2.4 Пространственное расположение атомов в молекуле. Конформация молекул

 

Ковалентные связи в отличие от ионных имеют строго определенную локализацию в пространстве, отвечающую симметрии атомных орбиталей, участвующих в связях. Каждая атомная орбиталь характеризуется определенной энергией и симметрией (формой орбитали).

Ковалентная связь, кроме направленности, обладает еще свойством насыщаемости. При образовании σ-связи достигается почти полное насыщение валентности, тогда как π-связь имеет остаточное химическое сродство ( индекс свободной валентности ИСВ).

При образовании π-связи образуются две области высокой электронной плотности, которые будут изменяться при повороте одного атома относительно другого. π-Связь запрещает свободное вращение.

Углеродная σ-связь в принципе допускает свободное вращение окружающих ее атомных группировок, так как при таком вращении не происходит изменения площади перекрывания орбиталей взаимодействующих атомов, т.е. не меняется энергия связи.

Конформации – очень неустойчивые динамические формы одной и той же молекулы, которые возникают в результате внутреннего вращения атомных группировок, относительно друг друга и самопроизвольно превращаются друг в друга.

Отдельные состояния, через которые проходят эти группировки в процессе свободного вращения получили названия конформаций.

Однако конформации, возникающие в процессе свободного вращения вокруг простой связи как оси вращения, имеют неодинаковую устойчивость. Некоторые из них оказываются более энергетически выгодными.

Например, для газообразного этана, среди бесконечного количества других, возможны две крайние формы: заторможенная (*более выгодная) и заслоненная (**менее выгодная). Однако переход заторможенной формы в заслоненную требует около 12,6 кДж/моль энергии.

Конформации удобно изображать проекциями Ньюмена

ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1.Определить число sp³-гибридных орбиталей в молекуле пропана.

2. Сколько неспаренных электронов в радикале втор-бутиле?

3. Определить число σ-связей в молекуле 2,2,3,3-тетраметилбутана.

4. Определить число σ-и π-связей в молекуле 2,2-диметил-3-этил-3-гексена

5. Определить число σ-и π-связей в молекуле 3,6-диметил-1-гептен-4-ина

6. Определить число sp²-гибридных орбиталей в молекуле 3,6-диметил-1-гептен-4-ина.

Глава 3 алифатические углеводороды алканы,алкены, алкины и алкадиены

 

Предельными углеводородами (алканами) называются соединения, состоящие из атомов углерода и водорода, соединенных между собой только σ-связями. В алканах атомы углерода находятся в состоянии sp³-гибридизации.

3.1 Алканы: определениек,изомерия и номенклатура

Для предельных углеводородов характерна структурная изомерия. Изомеры этого типа отличаются друг от друга порядком связей между отдельными атомами в молекуле (структурой углеродной цепи).

Как ранее отмечалось, первые четыре члена гомологического ряда предельных углеводородов сохранили тривиальные названия: метан, этан, пропан, бутан. По рациональной номенклатуре алканы называют как производные метана. При выборе основы используют или самый разветвленный атом углерода, или тот, вокруг которого стоят наиболее простые радикалы. По номенклатуре ИЮПАК названия предельных углеводородов характеризуются суффиксом «ан».

         триметилизобутилметан                                    трет-бутилнеопентилметан

         2,2,4-триметилпентан                                          2,2,5,5-тетраметилгексан