Presentation is loading. Please wait.

Presentation is loading. Please wait.

1 Тема 1. Хімічний зв’язок та взаємний вплив атомів в молекулах органічних сполук. Тема 2. Кислотні та основні властивості органічних сполук. Класифікація.

Similar presentations


Presentation on theme: "1 Тема 1. Хімічний зв’язок та взаємний вплив атомів в молекулах органічних сполук. Тема 2. Кислотні та основні властивості органічних сполук. Класифікація."— Presentation transcript:

1 1 Тема 1. Хімічний зв’язок та взаємний вплив атомів в молекулах органічних сполук. Тема 2. Кислотні та основні властивості органічних сполук. Класифікація органічних реакцій і реагентів.

2 2 Одне з головних питань – питання про хімічний зв’язок. Це питання було розв’язане тільки після відкриття електрону. На початку XX ст., коли були досягнуті успіхи в питанні будови електронних оболонок атомів, коли стало відомо, що властивості атомів визначаються переважно електронами останнього енергетичного рівня, питання про хімічний зв’язок набрало ваги. Розробка електронних уявлень в органічній хімії (Штарк, Коссель, Льюїс, Ленгмюр) приводить до виникнення “октетної теорії”, або “теорії електронних пар” ( р.) для практикування природи хімічного зв’язку. Автори звернули увагу на стабільність конфігурації з 8 електронів (інертні гази) і на те, що при утворенні зв’язку атоми намагаються утворити стійкий октет. (формули Льюїса)

3 3 Електронна структура атома Карбону в органічних сполуках

4 4 основний стан збуджений стан Електронна структура атома Карбону в органічних сполуках

5 5 Гібридизація Атомна орбіталь — це частина простору, в якій ймовірність знаходження електрона максимальна

6 6 Гібридизація Гібридні орбіталі і характер атомів Карбону Стан атома Карбону Орбіталі Валентни й стан атома Карбону Тип гібридизації і будова молекули Збуджений, вихідний стан 2s2p x 2p y 2p z – – Збуджений, в алканах 2sp 3 I (sp 3 ) Тетраедрична Збуджений, в алкенах 2sp 2 2pII (sp 2 ) Тригональна (площинна) Збуджений, в алкінах 2sp 2p III (sp) Дигональна (лінійна)

7 7 У відповідності з октетною теорією утворення октету може проходити двома шляхами, тому є два види хімічного зв’язку: гетерополярний і гомеополярний зв’язки. 1. Гетерополярний, електровалентний (Коссель, Ленгмюр) або іонна взаємодія пов’язана з повною віддачею атомами електронів. Атоми перетворюються в іони. 2. Гомеополярний зв’язок, атомний. Стійкі октети створюються шляхом узагальнення електронів. Зв’язок створений спільними електронними парами, називається ковалентним. Виникнення ковалентного зв’язку йде двома механізмами: а) коллігація (обмінний механізм), кожний з атомів дає електрони для спільного користування):СН 3  +  СН 3  СН 3 – СН 3

8 8 б) координація (донорно-акцепторний механізм) – один з атомів є донором електронів, а другий – акцептором. СН 3 + СН 3  СН 3 – СН 3

9 9 Ці два методи – це два різних шляхи утворення одного і того ж зв’язку, структура якого не залежить від механізму утворення. По донорно-акцепторному механізму взаємодіють сполуки, які містять в своєму складі атоми N, O, S. Льюїс розглядає подібні реакції як кислотно-основні. Донори – основи, акцептори – кислоти. хлорид метиламонію

10 10 Донорно-акцепторний механізм утворення ковалентного зв'язку донор акцептор

11 11 Донорно-акцепторний механізм утворення ковалентного зв'язку триметиламін оксид триметиламіну семіполярний ковалентний зв'язок

12 12 Семіполярний зв’язок (біполярний, півполярний) – це різновидність ковалентного зв’язку, утвореного по донорно-акцепторному механізму. Це такий зв’язок, коли ковалентнозв’язані атоми несуть повні протилежні (формальні) заряди. Цей вид зв’язку являє собою комбінацію ковалентного і електровалентного зв’язку. Від звичайного ковалентного зв’язку відрізняється тим, що атоми несуть заряди; від електронновалентного тим, що крім іонної взаємодії атоми зв’язані ще й ковалентно, тому сполуки не дисоціюють у водному розчині на іони.

13 13 Типи хімічних зв'язків Йонний звязок Ковалентний полярний звязок Ковалентний неполярний звязок

14 14 Типи хімічних зв'язків Йонний звязок Ковалентний полярний звязок Пара електронів зміщена в сторону хлору

15 15 Типи хімічних зв'язків Ковалентний неполярний звязок

16 16 Типи хімічних зв'язків метан етилен ацетилен

17 17 Різні види перекривання орбіталей  -зв'язок

18 18 Різні види перекривання орбіталей  - зв'язок

19 19 Властивості ковалентного зв'язку Ковалентний зв'язок характеризується такими параметрами: насиченістю, полярністю, поляризованістю, довжиною, енергією і направленістю в просторі (кутами між зв'язками).

20 20 Полярність зв’язку (статична поляризація) відбиває взаємний вплив безпосередньо зв’язаних атомів. Це зміщення електронної хмари зв’язку до більш електронегативного атома. Електронегативність – здатність атома або групи атомів відтягувати до себе електронну густину. Електронегативність елементів визначається шкалою Полінга: 4,0 3,5 3,2 3,0 2,8 2,75 2,6 2,5 2,2 F > O > C sp > N, Cl > Br > C sp2 > I > C sp3 > H Чим більша електронегативність атома, тим більш полярний зв’язок.

21 21 Кількісно полярний зв’язок можна охарактеризувати величиною дипольного моменту (  ). Полярні молекули утворюють диполі. Диполь – система з розділеними центрами електропозитивних і електронегативних зарядів. Одиниці виміру дипольного моменту Д (дебай) або Кулон  метр (Кл  м).  = g l 1 Д = 3,33  10 –30 Кл  м. Для ковалентних молекул  = 0 – 4 Д, для йонних –  = 4 – 11 Д. Дипольний момент – величина векторна, показується  від + до –. В молекулі дипольний момент являє собою геометричну суму дипольних моментів окремих зв’язків. Тому деякі симетричні молекули не полярні.

22 22 Полярність

23 23 Поляризованість Ковалентний зв'язок володіє поляризованістю — здатністю змінювати свою полярність, наприклад, під дією зовнішнього впливу

24 24 Поляризованість зв’язку (динамічна поляризація) – це зміна розподілу електронної густини під дією зовнішніх чинників (реагентів, розчинників, каталізаторів). Поляризованість зростає із зменшенням ЕН та із збільшенням радіуса атома і є більш визначальною на реакційну здатність молекули. Чим більше електрони зсунуті в статичній молекулі, тим менше залишається можливостей для їх зсуву під дією зовнішнього поля. Найменш полярна молекула HJ являє собою саму сильну кислоту: у водному середовищі завдяки високій поляризованісті легко відщеплює протон. Поляризованість молекул має важливе значення для пояснення поведінки речовин в момент реакції.  - зв'язки поляризуються значно легше, ніж  - зв'язки

25 25 Довжина зв’язку (l) – відстань між ядрами атомів, що відповідає мінімальній енергії системи з двох ядер Енергія зв’язку (Е) – є мірою його міцності і визначається як кількість енергії, що виділяється при утворенні зв’язку, або яку потрібно затратити на його розрив. Виражається в кДж/моль або ккал 1 ккал = 4,184 кДж. С – С кДж/моль, С = С кДж/моль, С  С кДж/моль.

26 26 Довжина звязку і енергія Деякі параметри ковалентних Карбон-Карбонових звязків Ковалент- ний звязок Тип гібриди- зації атома Карбону Довжина звязку, нм Кут між гібридними орбіталями (міжвалент- ні кути) Енергія звязку, кДж/моль Форма молекули sp 3 0,154109° 28'350Тетраедри- чна sp 2 0,134120°610Площинна sp0,120180°830Лінійна С sp3 – С sp2 0,150 нм С sp3 – С sp 0,146 нм С – Н 0,111 нм

27 27 Направленість ковалентного зв'язку sp 3 – гібридизація тетраедрична будова sp 2 – гібридизація площинна будова sp – гібридизація лінійна будова

28 28 Водневий зв’язок відноситься до особливого типу донорно-акцепторного зв’язку. Водневий зв’язок виникає у випадку, коли Гідроген зв’язаний ковалентно з сильно електронегативним (ЕН) елементом (F, O, N). Електронна пара при цьому значно зміщена до ЕН атому, а над Гідрогеном виникає  +. При наближенні до атома Гідрогену іншого електронегативного атома іншої молекули, виникають сили взаємодії. При цьому ЕН атом виступає в якості донора електронів, а Гідроген – в якості акцептора. Атом Гідрогену займає проміжне положення між двома ЕН атомами, з одним з яких він зв’язаний ковалентно. Водневий зв’язок буває міжмолекулярним і внутрішньомолекулярним. Водневий зв'язок

29 29 Утворення міжмолекулярного зв’язку у випадку води, спиртів, приводить до збільшення Т к. Інколи зв’язки дуже міцні, утворюються асоціати: n – нітрофенол (не переганяються з водяним паром) о-нітрофенол (внутрішньо-молекулярні зв’язки) переганяються з водяною парою. Розчинність нижчих спиртів і амінів пов’язана з їх здатністю утворювати водневі зв’язки. Водневий зв'язок

30 30 Водневі зв’язки дуже поширені в природі, вони позначаються на властивостях білків, нуклеїнових кислот. Функціональні властивості білків визначаються їх здатністю утворювати водневі зв’язки. Ген-фрагмент ДНК – складна молекула, яка повинна зберегти свою конфігурацію, щоб вірно передавати спадковість. Водневі зв’язки відіграють важливу роль в підтриманні цієї конфігурації. Відомо, що з усіх взаємодій лише водневі зв’язки мають потрібну міцність і направленість, які характеризуються необхідними для підтримання структур молекул. Водневий зв'язок

31 31 Водневий зв'язок 12,5—20 кДж/моль

32 32 Взаємний вплив атомів в молекулі Індуктивний ефект метанхлорметанметанол Зв'язок C–H малополярний Зв'язок C–Cl полярнийЗв'язок C–O полярний Зміщення електронної густини по лінії  - зв'язків називається індуктивним ефектом і позначається буквою I.

33 33 Взаємний вплив атомів в молекулі Індуктивний ефект pK a =5,67 I pK a =6,07 II

34 34 Взаємний вплив атомів в молекулі Індуктивний ефект Електроноакцепторні замісники – це атом або група атомів, що зміщують електронну густину  -звязку від атома Карбону, проявляють негативний індуктивний ефект (-I-ефект). Електронодонорні заместители замісники – це атом або група атомів, що зміщують електронну густину  -звязку до атома Карбону, проявляють позитивний індуктивний ефект (+I-ефект).

35 35 Взаємний вплив атомів в молекулі Індуктивний ефект +I-Ефект проявляють аліфатичні вуглеводневі радикали, наприклад алкільні радикали (–CH 3, –C 2 H 5 і т. д.). Більшість функціональних груп проявляють -I-ефект: –Hal, –NH 2, –OH, >С=O, –COOH. пропен

36 36 Взаємний вплив атомів в молекулі Мезомерний ефект (ефект спряження) Делокалізований зв'язок

37 37 Взаємний вплив атомів в молекулі Мезомерний ефект (ефект спряження)

38 38 Взаємний вплив атомів в молекулі Надспряження (гіперконъюгація)

39 39 Взаємний вплив атомів в молекулі Надспряження (гіперконъюгація)

40 40 Взаємний вплив атомів в молекулі Надспряження (гіперконъюгація) 2-метилбутен-2 2-метилбутен-1

41 41 Кислотність і основність органічних сполук Переважно лікарські препарати проникають через ліпідну оболонку в неіонізованому стані, а тому знання їх кислотності і основності відіграє важливу роль в процесі вивчення їх метаболізму. Наприклад, ацетилсаліцилова кислота (аспірин) краще всмоктується в шлунку (рН 1 – 3) (ліки кислотної природи), а анілін краще всмоктується в кишечнику (рН 7 – 8) (ліки основної природи).

42 42 Кислоти та основи по Бренстеду-Лоурі Кислотність і основність органічних сполук Типи кислот: -SH > -OH > -NH > -CH Типи основ: амонієві основи > оксонієві основи > сульфонієві основи >  -основи

43 43 Центр протонування Кислотність і основність органічних сполук Кислотний центр

44 44 Кислотність і основність органічних сполук Залежність кислотних та основних властивостей від природи замісників

45 45 Кислотність і основність органічних сполук Ефективність дії багатьох лікарських засобів обумовлюється їх здатністю проникати до рецептора. Для речовин, здатних до іонізації, біологічна активність може визначатися часткою неіонізованих молекул, або Наприклад, фенол і ацетатна кислота припиняють ріст різних плісеневих грибів; їх біологічна дія обумовлена неіонізованими молекулами, і тому найбільша ефективність ацетатної кислоти проявляється при рН нижче 4, а для фенолу – при рН нижче 9. Також тільки неіонізований теофілін стимулює діяльність серця черепахи, а не його аніон. В той же час антибактеріальна дія сульфаніламідних препаратів обумовлена аніонами. Оптимальне значення рК а сульфаніламідів знаходиться в інтервалі 6–8. Або антибактеріальна (бактеріостатична) дія аміноакридинів проявляється тільки в катіонній формі цих сполук і зростає при підвищенні ступеня їх катіонної іонізації.

46 46 Кислотність і основність органічних сполук

47 47 Кислотність і основність органічних сполук Кислоти та основи Льюїса

48 48 Кислотність і основність органічних сполук Правило ЖМКО Пірсона

49 49 Гомолітичним, або вільнорадикальним називають механізм, в якому при розриві зв'язків у реагуючих молекул у кожного з фрагментів, що утворюються, залишається по одному електрону. Такі частинки називають радикалами (R) A · ¦ · B  A · + B · Гетеролітичним, або йонним називають механізм, в якому при розриві зв'язків у реагуючих молекул обидва електрони залишаються на одному з фрагментів, що утворюються. Такі частинки називають йонами A :¦ B  A - + B + Типи механізмів органічних реакцій

50 50 1) йони, що несуть повний негативний заряд (аніони): OH -, CN -, RO -, NO 2 -, R-COO -, Hal - тощо; 2) нейтральні молекули, які містять одну або декілька неподільних електронних пар електронів: 3) молекули, які мають центри з підвищеною електронною густиною (алкени, алкадієни, алкіни, арени): Типові нуклеофільні реагенти

51 51 1) йони, що несуть позитивний заряд (катіони): протон (Н + ), катіони металів, арилдіазоній-катіон (Ar-N 2 + ), нітроній-катіон (NO 2 + ), нітрозил-катіон (NO + ), протонований сульфур (VI) оксид (HSO 3 + ); 2) нейтральні молекули, які мають вакантну орбіталь: SO 3, кислоти Льюїса (AlCl 3, FeBr 3, SnCl 4, BF 3 ) 3) молекули, які мають центри зі зниженою електронною густиною: галогенпохідні вуглеводнів, сполуки з карбонільною групою, а також галогени Типові електрофільні реагенти

52 52 Реакції нуклеофільного заміщення (S N ) Ізобутилйодид Основна реакція: Хлорацетамід Основна реакція:

53 53 Феноксиацетатна кислота Основна реакція: Реакція нуклеофільного заміщення (S N ) 2,4-Динітрофенілгідразин Основна реакція:

54 54 пара-Ксиленсульфокислота Основна реакція: Реакції електрофільного заміщення (S Е ) 4-Бром-трет-бутилбензен Основна реакція: мета-Нітроацетофенон Основна реакція:

55 55 пара-Бромацетанілід і пара-броманілін Основна реакція: Реакції електрофільного заміщення (S Е ). Кислотний гідроліз Амід фенілацетатної кислоти Основна реакція:

56 56 1,2-Дифенілетанол Основні реакції: Синтез з використанням магнійорганічних сполук. Реакції електрофільного приєднання (А Е )

57 57 Дибром-пара-хлоркорична кислота Основна реакція: Реакції електрофільного приєднання (А Е )

58 58 транс-Стільбен Основна реакція: Реакції елімінування (відщеплення) (Е1 та Е2)

59 59 2,4-Динітрофенілгідразон циклогексанону Основна реакція: Реакції приєднання-відщеплення карбонільних сполук з сполуками, що містять фрагмент H 2 N-X

60 60 Метиловий етер п-крезолу Основна реакція: Реакції алкілювання

61 61 Ацетилсаліцилова кислота Основна реакція: Реакції ацилювання

62 62 пара-Хлоркорична кислота Основна реакція: Реакції конденсації з метиленовими компонентами. Реакція декарбоксилювання

63 63 Реакція діазотування. Реакція Зандмейєра (з виділенням азогрупи)

64 64 Реакція діазотування. Реакція Меєрвейна (з виділенням азогрупи)

65 65 4-(4-Диметиламінофеніл)азобензенсульфонат натрію (метиловий оранжевий) Основна реакція: Реакція діазотування та азосполучення (без виділення азогрупи)

66 66 Реакція відновлення та окиснення

67 67 Реакція циклізації (формування гетероциклічних структур) Метиловий естер 2-аміно-4,5-тетраметилентіофен-3-карбонової кислоти Основна реакція:

68 68 Карбокатіони Карбоаніони Вільні радикали Проміжні активні частинки


Download ppt "1 Тема 1. Хімічний зв’язок та взаємний вплив атомів в молекулах органічних сполук. Тема 2. Кислотні та основні властивості органічних сполук. Класифікація."

Similar presentations


Ads by Google