Ковалентной называется химическая связь, образованная за счет обобществления электронов связываемых атомов

Конкретные задачи

1. Студент должен знать: названия и структурные формулы углеводородов и углеводородных радикалов; виды изомерии (структурную и пространственную); виды гибридизации углеродного атома (sp³, sp², sp); понятие ковалентной связи, ее разновидности; типы ковалентной связи s и p-.

2. Студент должен уметь: называть углеводороды по номенклатуре ИЮПАК; составлять формулы структурных и пространственных изомеров углеводородов; изображать пространственное строение органических веществ с помощью конфигурационных формул; прогнозировать свойства любого углеводорода на основе его электронного строения (состояния гибридизации углеродных атомов в его составе); показывать графически электронные эффекты заместителей.

Мотивация. Изучаемая тема обеспечивает понимание взаимосвязи « структура – свойства », что необходимо при изучении всех классов органических веществ, а также реакций, протекающих в живых организмах; понятия «конфигурация» и «конформация» в дальнейшем должны быть использованы при рассмотрении структуры и биологических функций биополимеров.

Вопросы для самоподготовки

1. Дайте определение s- и p- связей. Покажите их строение на примере алканов, алкенов. Укажите различие в их строении и свойствах.

2. Напишите уравнение реакции и механизм радикального замещения S_R на примере хлорирования этана.

3. Напишите уравнение реакции и механизм электрофильного присоединения (А_Е) на примере взаимодействия 1-бутена с Н₂, HCl, Н₂О. Дайте современную интерпретацию правила Марковникова для последних двух реакций.

4. Напишите уравнение реакции окисления пропилена перманганатом калия. Объясните, почему эта реакция используется как качественная.

5. Дайте определение понятия «сопряжение». Напишите уравнения реакций гидрирования и галогенирования бутадиена–1,3 и объясните их особенности, связанные с электронным строением.

6. Сформулируйте критерии ароматичности для молекулы бензола. Напишите уравнения реакций галогенирования, сульфирования, алкилирования бензола, бензойной кислоты, фенола, толуола. Сравните реакционную способность этих веществ в реакциях электрофильного замещения (S_E).

7. Изобразите графически электронные эффекты заместителей в молекулах фенола, толуола и бензойной кислоты.

Этапы занятия и контроль усвоения знаний

Продолжительность занятия – 4 часа.

1–й этап. Разбор теоретического материала: «Реакционная способность углеводородов». Типы ковалентной связи: s, p. Примеры. Характеристика особенностей s- и p - связей. Полярность. Индуктивный и мезомерный эффекты и проявление их влияния на реакционную способность органических соединений и направленность реакций. Характерные реакции для алканов (S_R), алкенов, диенов (А_Е). Понятие «ароматичность». Характерные реакции для ароматических углеводородов – (S_E). Механизмы этих реакций.

2–й этап. Контроль усвоения темы. Тест – контроль «Электронные эффекты». Его оценка – 0 или 5 баллов.

Теория

Углеводородами называются органические соединения, состоящие из углерода и водорода. Важность этих веществ определяется тем, что они составляют основу всех классов биологически активных веществ. Некоторые углеводороды находят применение в медицине: вазелин, вазелиновое масло, парафин (смеси предельных углеводородов), нефть нафталанская рафинированная (смесь олефинов, ароматических углеводородов и других биологически активных веществ), циклопропан (циклоалкан) и др.

Вазелин: ¾ основа для мазей и косметических средств.

Вазелиновое масло – применяется в дерматологии для изготовления препаратов йода, йодоформа, йодистого тимола, ртутных препаратов, косметических средств и т.д.

Нефть нафталанская: рафинированная – основа для мазей: оказывает смягчающее, дезинфицирующее, рассасывающее действие. Употребляется при экземе, фурункулезе, рожистом воспалении, невралгии, радикулите. Неразветвленные насыщенные углеводороды (содержание их в нефти до 20 %) используются в микробиологической промышленности для получения кормового белка.

В условиях загрязнения крупных городов важное значение имеет исследование физиологического действия углеводородов.

Установлена зависимость реакционной способности, а также физиологического действия этих веществ от их электронного строения. Основным типом химических связей в органических соединениях является ковалентная связь.

Ковалентной называется химическая связь, образованная за счет обобществления электронов связываемых атомов.

Существуют два типа ковалентной связи в зависимости от симметрии перекрывания АО: s- и p- связи.

s- связи имеют ось симметрии, проходящую через ядра атомов, при этом максимальное перекрывание орбиталей лежит на оси (прямой), связывающей ядра атомов. Наивысшая электронная плотность находится вдоль линии, соединяющей ядра и сферически симметрична по отношению к этой линии.

p- связи имеют ось симметрии, проходящую через ядра атомов, но максимальное перекрывание орбиталей лежит перпендикулярно линии между ядрами и осуществляется по обе стороны от нее.

s- связи более компактны, s- МО находятся ближе к ядру. Они прочные и трудно поляризуются.

p- МО выступают далеко за плоскость молекулы, легко поляризуются, легче разрываются.

Ковалентные связи характеризуются энергией, длиной, полярностью, поляризуемостью.

В полярных связях неравномерно распределена электронная плотность – возникает диполь. Полярность количественно оценивается величиной дипольного момента [m], измеряемого в дебаях.

Наличие в молекуле полярной s-связи вызывает поляризацию ближайших s - связей. Такой вид передачи влияния атомов называется индуктивным эффектом и обозначается символом [I].

Т.о., индуктивный эффект – передача электронного влияния заместителей по цепи s- связей.

Группы, притягивающие электронную плотность s- связей (электроноакцепторы) проявляют отрицательный индуктивный эффект [-I]. Например, галогены, ОН, NO₂, COOH, катионы.

Группы, смещающие электронную плотность s- связей от себя, (электронодоноры) проявляют [+I] эффект. Например, алкильные группы (метильные, этильные группы), анионы.

d^+II d^+I d⁺ d^- d⁺ d^-

Н₃С – СН₂ – СН₂®Cl СН₃®СН=СН₂

[-I] [+I]

Сопряженные системы

Если 2 p связи разделены одной простой s- связью или рядом с p- связью расположен атом с р-орбиталью (занятой 1 или 2р- электронами или вакантной), то имеет место частичное перекрывание (взаимодействие) формально не связанных р-орбиталей.

Возникает общая p- электронная система с делокализованной электронной плотностью, энергетически стабильная и реагирующая на внешнее влияние как единое целое.

Такие системы называются сопряженными системами. Они могут быть открытыми или замкнутыми и содержать не только атомы углерода, но и гетероатомы.

В зависимости от принадлежности р- орбиталей к двум p-связям или к p-связи и одному атому с р-орбиталью различают p,p- или р,p- сопряженные системы.

·

·

· ·

акриловая кислота бензол

p,p - сопряженные системы

_·· ·-------·- ---·· · · ··

^·· ---------------------

метилвиниловый эфир

анилин ацетат ион

р,p - сопряженные системы

вакантная р-орбиталь

· · · · . .

аллил-катион

Передача электронного влияния по системе сопряжения называется эффектом сопряжения и обозначается символом [M].

Заместители – доноры проявляют [+M] эффект. Например, NH₂, OH, Сl, OR и другие. Заместители – акцепторы – [-M] эффект. Например, NO₂, COOH, >C=O, SO₃H и др.

В зависимости от характера связи углеводороды делятся на классы: алканы, циклоалканы, алкены, алкадиены, арены и др.

Таблица 1