ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теория химического строения органических соединений из "Общая химия 2000" Химическая природа органических соединений, свойства, отличающие их от соединений неорганических, а также их многообразие нашли объяснение в сформулированной Бутлеровым в 1861 г. теории химического строения (см. разд. 4.2). [c.550] Лишь синтетически получены ценные органические вещества, отличающиеся исключительной устойчивостью к действию окислителей и высоких температур. Таковы, например, перфторуглероды (перфторпа Й )ины или перфторалканы), фторопласт и др. [c.550] На этом основан количёственный анализ органических веществ содержание углерода и водорода в сгоревшем веществе определяют по количеству образовавшихся СО2 и Н2О, выделившийся N2 измеряют непосредственно по объему, а содержание кислорода устанавливают по разности между массой сгоревшего вещества и массой содержавшихся в нем других элементов. [c.550] Возбужденный атом углерода может участвовать в образовании четырех ковалентных связей. Поэтому в подавляющем большинстве своих соединений углерод проявляет ковалентность, равную четырем. [c.551] Электронная формула показывает, что атом углерода в молекуле метана имеет устойчивую восьмиэлектронную внешнюю оболочку (электронный октет), а атомы водорода — устойчивую двухэлектронную оболочку (электронный дублет). [c.551] Такой тетраэдрической направленности всех четырех одинаковых (по прочности и длине) ковалентных сг-связей атома углерода с другими атомами отвечает sp -гибридизация его валентных орбиталей (см. разд. 4.5.6 и рис. 29.2). Данная геометрия следует и из концепции отталкивания электронных пар валентной оболочки углерода, когда четыре связывающих электронные пары стремятся удалиться, как можно дальше друг от друга (см. разд. 4.5.5). Химическая связь в таких соединениях углерода в значительной мере локализована между парами атомов и двухэлектронна. В этой связи предполагается, что коллективные свойства молекулы, т. е. свойства, определяемые движением сразу всех электронов, будут аддитивными. Экспериментальные данные во многих случаях подтверждают это. В молекулах с тетраэдрическими связями атомов углерода длины химических связей и их прочность для одной и гой же пары атомов приблизительно постоянны. [c.552] Тетраэдрическое строение молекулы метана наглядно выражается ее пространственными моделями — шариковой (рис. 29.3) или сегментовой (рис. 29.4). Белые шарики (сегменты) изображают атомы водорода, черные — углерода. Шариковая модель характеризует лишь взаимное пространственное расположение атомов, сегменто-вая — дает, кроме того, представление об относительных межатомных расстояниях (расстояниях между ядрами атомов) И размерах атомов. [c.552] Как показано на рис. 29.3, структурная формула метана может рассматриваться как проекция его пространственной модели на плоскость чертежа. [c.552] Валентности атомов углерода, не пошедщие на взаимное соединение, используются для присоединения других атомов или групп (в углеводородах — для присоединения водорода). [c.553] Известны соединения, содержащие в цепях сотни и более атомов углерода. [c.553] Следовательно, углеводороды метан, этан, пропан, бутан и т. д. — гомологи одного и того же ряда, который называют рядом предельных, или насыщенных, углеводородов (алканов) или, по первому представителю, — рядом метана. [c.553] Таким образом, многообразие органических соединений определяется и тем, что при одинаковом числе атомов углерода в молекуле возможны соединения с открытой, незамкнутой цепью углеродных атомов, а также вещества, молекулы которых содержат циклы (циклические соединения). [c.554] Углеводороды с кратными связями называются непредельными или ненасыщенными. Этилен и ацетилен — первые представители двух гомологических рядов — этиленовых и ацетиленовых углеводородов. [c.554] Таким образом, одна и з электронных пар в связи С = С осуществляет (Т-связь, а вторая — образуется р-электронами, не участвующими в гибридизации их облака сохраняют форму объемной восьмерки ( гантели ), ориентированы перпендикулярно к плоскости, в которой расположены (т-связи, и перекрываются над и под этой плоскостью (рис. 29.7), образуя тг-связь. Следовательно, двойная связь С = С представляет собой сочетание одной ст- и одной тг-связей. [c.555] Тройная связь С С (или СНС) является сочетанием одной ст-связи и двух тг-связей. Например, при образовании молекулы ацетилена в каждом из атомов углерода в гибридизации участвует одна 5-орбиталь и только одна р-орбиталь (зр-гибридизация) в результате образуются два ер-гибридных электронных облака, участвующих в образовании двух ст-связей. Облака двух р-электронов каждого атома С не гибридизуются и участвуют в образовании двух тг-связей. Таким образом, в ацетилене всего три ст-связи (одна С-С и две С-Н), направленные вдоль одной прямой, и две тг-связи, ориентированные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 29.8). [c.555] Кратные (т. е. двойные и тройные) связи при реакциях легко превращаются в простые тройная вначале переходит в двойную, а последняя — в простую. Это обусловлено их высокой реакционной способностью и имеет место при присоединении каких-либо атомов к паре атомов углерода, связанных кратной связью. [c.555] Переход кратных связей в простые объясняется тем, что обычно тг-связи обладают меньшей прочностью и поэтому большей лабильностью по сравнению с ст-связями. При образовании тг-Связей р-электронные облака с параллельными осями перекрываются в значительно меньшей степени, чем электронные облака, перекрывающиеся по оси связи (т. е. гибридные, з-электронные или ориентированные вдоль оси связи р-электронные облака). [c.555] Энергия разрыва связи С С составляет 535 кДж/моль, связи С = С — 423 кДж/моль, а связи С-С только 264 кДж/моль. [c.555] На рис. 29.9 и 29.10 представлены шариковые и сегментовые пространственные модели соединений с двойной (этилен) и с тройной (ацетилен) связями. [c.556] Вернуться к основной статье