01 - (2005.2) (1125800), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Две заключительные главы книги, как бы стоят особняком и не связаны с предыдущими главами. Тем не менее мы сочли целесообразным включить их в нашу книгу, поскольку здесь содержится очень важная информация (в ознакомительном плане) по промышленному органическому синтезу, а также по тактике и стратегии органического синтеза. Глава 28 посвящена крупнотоннажному производству наиболее ценных в практическом отношении органических соединений: этилена, пропилена, бутадиена, бензола, толуола, фенола, анилина и т.
д., а также производству на их основе разнообразных полимеров, синтетических волокон, пластификаторов и других ценных материалов. В заключительной 29 главе, написанной по нашему предложению нашим коллегой В. П. Дядченко, излагается современная концепция тактики и стратегии синтеза сложных молекул на основе метода расчленения, выбора необходимых трансформов, ретронов и синтонов и способов связывания синтонов друг с другом. Мы хотим предупредить читателя, что некоторые темы по тем или иным причинам не вошли в данный учебник. Это прежде всего относится к применению спектроскопических методов в органической химии.
Специальные разделы или главы по УФ, ИК-, ЯМР-спектроскопии и масс-спектрометрии имеются практически в каждом учебнике первого года обучения, и мы сочли возможным не включать их в наш учебник. Более глубокие знания по спектроско- пни можно приобрести не из учебника по общему курсу органической химии, а из монографий или учебных пособий', посвященных тому или иному виду спектроскопии. Та же концепция была принята нами относительно биоорганической химии углеводов, липидов, пептидов, белков и нуклеиновых кислот, подробные сведения о которых можно найти в учебниках по биоорганической химии. Мы намеренно отказались от обсуждения гетероциклических соединений, что потребовало бы написания еще одного тома. Химия гетероциклических соединений превосходно изложена в монографии Дж.
Джоуля и Г. Смита «Химия гетероциклических соединений» (Пер. с англ., 2-е изд. — Мл Мир, 2004). Авторы с благодарностью примут критические замечания по любой из проблем, затронутых в учебнике. Мы считаем своим приятным долгом выразить признательность сотрудникам кафедры органической химии химического факультета МГУ за большую помощь при подготовке книги к печати.
КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ ПЕРВОГО ТОМА Второе издание этой книги выходит в свет, когда, к сожалению, ушли из жизни двое из авторов, академик Олег Александрович Реутов и профессор Александр Леонидович Курц. Память о них остается и мы решили обойтись без траурных рамок. Коллеги никогда не забудут то время, когда в течение шести с половиной лет этот творческий коллектив с огромным увлечением работал над книгой, иногда по 12-16 часов в сутки, причем периоды вдохновения и энтузиазма всегда возвращались после упадка сил из-за болыцих перегрузок. Скончался также первый рецензент этого учебника профессор Тимирязевской сельскохозяйственной академии Виктор Леонидович Дрозд.
Зти ученые внесли заметный вклад в развитие органической химии в России и в обучение студентов этой трудной, интереснейшей науке. К. П. Булзин М Е. Иванова Т О. Реутова Москва, 9 ноября 2004 г. ! См., например, Лебепеа тт. т Масс спектрометрия а органической химии. — Мл БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003. †4 сс ил. Глава 1 АТОМНЫЕ И МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОРБИТАЛИ Молекулы органических соединений образуются из атомов, расположенных в трехмерном пространстве.
Разные атомы образуют разное число связей. Молекулы имеют определенное пространственное строение, которое называют геометрией молекулы. Особенности строения каждой конкретной молекулы, прочность связей между составляющими ее атомами объясняются теорией валентности. Основой современной теории валентности является квантовая теория, которая в настоящее время настолько развита, что с помощью ЭВМ можно правильно и достаточно точно предсказать строение небольших несложных молекул.
К описанию молекул с позиций квантовой теории существует несколько подходов, однако наиболее широко применяется теория молекулярных орбищалей (сокрагценно МО), поскольку именно она наиболее эффективна для понимания строения и реакционной способности органических молекул. В этой главе мы рассмотрим строение молекул в рамках теории МО, а в остальных главах применим эту теорию к про- 15 1.1. Уравнение Шредингера.....,....... 1.2. Интерпретация физического смысла волновой функции ............... 1.3.
Квантование ... 1.4. Атомные орбитали 1.4.1. Орбитали атома водорода 1.4.2. Размеры атомных орбиталей 1.4.3. Строение многоэлектронных атомов 1.5. Молекулярные орбитали иона Нз 1.5.1. Линейные комбинации атомных орбиталей ..........,........... 1.5.2. Связывающие и разрыхляющие орбитали 1.6. Гомоядерные двухатомные молекулы 1.7.
Гетероядерные двухатомные молекулы 1.8. Гибридизация и форма многоатомных молекул .......................... 1.8.1. Гибридизация 1.8.2. Форма молекул 1.9. Форма канонических молекулярных орбиталей ......,................... 1.10. Основные представления о методах расчета молекулярных орбиталей 1.10.1. Метод Хюккеля . !.10.2. Развитие методов расчета молекулярных орбиталей 1.11.
Спаривание атомных орбиталей 1.11.1. Теория валентных связей . 1.11.2. Многоструктурное описание электронного строения молекул 16 18 19 20 20 26 26 29 29 32 34 41 43 43 45 49 60 60 68 71 71 73 блемам реакционной способности, стереохимии и селективности в разнообразных органических реакциях. Мы увидим, что теорию молекулярных орбиталей во многих случаях можно успешно применять, пользуясь лишь легко воспринимаемыми «картинками», эскизами МО, почти не используя математический аппарат квантовой теории. Описание строения молекул, естественно, начинается со строения атомов.
Когда-то понятие атома бьшо исключительно химической категорией. Но в ХХ в. физики «отняли» у химиков атом, обновили его квантовым содержанием, объяснили атомные спектры, изотопию, радиоакгивность и другие экспериментальные наблюдения. В начале этой главы мы кратко рассмотрим физические основы теории атома, а затем перейдем к теории образования химической связи и молекулярным орбиталям простейших молекул. 1.1. УРАВНЕНИЕ ШРЕДИНГЕРА Ядро занимает лишь незначительную часть общего объема атома, хотя концентрирует почти всю массу атома. Вокруг ядра группируются электроны. Они вносят очень неболыпой вклад в общую массу атома, но зато занимают большой объем и обусловливают размеры атома.
Главная концепция современной теории микромира состоит в том, что в атомной шкале частицы и волны незаметно переходят друг в друга, т.е. часгицы имеют свойства волн, а волны — свойства частиц. Несмотря на то что волновая природа фотонов (т. е. света) была установлена давно, почти никто до 1925 г. не принимал всерьез точку зрения, согласно которой вещество (например, электроны, атомы) подобно волне, а не корпускулярно. Но в 1925 и Девиссон и Джермер открыли дифракцию (т.
е. волновые свойства) электронов на кристаллической решетке. Опыт по дифракции, позднее проведенный с другими частицами, включая молекулярный водород, четко показал, что частицы имеют волновые свойства. В 1924 и Л. де Бройль предположил, что любая частица, движущаяся с моментом количества движения р, должна иметь в некотором смысле длину волны, выражаемую как Л = Ь/р, где Ь вЂ” постоянная Планка. В 1926 г. Э. Шредингер предложил уравнение, которое применимо для любой системы (электрона, движущегося автомобиля и т. д.) и решением которого является волновая функция этой системы. Можно сказать, что роль уравнения Шредингера в квантовой теории такая же, как роль уравнений Ньютона в классической механике: их часто называют «вдохновенными постулатами».
Уравнения зь Ньютона позволяют рассчитать траекторию частицы, а уравнение Шредингера — их волновую функцию, Интерпретация волновой функции будет дана в следующем разделе, а пока остановимся на вопросе, почему решение уривнения Шредингера назывиетея именно волновой, а не какой-либо иной функцией. Для этого напишем уравнение 111редингера для простейшего случая частицы, которая может свободно двигаться в одном измерении. Оно имеет вид ( — 7ь/2т)(г12э/э/Дхз)+ Р'Ф= Ей, где ф — волновая функция; К вЂ” потенциальная энергия частицы в точке х; Š— ее полная энергия (кинетическая плюс потенциальная); 6 («аш» перечеркнутая») — постоянная Планка, деленная на 2я; т масса частицы. Предположим, что в какой-то области перемещения потенциальная энергия частицы равна нулю.
Тогда в левой части уравнения Шредингера пропадет второй член и получится упрощенное уравнение, решением которого будет ф = ехр(йх), где lс =,/2тЕ(Ь. Но ехр(йх) = созкх ~-1з!пях, следовательно, ~4 = совках+1з!пйх. Поскольку Г =- О, полная энергия Е будет исключительно кинетической энергией частицы, которая связана с моментом количества движения соотношением Е = р~/2т, откуда р = ~/2иЕ. Сопоставление этой формулы с написанным выше выражением для Й дает момент количества движения частицы р = ЙЬ.
Известно, что стандартная форма гармонической волны имеет вид соз(2кх/Л), а в выражение для волновой функции входит соз(кх). Следовательно, соИх (или з!п1сх) можно представить как волну с длиной Л = 27г/я. Комбинируя выражения для р и Л, получим соотношение де Бройля: р = ИБ. = (2эг/Л)(1э/2л) = Ь/Л. Таким образом, решение уравнения Шредингера сводится к волнам де Бройля, существование которых экспериментально доказано в опытах по дифракции вещества, поэтому оно и было названо волновой функцией.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
