Взаимное влияние атомов в молекуле.

Молекула органического соединения представляет собой совокупность атомов, связанных в определенном порядке, как правило, ковалентными связями. При этом связанные атомы могут различаться по величине электроотрицательности. Величины электроотрицательностей в значительной степени определяют такие важнейшие характеристики связи, как полярность и прочность (энергия образования). В свою очередь, полярность и прочность связей в молекуле в значительной степени определяют возможности молекулы вступать в те или иные химические реакции.

Электроотрицательность атома углерода зависит от состояния его гибридизации. Это связано с долей s-орбитали в гибридной орбитали: она меньше у sр³- и больше у sр²-и sр-гибридизованных атомов.

Все составляющие молекулу атомы находятся во взаимосвязи и испытывают взаимное влияние. Это влияние передается в основном через систему ковалентных связей с помощью так называемыхэлектронных эффектов.

Электронными эффектами называют смещение электронной плотности в молекуле под влиянием заместителей.

Атомы, связанные полярной связью, несут частичные заряды, обозначаемые греческой буквой “сигма”(δ).Атом, “оттягивающий” электронную плотность σ-связи в свою сторону, приобретает отрицательный заряд δ−. При рассмотрении пары атомов, связанных ковалентной связью, более электроотрицательный атом называютэлектроноакцептором. Его партнер по σ-связи соответственно будет иметь равный по величине дефицит электронной плотности, т. е. частичный положительный заряд δ⁺, и будет называтьсяэлектронодонором.

Смещение электронной плотности по цепи σ-связей называется индуктивным эффектом и обозначается I.

Индуктивный эффект передается по цепи с затуханием. Направление смещения электронной плотности всех σ-связей обозначается прямыми стрелками.

В зависимости от того, удаляется ли электронная плотность от рассматриваемого атома углерода или приближается к нему, индуктивный эффект называют отрицательным (-I) или положительным (+I). Знак и величина индуктивного эффекта определяются различиями в электроотрицательности между рассматриваемым атомом углерода и группой, его вызывающей.

Электроноакцепторные заместители, т.е. атом или группа атомов, смещающие электронную плотность σ-связи от атома углерода, проявляют отрицательный индуктивный эффект (−I-эффект).

Электронодонорные заместители, т. е. атом или группа атомов, смещающие электронную плотность к атому углерода, проявляют положительный индуктивный эффект (+I-эффект).

+I-эффект проявляют алифатические углеводородные радикалы, т. е. алкильные радикалы (метил, этил и т. д.).

Большинство функциональных групп проявляют −I-эффект: галогены, аминогруппа, гидроксильная, карбонильная, карбоксильная группы.

Индуктивный эффект проявляется и в случае, когда связанные атомы углерода различны по состоянию гибридизации. Так, в молекуле пропена метильная группа проявляет +I-эффект, поскольку атом углерода в ней находится в sp³-гибридном состоянии, а sp²-гибридизованный атом (при двойной связи) выступает в роли электроноакцептора, так как имеет более высокую электроотрицательность:

CH₃ → CH=CH₂

При передаче индуктивного эффекта метильной группы на двойную связь в первую очередь ее влияние испытывает подвижная σ-связь.

Влияние заместителя на распределение электронной плотности, передаваемое по σ-связям, называют мезомерным эффектом (М). Мезомерный эффект также может быть отрицательным и положительным. В структурных формулах его изображают изогнутой стрелкой, начинающейся у центра электронной плотности и завершающейся в том месте, куда смещается электронная плотность.

Наличие электронных эффектов ведет к перераспределению электронной плотности в молекуле и появлению частичных зарядов на отдельных атомах. Это определяет реакционную способность молекулы.

Вопросы: (для контроля знаний)

1. Какие вещества относят к органическим и и какие они имеют характерные особенности? Какое значение имеет органическая химия?
2. Каковы основные положения теории А. М. Бутлерова?
3. Что такое σ-связь и π-связь? Чем они отличаются друг от друга? Приведите примеры.
4. Что такое гибридизация и какие виды её существуют? Чем они отличаются друг от друга? Приведите примеры.
5. Какие существуют классификации органических соединений?
6. На какие классы делят изучаемые органические вещества? Каковы их характеристические группы?
7. Что такое гомологические ряды? Приведите примеры.
8. Какие существуют номенклатуры и как образуются в них названия соединений?
9. Что такое изомерия и какие виды её существуют? Приведите примеры.
10. Какие механизмы реакций существуют в органической химии и в чём их суть?
11. Какие бывают типы и виды химических реакций в органической химии?
12. В чём суть индуктивного и мезомерного эффектов?

Список используемых источников:

1. О.С. Габриелян и др. Химия. 10 класс. Профильный уровень: учебник для общеобразовательных учреждений; Дрофа, Москва, 2005г.
2. «Репетитор по химии» под редакцией А. С. Егорова; «Феникс», Ростов-на-Дону, 2006г.
3. http://www.xenoid.ru/materials/himiya/uch_chem_organ01.php
4. http://allrefs.net/c26/41qu2/
5. http://studopedia.ru/4_7536_tema--osnovnie-ponyatiya-organicheskoy-himii-i-teoriya-stroeniya-organicheskih-soedineniy.html
6. http://www.examen.ru/add/manual/school-subjects/natural-sciences/chemistry/organicheskaya-ximiya/osnovnyie-ponyatiya-i-zakonyi-organicheskoj-ximiii