3. Электронное строение органических соединений. Гибридные орбитали. Образование и характеристика сигма и пи связей.

Свойства органических соединений определяются: химическим, электронным и пространственным строением молекул; типом химических связей; природой и электронным строением атомов; типом атомных орбиталей и характером их взаимодействия.

Электрон имеет двойственную природу, проявляя свойства, как частицы, так и волны. Движение электрона подчиняется законам квантовой механики.

Электронные облака (электронные орбитали) – это области наибольшей вероятности пребывания электрона. Различаются по форме, размерам, направленности в пространстве. Например, в атоме водорода единственный электрон при своем движении образует отрицательно заряженное облако сферической (шаровидной) формы. Такие электроны называются s-электроны. p-электроны образуют орбиталь в виде объемной восьмерки. s-, p-, d-, f- и др. орбитали различаются энергией, формой, размерами и пространственной направленностью.

Для органических веществ наиболее характерно нахождение валентных электронов на s- и p-атомных орбиталях.

Гибридизация – это взаимодействие разных по типу, но близких по энергии атомных орбиталей с образованием такого же числа гибридных орбиталей. Для атома углерода, образовавшиеся гибридные орбитали будут иметь одинаковую форму и энергию.

Гибридизация атома углерода сопровождается его возбуждением и переносом одного электрона с s на свободную p орбиталь, обеспечивая возможность образовывать четыре связи.

sp3-гибридизация образуется за счет одной s и трех p орбиталей. В результате оси гибридных орбиталей оказываются направлены к вершинам правильного тетраэдра, угол между ними составляет 109°28'. Такие орбитали могут образовывать четыре -связи - ковалентные одинарные связи, образованные при максимальном перекрывании атомных орбиталей по одной оси. (метан CH₄)

sp2-гибридизация образуется за счет одной s и двух p орбиталей, образуя три гибридные орбитали расположенные в одной плоскости под углом 120°. Эти орбитали образуют три -связи. Третья р-орбиталь остается негибридизованной и ориентируется перпендикулярно плоскости расположения гибридных орбиталей, участвуя в образовании -связи - связи, образованные при боковом перекрывании негибридизированных p-орбиталей по обе стороны от оси соединяющей ядра атомов. (этилен C₂H₄)

sp-гибридизация образуется за счет одной s и одной p орбиталей, образуя две гибридные орбитали расположенные на одной оси, т.е. под углом 180°. Эти орбитали образуют две -связи. Две р-орбитали остаются негибридизованными и располагаясь во взаимно перпендикулярных плоскостях, участвуют в образовании двух -связей. (ацетилен C₂H₂)

4. Электроотрицательность атомов в органических молекулах. Индуктивный эффект.

Электроотрицательность - способность атома удерживать внешние (валентные) электроны. Определяется степенью притяжения этих электронов к положительно заряженному ядру.

Проявляется в химических связях как смещение электронов связи в сторону более электроотрицательного атома, что приводит к появлению на нем частичного отрицательного заряда , а на менее электроотрицательном атоме – частичного положительного заряда . Электроотрицательность атомов, участвующих в образовании химической связи, – один из главных факторов, определяющих тип и свойства этой связи, влияя на характер взаимодействия атомов при протекании химической реакции. Степень электроотрицательности атома влияет на полярность связи.

Электроотрицательность не является абсолютной величиной. Она может изменяться под влиянием соседних атомов или групп атомов, типа атомных орбиталей и характера их гибридизации.

Помимо пространственного влияния на свойства молекулы, существует и электронное влияние. Выделяют индуктивный и мезомерный электронный эффект.

Индуктивный эффект заключается в передаче электронного влияния заместителя по цепи -связей за счет различной электроотрицательности атомов. Обозначается в сравнении с атомом водорода. Например, углеводородные радикалы практически всегда проявляют положительный индуктивный эффект, т.е. ”отдают” свои электроны, галогены, обычно, проявляют отрицательный индуктивный эффект и т.д. (CH₃-F - смещение электроотрицательности к F, CH₃-Na - смещение электроотрицательности к C, CH₃-OH - смещение электроотрицательности к OH, >C=O - смещение электроотрицательности к O).

Индуктивный эффект быстро затухает, проявляясь сильнее всего только на первом атоме.