 |
Взаимное влияние атомов в молекулах органических соединений и способы его передачи. Сопряжение. Ароматичность.
|
|
|
|
Тема
Взаимное влияние атомов в молекулах органических соединений и способы его передачи. Сопряжение. Ароматичность.
План занятия
1. Устный опрос и коррекция знаний студентов
2. Подведение итогов занятия
Учебные элементы темы
В органических молекулах двойная связь, являющаяся сочетанием одной σ и π связей, может располагаться локализовано между двумя углеродными атомами, а также между атомом углерода и гетероатомом /О, N, S/. Так как электронная плотность π -связи охватывает только два ядра связываемых атомов, связь называется локализованной, двухцентровой. Такие связи часто встречаются в природных соединениях, например, в ненасыщенных высших карбоновых кислотах.
Однако, особо большое значение в биологических процессах имеют сопряженные системы – соединения с чередующими двойными и одинарными связями. Образование сопряженной многоцентровой системы сопровождается:
1. частичным выравниванием длин связей (нет «чистых» одинарных и «чистых» двойных);
2. обобществлением p-электронов и делокализацией электронного облака. При этом происходит выделение энергии: система переходит на более низкий энергетический уровень, становясь более устойчивой и стабильной.
Мерой термодинамической устойчивости такой системы является энергия сопряжения, которая, выражается разностью полной π -электронной энергии несопряженной системы (с локализованными связями) и π -электронной энергии всей сопряженной системы. Чем длиннее цеп сопряжения, тем больше выигрыш энергии при её образовании. Различают сопряженные системы с открытой и замкнутой цепью; с π, π или p, π сопряжением; с углеродной цепью или цепью, содержащей гетероатом.
|
|
|
Сопряженные системы с замкнутой цепью. Ароматичность.
Для систем с замкнутой цепью наибольший интерес представляют соединения, обладающие ароматичностью, то есть совокупностью признаков, обуславливающих их повышенную термодинамическую устойчивость по сравнению с открытыми сопряженными системами. Критерии ароматичности (Хюкель 1931) - система обладает ароматичностью, если:
1. молекула имеет циклическое строение и содержит чередующиеся двойные и одинарные связи;
2. все атомы углерода находятся в состоянии sp2-гибридизации, они лежат в одной плоскости, образуя плоский σ –скелет молекулы;
3. все pZ-орбитали перпендикулярны σ –скелету и параллельны друг другу, что обуславливает их взаимное перекрывание;
4. образуется делокализованная π –электронная система с числом /4n+2/ π -электронов; n=1, 2… (n-число циклов).
Контрольные вопросы по теме
1. Что называют взаимным влиянием атомов в молекулах органических соединений и каковы способы его передачи?
2. Что называют сопряжением (π, π - и р, π -сопряжение) и энергией сопряжения?
3. Что называют сопряженными системами с открытой (бутадиен -1, 3; дивиниловый эфир; пропеновый альдегид) и замкнутой цепью (бензол, пиррол, фуран, тиофен, пиридин)?
4. Какие соединения называют ароматическими (перечислите критерии Хюккеля)?
5. Какие эффекты влияния заместителя существуют?
6. Что такое индуктивный эффект?
7. Что такое мезомерный эффект?
8. Что такое электродонорные и электроакцепторные заместители?
Задания для самостоятельного решения
1. Укажите вид и знак электронных эффектов карбоксильной группы в бензойной кислоте. Обозначьте эффекты графически. Электронодонорным или электроноакцепторным является названный заместитель?
2. Укажите вид и знак электронных эффектов ОН-группы в феноле. Обозначьте эффекты графически. Электронодонорным или электроноакцепторным является указанный заместитель?
|
|
|
Укажите вид и знак электронных эффектов альдегидной группы в акролеине:
О
H2C=CH-C
Н
3. Обозначьте эффекты графически. Электронодонорным или электроноакцепторным заместителем является альдегидная группа?
4. Укажите вид и знак электронных эффектов атома хлора в хлорбензоле:
5. Обозначьте эффекты графически. Электронодонорным или электроноакцепторным является названный заместитель?
6. Укажите вид и знак электронных эффектов нитрогруппы в
нитробензоле. 
7. Обозначьте эффекты графически. Электронодонорным или электроноакцепторным является данный заместитель?
8. Укажите вид и знак электронных эффектов атома хлора в хлористом виниле:
CH2=CH-Cl
9. Обозначьте эффекты графически. Электронодонорным или электроноакцепторным является данный заместитель?
10. Укажите вид и знак электронных эффектов аминогруппы в анилине:
11. Обозначьте эффекты графически. Электронодонорным или электроноакцепторным является данный заместитель?
12. Укажите вид и знак электронных эффектов карбоксильной группы в акриловой кислоте:
CH2=CH-COOH
13. Обозначьте эффекты графически. Электронодонорным или электроноакцепторным является данный заместитель?
14. 
Укажите вид и знак электронных эффектов альдегидной группы в акролеине: О
H2C=CH-C
Н
15. Обозначьте эффекты графически. Электронодонорным или электроноакцепторным заместителем является альдегидная группа?
|
|
|
