυση βιομηχανικών και εργαστηριακών αντιδράσεων. Σε αυτές τις περιπτώσεις, λόγω της εισαγωγής αλάτων ^-μετάλλων στη σφαίρα της αντίδρασης, σχηματίζονται σύνθετες ενώσεις και μια τέτοια κατάλυση ονομάζεται "σύνθετη κατάλυση".

Μία από τις θεμελιώδεις έννοιες της οργανικής χημείας είναι η αμοιβαία επίδραση των ατόμων στα μόρια. Χωρίς γνώση των ηλεκτρονικών επιδράσεων (επαγωγικών και μεσομερικών), η οργανική χημεία παρουσιάζεται ως ένα σύνολο πραγματικού υλικού, συχνά άσχετο. Πρέπει να μάθει και να απομνημονεύσει. Η κατοχή στοιχείων της θεωρίας της αμοιβαίας επιρροής των ατόμων επιτρέπει:

Συστηματοποίηση της γνώσης.

Συσχετίστε τη δομή της ύλης με τις ιδιότητές της.

Προβλέψτε την αντιδραστικότητα των μορίων.

Προσδιορίστε σωστά τις κύριες κατευθύνσεις των χημικών αντιδράσεων.

Αντιλαμβάνονται συνειδητά την αλληλεπίδραση των ουσιών μεταξύ τους.

Επιπλέον, η χρήση των εννοιών της αμοιβαίας επιρροής των ατόμων στη διαδικασία της μελέτης των ιδιοτήτων των οργανικών ουσιών δημιουργεί μεγάλες ευκαιρίες για την ενίσχυση της γνωστικής δραστηριότητας των μαθητών και την ανάπτυξη πνευματικών δεξιοτήτων.

Κατεβάστε:

Προεπισκόπηση:

Για να χρησιμοποιήσετε την προεπισκόπηση, δημιουργήστε έναν λογαριασμό Google (λογαριασμό) και συνδεθείτε: https://accounts.google.com

Με θέμα: μεθοδολογικές εξελίξεις, παρουσιάσεις και σημειώσεις

Τεχνολογικός χάρτης μαθήματος φυσικής με θέμα: «Αμοιβαία έλξη και απώθηση μορίων. Πειραματική απόδειξη της αμοιβαίας έλξης και απώθησης των μορίων. (7η τάξη)...

Θέμα «Μόρια και Ουσίες» Θέμα του μαθήματος. "Τα μόρια ως κατασκευές από άτομα." OM - Βαθμός 5

Δίνω αρχική γνώση σε μαθητές της πέμπτης τάξης σχετικά με τα μόρια ως δομές από άτομα. Διατυπώνω την έννοια των πολύπλοκων και απλών ουσιών, ανόργανων και οργανικών ουσιών, αναπτύσσω τη λογική σκέψη ...

Άτομα και μόρια. Μοριακή δομή ουσιών. Η κίνηση των μορίων. Διάχυση. Εξάρτηση της θερμοκρασίας του σώματος από την ταχύτητα των μορίων.

Οι στόχοι του μαθήματος: εξοικείωση με το νέο κεφάλαιο του σχολικού βιβλίου, ο ορισμός της υλικότητας των αντικειμένων και των αντικειμένων. εισάγει τους μαθητές στη διάχυση σε υγρά, αέρια και στερεά. μάθετε να εξηγείτε το φαινόμενο της διάχυσης...

Αμοιβαία έλξη και απώθηση μορίων. Πειραματική απόδειξη της αμοιβαίας έλξης και απώθησης των μορίων.

Αμοιβαία έλξη και απώθηση μορίων. Πειραματική απόδειξη της αμοιβαίας έλξης και απώθησης των μορίων....

Τύποι χημικών αντιδράσεων στην οργανική χημεία. Αμοιβαία επίδραση ατόμων σε μόρια οργανικών ενώσεων (επαγωγικές και μεσογειακές επιδράσεις). Μηχανισμοί αντιδράσεων στην οργανική χημεία. Εργασίες και ασκήσεις...

Σε μια οργανική ένωση, τα άτομα συνδέονται με μια ορισμένη σειρά, συνήθως με ομοιοπολικούς δεσμούς. Σε αυτή την περίπτωση, τα άτομα του ίδιου στοιχείου σε μια ένωση μπορεί να έχουν διαφορετική ηλεκτραρνητικότητα. Σημαντικά χαρακτηριστικά επικοινωνίας - πόλωσηΚαι δύναμη (ενέργεια σχηματισμού),που σημαίνει ότι η αντιδραστικότητα ενός μορίου (η ικανότητα να εισέρχεται σε ορισμένες χημικές αντιδράσεις) καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από την ηλεκτραρνητικότητα.

Η ηλεκτραρνητικότητα του ατόμου άνθρακα εξαρτάται από τον τύπο υβριδισμού των ατομικών τροχιακών. Η συμβολή του s-τροχιακού είναι μικρότερη στο sp3-και περισσότερα στο sp2-και υβριδισμός sp.

Όλα τα άτομα σε ένα μόριο ασκούν αμοιβαία επιρροή μεταξύ τους κυρίως μέσω ενός συστήματος ομοιοπολικών δεσμών. Η μετατόπιση της πυκνότητας ηλεκτρονίων σε ένα μόριο υπό την επίδραση υποκαταστατών ονομάζεται ηλεκτρονικό φαινόμενο.

Τα άτομα που συνδέονται με έναν πολικό δεσμό φέρουν μερικά φορτία (ένα μερικό φορτίο συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα Υ - «δέλτα»). Ένα άτομο που «τραβάει» την πυκνότητα ηλεκτρονίων του δεσμού α πάνω στον εαυτό του αποκτά αρνητικό φορτίο R-. Σε ένα ζεύγος ατόμων που συνδέονται με ομοιοπολικό δεσμό, ονομάζεται το πιο ηλεκτραρνητικό άτομο ένας δέκτης ηλεκτρονίων.Ο συνεργάτης του α-δεσμού έχει έλλειμμα πυκνότητας ηλεκτρονίων - ίσο μερικό θετικό φορτίο 6+. ένα τέτοιο άτομο δότης ηλεκτρονίων.

Η μετατόπιση της πυκνότητας των ηλεκτρονίων κατά μήκος της αλυσίδας των δεσμών α ονομάζεται επαγωγικό φαινόμενο και συμβολίζεται με το γράμμα ΕΓΩ.

Το επαγωγικό αποτέλεσμα μεταδίδεται μέσω του κυκλώματος με απόσβεση. Η μετατόπιση της πυκνότητας ηλεκτρονίων των δεσμών a φαίνεται με ένα απλό (ευθύ) βέλος (-" ή *-).

Ανάλογα με το αν η πυκνότητα ηλεκτρονίων του ατόμου άνθρακα μειώνεται ή αυξάνεται, το επαγωγικό αποτέλεσμα ονομάζεται αρνητικό (-/) ή θετικό (+/). Το πρόσημο και το μέγεθος του επαγωγικού φαινομένου καθορίζονται από τη διαφορά στην ηλεκτραρνητικότητα του ατόμου άνθρακα και ενός άλλου ατόμου ή λειτουργικής ομάδας που σχετίζεται με αυτά, δηλ. επηρεάζει αυτό το άτομο άνθρακα.

υποκαταστάτες που αποσύρουν ηλεκτρόνια,δηλ. ένα άτομο ή μια ομάδα ατόμων που μετατοπίζει την πυκνότητα ηλεκτρονίων ενός δεσμού α από ένα άτομο άνθρακα στον εαυτό του, παρουσιάζουν αρνητική επαγωγική επίδραση(-/-Αποτέλεσμα).

υποκαταστάτες δωρητές ηλεκτρονίων,δηλ., ένα άτομο ή μια ομάδα ατόμων που προκαλεί μια μετατόπιση της πυκνότητας ηλεκτρονίων προς ένα άτομο άνθρακα (μακριά από τον εαυτό του) εμφανίζει θετική επαγωγική επίδραση(+/- εφέ).

Το Ν-Επίδραση επιδεικνύεται από ρίζες αλειφατικού υδρογονάνθρακα, δηλ. αλκύλια (μεθύλιο, αιθύλιο, κ.λπ.). Πολλές λειτουργικές ομάδες έχουν -/-επίδραση: αλογόνα, αμινομάδες, υδροξύλιο, καρβονύλιο, καρβοξυλικές ομάδες.

Το επαγωγικό αποτέλεσμα εμφανίζεται επίσης στον δεσμό άνθρακα-άνθρακα εάν τα άτομα άνθρακα διαφέρουν ως προς τον τύπο του υβριδισμού. Για παράδειγμα, σε ένα μόριο προπενίου, η ομάδα μεθυλίου εμφανίζει μια επίδραση +/-, καθώς το άτομο άνθρακα σε αυτήν βρίσκεται στην υβριδική κατάσταση vp 3 και το υβριδικό άτομο §p 2 δρα ως δέκτης ηλεκτρονίων με διπλό δεσμό, καθώς έχει υψηλότερη ηλεκτραρνητικότητα:

Όταν το επαγωγικό αποτέλεσμα της μεθυλομάδας μεταφέρεται στον διπλό δεσμό, επηρεάζεται κυρίως από το κινητό

Η επίδραση ενός υποκαταστάτη στην κατανομή της πυκνότητας ηλεκτρονίων, που μεταδίδεται μέσω δεσμών n, ονομάζεται μεσομερικό φαινόμενο ( Μ ). Το μεσομερικό αποτέλεσμα μπορεί επίσης να είναι αρνητικό και θετικό. Στους δομικούς τύπους, το μεσομερικό φαινόμενο φαίνεται με ένα καμπύλο βέλος από τη μέση του δεσμού με περίσσεια πυκνότητας ηλεκτρονίων, που κατευθύνεται στο σημείο όπου μετατοπίζεται η πυκνότητα ηλεκτρονίων. Για παράδειγμα, σε ένα μόριο φαινόλης, η ομάδα υδροξυλίου έχει μια επίδραση +M: το μοναχικό ζεύγος ηλεκτρονίων του ατόμου οξυγόνου αλληλεπιδρά με τα n-ηλεκτρόνια του δακτυλίου βενζολίου, αυξάνοντας την πυκνότητα ηλεκτρονίων σε αυτόν. Στη βενζαλδεΰδη, η καρβονυλική ομάδα με το φαινόμενο -M έλκει την πυκνότητα ηλεκτρονίων από τον βενζολικό δακτύλιο προς τον εαυτό της.

Τα ηλεκτρονικά φαινόμενα οδηγούν σε ανακατανομή της πυκνότητας ηλεκτρονίων στο μόριο και εμφάνιση μερικών φορτίων σε μεμονωμένα άτομα. Αυτό καθορίζει την αντιδραστικότητα του μορίου.

Ένα μόριο οργανικής ένωσης είναι μια συλλογή ατόμων που συνδέονται με μια ορισμένη σειρά, συνήθως με ομοιοπολικούς δεσμούς. Σε αυτή την περίπτωση, τα δεσμευμένα άτομα μπορεί να διαφέρουν σε μέγεθος ηλεκτραρνητικότητα. Ποσότητες ηλεκτραρνητικότητακαθορίζουν σε μεγάλο βαθμό τόσο σημαντικά χαρακτηριστικά δεσμού όπως η πολικότητα και η αντοχή (ενέργεια σχηματισμού). Με τη σειρά της, η πολικότητα και η ισχύς των δεσμών σε ένα μόριο, σε μεγάλο βαθμό, καθορίζουν την ικανότητα του μορίου να εισέλθει σε ορισμένες χημικές αντιδράσεις.

Ηλεκτραρνητικότηταάτομο άνθρακα εξαρτάται από την κατάσταση υβριδοποίησής του. Σχετίζεται με τη μετοχήμικρό- τροχιακά σε υβριδικό τροχιακό: είναι μικρότερο από το y sp 3 - και περισσότερο στο sp 2 - και sp -υβριδικά άτομα.

Όλα τα άτομα που συνθέτουν ένα μόριο είναι αλληλένδετα και βιώνουν αμοιβαία επιρροή. Αυτή η επιρροή μεταδίδεται κυρίως μέσω ενός συστήματος ομοιοπολικών δεσμών, με τη βοήθεια των λεγόμενων ηλεκτρονικά εφέ.

ηλεκτρονικά εφέονομάζεται μετατόπιση της πυκνότητας ηλεκτρονίων στο μόριο υπό την επίδραση υποκαταστατών.

Τα άτομα που συνδέονται με έναν πολικό δεσμό φέρουν μερικά φορτία, που υποδηλώνονται με το ελληνικό γράμμα «δέλτα» (ρε ). Πυκνότητα ηλεκτρονίων που «τραβάει» το άτομομικρό-σύνδεση προς την κατεύθυνσή του, αποκτά αρνητικό φορτίορε -. Όταν εξετάζουμε ένα ζεύγος ατόμων που συνδέονται με έναν ομοιοπολικό δεσμό, το πιο ηλεκτραρνητικό άτομο ονομάζεται δέκτης ηλεκτρονίων. Η σύντροφός του σεμικρό -οι δεσμοί αντίστοιχα θα έχουν ίσο έλλειμμα πυκνότητας ηλεκτρονίων, δηλ. μερικώς θετικήχρέωσηρε +, θα κληθεί δότης ηλεκτρονίων.

Μετατόπιση της πυκνότητας ηλεκτρονίων κατά μήκος της αλυσίδαςμικρό-δεσμοί λέγεται επαγωγικό αποτέλεσμακαι συμβολίζεταιΕΓΩ.

Το επαγωγικό αποτέλεσμα μεταδίδεται μέσω του κυκλώματος με απόσβεση. Η διεύθυνση μετατόπισης της πυκνότητας ηλεκτρονίων όλωνμικρό-οι συνδέσεις υποδεικνύονται με ευθεία βέλη.

Ανάλογα με το αν η πυκνότητα του ηλεκτρονίου απομακρύνεται από το εξεταζόμενο άτομο άνθρακα ή το πλησιάζει, το επαγωγικό φαινόμενο ονομάζεται αρνητικό (-Εγώ ) ή θετικό (+I). Το πρόσημο και το μέγεθος του επαγωγικού φαινομένου καθορίζονται από διαφορές στο ηλεκτραρνητικότηταμεταξύ του εν λόγω ατόμου άνθρακα και της ομάδας που το ονομάζει.

Υποκαταστάτες απόσυρσης ηλεκτρονίων, δηλ. ένα άτομο ή ομάδα ατόμων που μετατοπίζει την πυκνότητα ηλεκτρονίωνμικρό-δεσμοί από ένα άτομο άνθρακα στον εαυτό του, παρουσιάζουν αρνητική επαγωγική επίδραση (- I-effect).

Ηλεκτροδότηςυποκαταστάτες, δηλ. ένα άτομο ή ομάδα ατόμων που εκτοπίζει την πυκνότητα ηλεκτρονίων μακριά από τον εαυτό του προς ένα άτομο άνθρακα παρουσιάζει θετική επαγωγική επίδραση(+I-effect).

Το φαινόμενο Ι επιδεικνύεται από ρίζες αλειφατικού υδρογονάνθρακα, δηλ. ρίζες αλκυλίου (μεθύλιο, αιθύλιο, κ.λπ.). Οι περισσότερες λειτουργικές ομάδες παρουσιάζουν −Εγώ - αποτέλεσμα: αλογόνα, αμινομάδα, υδροξυλ, καρβονυλ, καρβοξυλ ομάδες.

Το επαγωγικό αποτέλεσμα εκδηλώνεται επίσης στην περίπτωση που τα συνδεδεμένα άτομα άνθρακα διαφέρουν στην κατάσταση υβριδισμού.

Όταν μεταφέρεται το επαγωγικό αποτέλεσμα μιας μεθυλομάδας σε διπλό δεσμό, επηρεάζεται κυρίως από το κινητόΠ-σύνδεση.

Η επίδραση του υποκαταστάτη στην κατανομή της πυκνότητας ηλεκτρονίων, που μεταδίδεται μέσωΠ-συνδέσεις, καλούνται μεσομερική επίδραση (Μ).Το μεσομερικό αποτέλεσμα μπορεί επίσης να είναι αρνητικό και θετικό. Στους δομικούς τύπους, αντιπροσωπεύεται από ένα καμπύλο βέλος που ξεκινά από το κέντρο της πυκνότητας ηλεκτρονίων και τελειώνει στο σημείο όπου μετατοπίζεται η πυκνότητα των ηλεκτρονίων.

Η παρουσία ηλεκτρονικών επιδράσεων οδηγεί σε ανακατανομή της πυκνότητας ηλεκτρονίων στο μόριο και στην εμφάνιση μερικών φορτίων σε μεμονωμένα άτομα. Αυτό καθορίζει την αντιδραστικότητα του μορίου.