В каких веществах имеется пи связь. Ковалентные связи. Пи- и сигма- связи. Основные объекты био.химии

25.05.2022

Существуют два типа ковалентной связи: сигма- и пи-связи. сигма-связью называется одинарная ковалентная связь, образованная при перекрывании АО по прямой (оси), соединяющей ядра двух связываемых атомов с максимумом перекрывания на этой прямой. сигма-связь может возникать при перекрывании любых (s-, р-гибридных) АО. У органогенов (углерод, азот, кислород, сера) в образовании сигма-связей могут принимать участие гибридные орбитали, обеспечивающие более эффективное перекрывание. Кроме осевого возможен еще один вид перекрывания - боковое перекрывание р-АО, приводящее к образованию пи-связи. пи-связью называется связь, образованная при боковом перекрывании негибридизованных р-АО с максимумом перекрывания по обе стороны от прямой, соединяющей ядра атомов. Часто встречающиеся в органических соединениях кратные связи являются сочетанием сигма- и пи-связей; двойная - одной сигма- и одной пи-, тройная - одной сигма- и двух пи-связей.

Энергия связи - это энергия, выделяющаяся при образовании связи или необходимая для разъединения двух связанных атомов. Она служит мерой прочности связи: чем больше энергия, тем связь прочнее.

Длина связи - это расстояние между центрами связанных атомов. Двойная связь короче одинарной, а тройная - короче двойной. Для связей между атомами углерода, находящихся в разном состоянии гибридизации, характерна общая закономерность: с увеличением доли s-орбитали в гибридной орбитали уменьшается длина связи. Например, в ряду соединений пропан СН3-СН2-СН3, пропен СН3-СН=СН2, пропин СН3-С-=СН длина связи СН3-С соответственно равна 0,154, 0,150 и 0,146 нм.

В химии широко используется представление о гибридных орбиталях атома углерода и других элементов. Понятие о гибридизации как способе описания перестройки орбиталей необходимо в тех случаях, когда число неспаренных электронов в основном состоянии атома меньше числа образуемых связей. Постулируется, что различные атомные орбитали, имеющие близкие значения уровня энергии, взаимодействуют между собой, образуя гибридные орбитали с одинаковой формой и энергией. Гибридные орбитали за счет большего перекрывания образуют более прочные связи по сравнению с негибридизованными орбиталями.

Тип гибридизации определяет направленность гибридных АО в пространстве и, следовательно, геометрию молекул. В зависимости от числа вступивших в гибридизацию орбиталей атом углерода может находиться в одном из трех состояний гибридизации. sp3-Гибридизация. В результате sp3-гибридизации атом углерода из основного состояния 1s2-2s2-2р2 за счет перемещения электрона с 2s- на 2р-орбиталь переходит в возбужденное состояние 1s2-2s1-2р3. При смешении четырех внешних АО возбужденного атома углерода (одной 2s- и трех 2р-орбиталей) возникают четыре равноценные sр-гибридные орбитали. Они имеют форму объемной восьмерки, одна из лопастей которой значительно больше другой. Вследствие взаимного отталкивания sp3-гибридные АО направлены в пространстве к вершинам тетраэдра и углы между ними равны 109,5° (наиболее выгодное расположение). Каждая гибридная орбиталь в атоме заполняется одним электроном. Атом углерода в состоянии sр3-гибридизации имеет электронную конфигурацию 1s2(2sр3)4.

Такое состояние гибридизации характерно для атомов углерода в насыщенных углеводородах (алканах) и соответственно в алкильных радикалах их производных. sp2-Гибридизация. В результате sp2-гибридизации за счет смешения одной 2s- и двух 2р-АО возбужденного атома углерода образуются три равноценные sp2-гибридные орбитали, располагающиеся в одной плоскости под углом 120’. Негибридизованная 2р-АО находится в перпендикулярной плоскости. Атом углерода в состоянии sр2-гибридизации имеет электронную конфигурацию 1s2-(2sр2)3-2р1. Такой атом углерода характерен для ненасыщенных углеводородов (алкенов), а также некоторых функциональных групп, например карбонильной, карбоксильной и др. sр-Гибридизация. В результате sр-гибридизации за счет смешения одной 2s- и одной 2р-орбиталей возбужденного атома углерода образуются две равноценные sр-гибридные АО, расположенные линейно под углом 180°. Оставшиеся негибридизованными две 2р-АО располагаются во взаимно перпендикулярных плоскостях. Атом углерода в состоянии sр-гибридизации имеет электронную конфигурацию 1s2-(2sр)2-2p2. Такой атом встречается в соединениях, имеющих тройную связь, например в алкинах, нитрилах. В гибридизованном состоянии могут находиться и атомы других элементов. Например, атом азота в ионе аммония NH4+ и соответственно алкиламмония RNН3+ находится в состоянии sр3-гибридизации; в пирроле и пиридине - sр2-гибридизаыии; в нитрилах - sр-гибридизации.

РАЗДЕЛ И. ОБЩАЯ ХИМИЯ

3. Химическая связь

3.5. Сигма - и пи-связь

Пространственно различают два типа связи - сигма - и пи-связь.

1. Сигма-связь (σ-связь) - простой (одинарный) ковалентная связь, образующаяся перекрыванием электронных облаков по линии, соединяющей атомы. Связь характеризуется осевой симметрией:

В образовании σ-связи могут принимать участие как обычные, так и гібридизовані орбитали.

2. Пи-связь (π-связь). Если у атома после образования σ-связи остались неспаренные электроны, он может использовать их на образование второго типа связи, который называют π-связью. Рассмотрим его механизм на примере образования молекулы кислорода O 2 .

Электронная формула атома Кислорода - 8 O 1 s 2 2 s 2 2 p 2 , или

Два неспаренные р-электроны в атоме Кислорода могут образовать две совместные ковалентные пары с электронами второго атома Кислорода:

Одна пара идет на образование σ-связи:

Другая, перпендикулярная к ней, - на образование π-связи:

Еще одна p -орбиталь (р в), как и s -орбиталь, на которой находятся по две спаренные электроны, участия в связи не берут и не обобществляются.

Аналогичным образом при образовании органических соединений (алкенов и алкадієнів) после sp 2 -гибридизации у каждого из двух атомов Углерода (между которыми образуется связь) остается по одной негібридизованій р-орбитали.

которые размещаются в плоскости, которая является перпендикулярной к оси соединения атомов Карбона:

В сумме σ - и π-связи дают двойную связь.

Тройная связь образуется аналогично и состоит из одной σ-связи (р х) и двух я-связей, которые образованы двумя взаимноперпендикулярными парами p -орбиталей (р у, p z ):

Пример: образование молекулы азота N 2 .

Электронная формула атома Азота- 7 N 1s 2 2s 2 2 p 3 или Три p -электроны в атоме Азота является неспареними и могут образовать три совместные ковалентные пары с электронами второго атома Азота:

В результате образования трех общих электронных пар N≡N каждый атом Азота приобретает устойчивую электронную конфигурацию инертного элемента 2 s 2 2 p 6 (октет электронов).

Тройная связь возникает и при образовании алкінів (в органической химии). В результате s г-гибридизации внешней электронной оболочки атома Углерода образуется две s р-орбитали, расположенные по оси 0Х. Одна из них идет на формирование в-связи с другим атомом Углерода (вторая - на формирование σ-связи с атомом Водорода). А две не гібридизовані р-орбитали (р у, p z ) размещаются перпендикулярно друг к другу и к оси соединения атомов (0Х).

С помощью π-связи формируется молекула бензену и других аренов. Длина связи (ароматического, «полуторного», сказывается ) 1 является промежуточной между длиной простого (0,154 нм) и двойной (0,134 нм) связи и составляет 0,140 нм. Все шесть атомов Углерода имеют общую π-электронное облако, плотность которой локализована над и под плоскостью ароматического ядра и равномерно распределена (делокалізована) между всеми атомами Углерода. По современным представлениям она имеет форму тороида:

1 Под длиной связи понимают расстояние между центрами ядер атомов Углерода, участвующих в связи.

Основные объекты био.химии.

Объектами изучения биоорганической химии являются белки и пептиды, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды, биополимеры, алкалоиды, терпеноиды, витамины, антибиотики, гормоны, токсины, а также синтетические регуляторы биологических процессов: лекарственные препараты, пестициды и др.

Изомерия органических соединений, ее виды. Характеристика видов изомерии, примеры.

Различают два вида изомерии: структурную и пространственную (т.е. стереоизомерию). Структурные изомеры отличаются друг от друга порядком связи атомов в молекуле, стереоизомеры - расположением атомов в пространстве при одинаковом порядке связей между ними.

Выделяют следующие разновидности структурной изомерии: изомерию углеродного скелета, изомерию положения, изомерию различных классов органических соединений (межклассовую изомерию).

Изомерия углеродного скелета обусловлена различным порядком связи между атомами углерода, образующими скелет молекулы. Например: молекулярной формуле С4Н10 соответствуют два углеводорода: н-бутан и изобутан. Для углеводорода С5Н12 возможны три изомера: пентан, изо-пентан и неопентан. С4Н10 соответствуют два углеводорода: н-бутан и изобутан. Для углеводорода С5Н12 возможны три изомера: пентан, изо-пентан и неопентан.

Изомерия положения обусловлена различным положением кратной связи, заместителя, функциональной группы при одинаковом углеродном скелете молекулы

Межклассовая изомерия- изомерия веществ, принадлежащих к разным классам органических соединений.

Современная классификация и номенклатура органических соединений.

В настоящее время широко используется систематическая номенклатура- IUPAC- международная единая химическая номенклатура. Правила ИЮПАК основываются на несколько систем:

1) радикально-функциональная (в основе названия лежит название функц-й группы),

2) соединительная (названия составляют из нескольких равноправных частей),

3) заместительная (основой названия служит углеводородный фрагмент).

Ковалентные связи. Пи- и сигма- связи.

Ковалентная связь являетсся основным типом связи в органических соединениях.

Это связь, образованная перекрытием пары валентных электронных облаков.

Пи-связь- это ковалентная связь, образующаяся путем перекрывания р-атомных орбиталей.

Сигма-связь- это ковалентная связь, образующаяся при перекрывании s-атомных орбиталей.

Если между атомами в молекуле образуются как s-, так и р-связи, то образуется кратная (двойная или тройная) связь.

6. Современные представления о структуре органических соединений. Понятие «химическое строение», «конфигурация», «конформация», их определение. Роль структуры в проявлении биологической активности.

В 1861 году А.М. Бутлеровым была предложена теория химического строения органических соединений, лежащая в основе современных представлений о структуре орг. соединений,которая состоит из следующих основных положений:

1.В молекулах веществ существует строгая последовательность химического связывания атомов, которая называется химическим строением.

2.Химические свойства вещества определяются природой элементарных составных частей, их количеством и химическим строением.

3.Если у веществ с одинаковым составом и молекулярной массой различное строение, то возникает явление изомерии.

4.Так как в конкретных реакциях изменяются только некоторые части молекулы, то исследование строения продукта помогает определить строение исходной молекулы.

5.Химическая природа (реакционная способность) отдельных атомов в молекуле меняется в зависимости от окружения, т.е. от того, с какими атомами других элементов они соединены.

Понятие "химическое строение" включает представление об определенном порядке соединения атомов в молекуле и об их химическом взаимодействии, изменяющем свойства атомов.

Представления о механизме образования химической связи на примере молекулы водорода распространяются и на другие молекулы. Теория химической связи, созданная на этой основе, получила название метода валентных связей (МВС) .

Основные положения:

1) ковалентная связь образуется в результате перекрывания двух электронных облаков с противоположно направленными спинами, причем образованное общее электронное облако принадлежит двум атомам;

2) ковалентная связь тем прочнее, чем в большей степени перекрываются взаимодействующие электронные облака. Степень перекрывания электронных облаков зависит от их размеров и плотности;

3) образование молекулы сопровождается сжатием электронных облаков и уменьшением размеров молекулы по сравнению с размерами атомов;

4) в образовании связи принимают участие s- и p-электроны внешнего энергетического уровня и d-электроны предвнешнего энергетического уровня.

В молекуле хлора каждый его атом имеет завершенный внешний уровень из восьми электронов s 2 p 6 , причем два из них (электронная пара) в одинаковой степени принадлежит обоим атомам. Перекрывание электронных облаков при образовании молекулы показано на рисунке

Схема образования химической связи в молекулах хлора Cl 2 (а) и хлороводорода HCl (б)

Химическая связь, для которой линия, соединяющая атомные ядра, является осью симметрии связывающего электронного облака, называется сигма (σ)-связью . Она возникает при «лобовом» перекрывании атомных орбиталей. Связи при перекрывании s-s-орбиталей в молекуле Н 2 ; р-р-орбиталей в молекуле Cl 2 и s-p-орбиталей в молекуле НСl являются сигма связями. Возможно «боковое» перекрывание атомных орбиталей. При перекрывании р-электронных облаков, ориентированных перпендикулярно оси связи, т.е. по оси у- и z-осям, образуются две области перекрывания, расположенные по обе стороны от этой оси.

Такая ковалентная связь называется пи (p)-связью . Перекрывание электронных облаков при образовании π-связи меньше. Кроме того, области перекрывания лежат дальше от ядер, чем при образовании σ-связи. Вследствие этих причин π-связь обладает меньшей прочностью по сравнению с σ-связью. Поэтому энергия двойной связи меньше удвоенной энергии одинарной связи, которая всегда является σ-связью. Кроме того, σ-связь имеет осевую, цилиндрическую симметрию и представляет собой тело вращения вокруг линии, соединяющей атомные ядра. π-Связь, наоборот, не обладает цилиндрической симметрией.

Одинарная связь всегда является чистой или гибридной σ-связью. Двойная же связь состоит из одной σ- и одной π-связей, расположенных перпендикулярно друг относительно друга. σ-Связь прочнее π-связи. В соединениях с кратными связями обязательно присутствует одна σ-связь и одна или две π-связи.

Основные объекты био.химии.

Объектами изучения

Ковалентные связи. Пи- и сигма- связи.

Ковалентная связь

Конфигурация

Конформация

Поиск на сайте:

Ковалентные связи. Пи- и сигма- связи.

Основные объекты био.химии.

Изомерия органических соединений, ее виды. Характеристика видов изомерии, примеры.

Различают два вида изомерии: структурную и пространственную (т.е.

стереоизомерию). Структурные изомеры отличаются друг от друга порядком связи атомов в молекуле, стереоизомеры - расположением атомов в пространстве при одинаковом порядке связей между ними.

Межклассовая изомерия- изомерия веществ, принадлежащих к разным классам органических соединений.

Современная классификация и номенклатура органических соединений.

В настоящее время широко используется систематическая номенклатура- IUPAC- международная единая химическая номенклатура.

Правила ИЮПАК основываются на несколько систем:

1) радикально-функциональная (в основе названия лежит название функц-й группы),

2) соединительная (названия составляют из нескольких равноправных частей),

3) заместительная (основой названия служит углеводородный фрагмент).

Ковалентные связи.

Пи- и сигма- связи.

Ковалентная связь являетсся основным типом связи в органических соединениях.

Это связь, образованная перекрытием пары валентных электронных облаков.

Пи-связь- это ковалентная связь, образующаяся путем перекрывания р-атомных орбиталей.

Сигма-связь- это ковалентная связь, образующаяся при перекрывании s-атомных орбиталей.

Современные представления о структуре органических соединений. Понятие «химическое строение», «конфигурация», «конформация», их определение. Роль структуры в проявлении биологической активности.

5.Химическая природа (реакционная способность) отдельных атомов в молекуле меняется в зависимости от окружения, т.е.

от того, с какими атомами других элементов они соединены.

Конфигурация - относительное пространственное расположение атомов или групп атомов в молекуле химического соединения.

Конформация - пространственное расположение атомов в молекуле определенной конфигурации, обусловленное поворотом вокруг одной или нескольких одинарных сигма-связей

Поиск на сайте:

Сигма связь -ковалентная связь образованная при перекрывании атомных s-электронных облаков, происходит вблизи прямой, соединяющей ядра взаимодействующих атомов (т.е. вблизи оси связи)
В образовании сигма-связи могут принимать участие p-электронные облака, ориентированные вдоль оси связи. в молекуле HF ковалентная сигма-связь возникает вследствие перекрывание 1s-электронного облака атома водорода и 2p-электронного облака атома фтора.

Химическая связь в молекуле F2 тоже сигма связь, она образована 2p-элект. облаками двух атомов фтора.

Сигма -связи -прочные, одинарные и простые связи

Пи-связь — ковалентная связь, при взаимодействии p-электронных облаков, ориентированных перпендикулярно оси связи, образуются не одна, а две области перекрывания, расположенные по обе стороны от этой связи.

Примеры:

в молекуле N2 атомы азота связаны в молекуле тремя ковалентными связями, но связи неравноценны одна из них сигма, две другие пи-связи.

вывод о неравноценности связей в молекуле подтверждается тем, что энергия их разрыва различна; пи-связь является непрочной

| Защита персональных данных |

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Напишите хоть что-то, пожалуйста!! 1) Пи-связь имеется в молекуле: а) метанола б)

Напишите хоть что-то, пожалуйста!!

1) Пи-связь имеется в молекуле:

а) метанола

б) этандиола-1,2

в) формальдегида

г) фенола

2) Пи-связь имеется в молекуле:

а) олеиновой кислоты

б) диэтилового эфира

в) глицерина

г) циклогексана

3) Изомерами являются:

а) этанол и этандиол

б) пентановая кислота и 3-метилбутановая кислота

в) метанол и пропанол-1

г) пентановая кислота и 3-метилпентановая кислота

4) Изомерами являются:

а) этанол и этаналь

б) пропаналь и пропанон

в) пентанол и этиленгликоль

в) пропаналь и пропанон

г) уксусная кислота и этилацетат

5) Атома кислорода не содержит:

а) гидроксильная группа

б) карбоксильная группа

в) карбонильная группа

г) аминогруппа

6) Межмолекулярные водородные связи характерны:

а) для метанола

б) для ацетальдегида

в) для метана

г) для диметилового эфира

7) Восстановительные свойства этанол проявляет в реакции:

а) с натрием

б) с пропановой кислотой

в) с бромоводородом

г) с оксидом меди (II)

8) Взаимодействуют между собой:

а) формальдегид и бензол

б) уксусная кислота и хлорид натрия

в) глицерин и гидроксид меди (II)

г) этанол и фенол

При образовании ковалентной связи в молекулах органических соединений общая электронная пара заселяет связывающие молекулярные орбитали, имеющие более низкую энергию. В зависимости от формы МО – σ-МО или π-МО – образующиеся связи относят к σ- или -типу.

σ-Связь – ковалентная связь, образованная при перекрывании s -, p — и гибридных АО вдоль оси , соединяющей ядра связываемых атомов (т.е.
при осевом перекрывании АО).
π-Связь – ковалентная связь, возникающая при боковом перекрывании негибридных р -АО. Такое перекрывание происходит вне прямой, соединяющей ядра атомов.

π-Связи возникают между атомами, уже соединенными σ-связью (при этом образуются двойные и тройные ковалентные связи).

π-Связь слабее σ-связи из-за менее полного перекрывания р -АО.

характерные особенности σ- и π-связей

σ-Связь прочнее π-связи. Это обусловлено более эффективным осевым перекрыванием АО при образовании σ-МО и нахождением σ-электронов между ядрами.
По σ-связям возможно внутримолекулярное вращение атомов, т.к.
форма σ-МО допускает такое вращение без разрыва связи (аним., ~33 Kб). Вращение по двойной (σ + π) связи невозможно без разрыва π-связи!
Электроны на π-МО, находясь вне межъядерного пространства, обладают большей подвижностью по сравнению с σ-электронами.
Поэтому поляризуемость π-связи значительно выше, чем σ-связи.