10.Типы химических связей и взаимодействий в органических молекулах живых систем

Типы химических связей в органических молекулах.

Химическая связь – совокупность взаимодействий между электронами и ядрами, приводящих к соединению атомов в молекулу.

Основным типом химических связей в органических соединениях являются ковалентные связи.

Ковалентной называется химическая связь, образованная за счет обобществления электронов связываемых атомов. Существует два типа ковалентной связи: сигма-связь и пи-связь.

Сигма-связь – это одинарная ковалентная связь, образованная при перекрывании АО по прямой (оси), соединяющей ядра двух связываемых атомов с максимумом перекрывания на этой прямой.

Пи-связь – это связь, образованная при боковом перекрывании негибридизованных р-АО с максимумом перекрывания над и под плоскостью s-связей.

Встречающиеся в органических соединениях простые ковалентные связи могут быть только сигма-типа, а кратные связи представляют собой комбинацию сигма- и пи-связей. Так, двойная связь состоит из одной сигма- и одной пи-связей, а тройная – из одной сигма- и двух пи-связей.

Свойства ковалентной связи выражаются через ее количественные характеристики – длину, энергию, полярность, поляризуемость.

Длина связи – это расстояние между центрами связанных атомов. Длина связей зависит от состояния гибридизации атома углерода. Так, двойная связь короче одинарной, а тройная – короче двойной.

Энергия связи – это энергия, которая выделяется при образовании связи, или энергия, которую необходимо затратить, чтобы разорвать связь.

Полярность связи – обусловлена неравномерным распределением электронной плотности. Она обусловлена разной электроотрицательностью связывающихся атомов.

Электроотрицательность – это способность атома в молекуле удерживать валентные электроны. Для описания электроотрицательности атомов используют шкалу Полинга.

Поляризуемость связи выражается в смещении электронного облака по отношению к ядрам под влиянием внешнего электромагнитного поля. По поляризуемости p-связь значительно превосходит s-связь. Поляризуемость в значительной мере определяет реакционную способность молекул.

Донорно-акцепторная или координационная связь – это ковалентная связь, образованная за счет пары электронов одного атома. Донорно-акцепторные связи характерны для комплексных соединений. Разновидностью донорно-акцепторной связи является семиполярная связь, например в нитрогруппе. Семиполярная связь является сочетанием ковалентной и ионной связей.

Водородная связь – связь между атомом водорода и сильно электроотрицательным элементом (азотом, кислородом, фтором, хлором). Водородные связи могут быть внутримолекулярными и межмолекулярными. Водородные связи влияют на физические и химические свойства веществ. Водородные связи играют важную роль в формировании пространственной структуры высокомолекулярных соединений – белков, полисахаридов, нуклеиновых кислот.

Взаимодействия в молекулах органических веществ живых систем.

Для живых систем характерно три основных вида межмолекулярных взаимодействий:

Ван-дер-Ваальсовы силы – силы электростатической природы, обуславливающие возникновение конденсированного состояния вещества. Они характеризуются тремя видами межмолекулярного взаимодействия:

а) ориентационное взаимодействие, которое проявляется между полярными молекулами, стремящимися занять такое положение, при котором их диполи были бы обращены друг к другу разноименными полюсами, а векторы моментов этих диполей были бы ориентированы по одной прямой (по-другому оно называется диполь-дипольное взаимодействие);

б) индукционное, которое возникает между индуцированными диполями, причина образования которых является взаимная поляризация атомов двух сближающихся молекул;

в) дисперсионное, которое возникает в результате взаимодействия микродиполей, образующихся за счет мгновенных смещений положительных и отрицательных зарядов в молекулах при движении электронов и колебаний ядер.

Дисперсионные силы действуют между любыми частицами. Ориентационное и индукционное взаимодействие для частиц многих веществ, например: He, Ar, H₂, N₂, CH_4, не осуществляется. Для молекул NH₃ на дисперсионное взаимодействие приходится 50 %, на ориентационное – 44, 6 % и на индукционное – 5, 4 %.

Водородная связь – это физико-химическая связь между водородом одной молекулы и ЭО элементом другой молекулы. Образование водородных связей объясняется тем, что в полярных молекулах или группах поляризованный атом водорода обладает уникальными свойствами: отсутствием внутренних электронных оболочек, значительным сдвигом электронной пары к атому с высокой ЭО и очень малым размером. Поэтому водород способен глубоко внедряться в электронную оболочку соседнего отрицательно поляризованного атома. Как показывают спектральные данные, в образовании водородной связи существенную роль играет также и донорно-акцепторное взаимодействие ЭО атома как донора и атома водорода как акцептора. Водородная связь может быть межмолекулярной или внутримолекулярной.

Донорно-акцепторное взаимодействие – взаимодействие, при котором образуется ковалентная связь по донорно-акцепторному механизму (один атом (донор) делит свою электронную пару между собой и другим атомом (акцептором), образуя связь).

последствия сходны с последствиями миссенс-мутаций