Терней - Органическая химия I (1125892), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Поэтому можно сказать, что гибридизация — это способ, с помощью которого молекула ггринимает геометрию, обусловленную отталкиванием электронных пар валегггпной оболочки. В настоящей главе мы встретимся и с другими типами гибридизации атома углерода. Во всех этих случаях геометрию гибридизованного апголга углерода можно объяснить, исходя из отталкивания элекпгронных ггар ва; лентной оболочки.
Мы можем теперь завершить нашу картину строения молекулы метана. Имея четыре зрз-орбитали атома углерода, каждая из которых содержит один электрон (один из каждой исходной орбитали), мы теперь перекроем их с 1з-орбиталями водорода, каждая из которых также содержит одни электрон, и окончательно заполним изображенные нами связывающие моле- кулярные орбитали. от связий к мллым моликуллм 51 ннн н 11 11 1Х 11 'И7 Я,У1з -2зР змо 1з збразование связи е мешане ~СНз) зр'- возбужденное сослюяние углерода '/Н зрз- возбужденное соспюяние упрощенное цзобратение клиновидных проекций связывающие молекулярные орбцтали метана ДРУГИГ УГЛЕВОДОРОДЫ СОДЕРЖАЩИЕ 8рз ГИБРИДИЗОВАН 111з1Й АТОМ УГЛЕРОДА.
Теперь изобразим следующий гомолог метана— этан С,И,. Допустим, что при нашем гипотетическом конструировании метана мы прекратим добавление атомов водорода после того, как только три из них будут связаны с зрз-орбиталью. Тогда мы можем соединить два СНз + СЕЕз — 1 СЕЕз-С.ЕЕз = НзС вЂ” СН, "ЕЕ + Н'" Х Н"" связывающая молекулярная орбипиль Сс-фрагмента звана Ео'ар~ зр') два перекрывающикся метпильных рабикала Рис.
2-18. Образование этапа из двух метильиых радикалов СНв., А — суммарное уравнение; Б — изображение орбиталей при образовании связи С вЂ” С. полученных метильных радикала СНз перекрыванием их частично запол» пенных 2грз-орбиталей с образованием новой о-связи между двумя атомами углерода. Углы между связями Н вЂ” С вЂ” С и Н вЂ” С вЂ” Н в этапе, равны примерно 109,5'. Это показано ниже и немного иначе на рис. 2-18. С вЂ” С о-связь в зване Н Н Н И 1$ И гр г „г:рз углерод углерод Н Н Н М 'М й~. ,з г з г з образование свнзей в этане 1з 52 глАвА й ПРОПАН С На можно построить аналогичным образом, используя два фрагмента СНз и один фрагмент СН; (метиленовую группу). Последняя получается из грз-атома углерода и двух атомов водорода.
Все межатомные углы в пропане равны примерно 109,5'. 109,5' 100,5' НН НН С Х . ппи 11зС СНа СНз С„Н Н Н Н Н Н Н.С,С С Н ,1,1,! . (а )а (а а: о1а-2трз Ь: 2;з-2,р Е1 Н Н И~ — 2И 2И 2р 1а т т т .Т 'Ц Ь„' 2„,а 2„,' Ф 1» 5р'-возбукденное сос|пояние углерод основное состояние Гибридизация 25-орбитали. и двух из трех 2р-орбиталей дает три гр'- ~ орбитали и оставляет одну негибридизованную 2р-орбиталь. гр2-Орбитали~ по форме аналогичны грз-орбиталям (рис. 2-19), но расположены в пространстве иначе. Главные оси трех гр2-орбиталей находятся в одной плоскости ! ! Рис.
2-19. зре-Орбиталь. ! Так же, как в случае яр'-орбитали, болыпой долей ~ называется передняя доля, а малой — задняя доля. Наиболее явным различием между ар'- (рис. 2-17) и 8р'-орбиталями является мепьжий размер ~ задней доли н случае зр'-орбиталн. как и для вр'- орбитали, переднюю и заднюю доли часто рисуют ~ ! в виде зллипсов разного размера. ! под углом 120'.
Подобное расположение требует максимального разделения ' связывающих электронных пар. Главная ось остающейся 2р-орбитали перпендикулярна этой плоскости. Гибридизацию такого типа называют (<триго- ПРОПаН Метан, этан и пропан — углеводороды, содержащие только грз-гибрндизованные атомы углерода, — называются алканами и имеют общую форму- ~ лу С„Н2„+.. Они представляют часть гол~ологического ряда, поскольку бли-', жайшие соседи отличаются друг от друга на одну метиленовую группу.
Члены такого ряда называются «гомологами». Этот термин был введен для сравнения этапа с метаном и его можно с полным основанием применить | к этану и пропану. ВОЗМОЖЕЕЕ ЛИ ДРУГОЙ ТИП ГЕЛБРЕЛДИЗОВАЕШОГО АТОМА УГЛЕ- ~~ РОДА? Этилен — бесцветный горючий газ.
Он используется для искусствеп-~ ного ускорения созревания фруктов и изготовления некоторых пластических, масс. Его формула СаН~. Этилен — простейший представитель алкенов, соединений с общей формулой С„Н „. Оба его атома углерода гр2-гибридизо-' ваны. Как можпо изобразить подобную орбитальную гибридизацию? от связий к мАлым молин»ллм 53 нальной» или «плоскостной». Ь З~э ф, а~ с ~ра а зр2-гибриоизованный атом цепероЪа а = 120 Ь =90 Мы можем начать построение С Н«с добавления одного атома водорода па каждую из двух гр2-орбиталей, оставляя частично заполненными врзорбиталь и р-орбиталь. Если мы соединим два таких фрагмента вместе, то получим две углерод-углеродные связи: одну о-связь (образованную перекрыванием двух 2зрз-орбиталей) и одну я-связь (образованную перекрыванием двух р-орбиталей) в случае необходимости см.
рис. 2-12), как это изображено ниже: при перенрыванин один способ образования связей в этилспе Н Н ~Я М й~ 2 р г.р 1» Н Н 1л при перенрыванин образуетпся б-связь С вЂ” С орбиталн, исполь зуемые в этилене я-связь в этилеие Сочетание о- и я-связей между двумя атомами углерода называется двойной связью. Хотя двойная связь состоит из двух разных связей, ее обычно рисуют способом, который это не отражает*. Все шесть атомов этилена расположены в одной плоскости, что обусловлено необходимостью для главных осей р-орбиталей оставаться параллельными с тем, чтобы максимально увеличить их перекрывание (постройте модель, чтобы увидеть это). Н Н С=С обычное написание формулы этилена г Н Н " Такое представление, являющееся обычным в органической химии, тем, не менее не более чем модель. Другой моделью двойной связи может быть модель из двух равноценных связей, качественно отличных от простой.— Прим.
ред. От сВЯзей к мАлым молекулАм 55 8р-ГИБРИДИЗАЦИЯ. Ацетилен, используемый в аппаратах для высокотемпературной сварки, имеет формулу С Н . Он является простейшим представителем семейства углеводородов, называемых алкинами, с общей формулой С„П2„2.
Оба атома углерода ацетилена 8р-гибридизованы. Для построения структуры ацетилена мы должны сначала перевести атом углерода в его 8р-гибридизованное состояние гибридизацией 2г-орбита- Рис. 2-20. 2зр-Орбиталь. Так же, как в случае зр'- и зр'-орбиталей, большая и малая доли называются передней и задней долями соответственно. Обратите шшмание, насколько мала по сравнению с зр'- и Вр'-орбиталямн (рис.
2-17 и 2-19) задняя доля ар-орбитали. Как ив предыдувднх сл учаях, зти доли часто изображаются в виде зллипсов неодинакового размера. лн с одной 2р-орбиталью. В результате получаем две гибридные 28р-орбита- ли, а две 2р-орбитали остаются негибридизованными. 28р-Орбитали изобра- жены на рис. 2-20. Т4 14 — 2р 2р 2р 1з Т, Т Т— Т Т 2р 2р 1з цглерод зр-возбужденное состояние основное сосп)ояние орбиталп и7з-гибридизоизнного атома углерода Р (показаны только передние доли) Гипотетическое построение молекулы ацетилена начинается с добавления атома водорода к одной из зр-орбиталей.
Два фрагмента, полученные таким образом, соединяются, образуя одну О- и две л-связи между двумя атомами углерода. Плоскости, содержащие две л-связи, взаимно перпендикулярны, и их пересечение определяет направление О-связывающей молекулярной орбитали. Диагональный (линейный) зр-гибридизованный углерод обусловливает линейнун) геометрию ацетилена. Мы можем представить образование связей в ацетилене двумя различными способами. Первый из них показывает, как должно осуществляться взаимодействие электронов, чтобы образовались новые связи.
Второй изо- Две 8р-орбитал~ Зр-гибридизовапного атома углорода расположены под углом 180'. (Таким образом достигается максимальное разделение между этими орбиталями.) Две р-орбитали перпендикулярны друг другу и осй обеих зр-орбиталей: 56 глАвА 2 бражает ту комбинацию орбиталей, которая нужна для образования новы связей. при перекрывании ооразиевся й-с при перекрывании образуется б-связь С вЂ” С образование двух н-свнзей в ацетилене В ацетилене зт-связи полностью охватывают углероды, которые поэтому оказываются как бы погруженными в цилиндрическое облако л-электронной плотности. Водороды ацетилена находятся за пределами этого цилиндра. цилиндрическое облако н-электронов в ацетилене Н Два атома углерода ацетилена связаны одной о- и двумя л-связями: эта комбинация называется тройной связью.
Хотя тройная связь состоит из связей двух различных типов, обычное изображение тройной связи не дает представления об этих различиях. МОЖЕТ ЛИ УГЛЕРОД ОБРАЗОВЫВАТЬ ТРОЙНЫЕ СВЯЗИ С ДРУГИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ? Азот является элементом, который может образовывать тройные связи и с другим атомом азота, и с атомом углерода. Основное состояние атома азота (1822822рз) может быть гибридизовано в 8р-состояние.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
