Взаимное влияние атомов. Электронные эффекты

Одно из положений теории А.М.Бутлерова свидетельствует о взаимном влиянии атомов. Наиболее сильное взаимное влияние оказывают атомы непосредственно связанные друг с другом. Природу и механизм этого влияния можно объяснить с помощью теории электронных смещений. Существует два вида электронных смещений: смещение электронной плотности впростых σ-связях и смещение электронной плотности по сопряженной системе.

Индуктивный (индукционный) эффект —это смещение электронной плотности по σ-связям, который возникает в силу различной электроотрицательности атомов. Обозначается индуктивный эффект буквой I.

Индуктивныйэффект—это передача электронного влияния заместителя по цепи σ-связей.

Индуктивный эффект по знаку может быть положительный (+I) и отрицательный (-I), в зависимости от того электронодонорные или электроноакцепторные свойства проявляют данный атом или атомнаяг руппа.

Электронодонорным (ЭД) называется такой заместитель, благодаря которому происходит повышение электронной плотности в цепи.

Электроноакцепторным (ЭА) называется такой заместитель, благодаря которому происходит понижение электронной плотности в цепи.

Для изображения такого смещения используют (→) стрелку на σ-связи.

В молекулах углеводородов связь ковалентная неполярная т.е. электронная плотность в молекулах распределена равномерно.

Молекула н-бутана неполярна, так как электроотрицательность углерода и водорода приблизительно одинаковы, все атомы углерода находятся в sp3-гибридизации, т.е. и их электроотрицательность тоже одинакова, поэтому никакого смещения электронной плотности не происходит.

Введение в молекулу хлора приводит к тому, что молекула становится полярной, так как хлор более электроотрицательный элемент, чем углерод.

Уменьшение электронной плотности на первом атоме углерода при-водит к тому, что он проявляя электроноакцепторные свойства «оттягива-ет» на себя электроны σ-связи от соседнего атома углерода, тот в свою очередь оттягивает электронную плотность на себя и т.д. Таким образомполяризация связи С–Cl вызывает элекронную асимметрию.

В основе оценки индуктивнго эффекта (+I, – I) лежит электроотрицательность элементов, в качестве стандарта служит атом водорода, индуктивный эффект которого равен 0.

Атомы и атомные группы, обладающие электроноакцепторными свойствами, т.е. способные притягиватьэ лектроны, проявляют отрицательный индуктивный эффект (–I), а атомы или атомные группы, способные отталкивать от себя электронную плотность проявляют положительный индуктивный эффект (+I).

Отрицательным индуктивным эффектом обладают:

Х:–NO2,–OH,–NH2,–COH,–COR,–COOH,–SO3H,–OR,–SR,–SH,–Hal.

Положительным индуктивным эффектом обладают:

Алкильныегруппы (–CH3,–C2H5ит.д.).

Особенности индуктивного эффекта.

1. Индуктивный эффект заместителей распространяется всегда в одном направлении.

2.Индуктивный эффект постепенно затухает, вызывая поляризацию максимум 3–4 связей.

Отрицательный индуктивный эффект атомов и атомных групп определяется их электроотрицательностью, с увеличением электроотрицательности усиливается и индукционное влияние заместителя. Его удобно рассматривать в пределах одного периода в ПСЭ.

В ряду алкильных радикалов, наибольшей электроноотталкивающей способностью, обладают третичные радикалы, затем вторичные и первичные радикалы.

Увеличение +I эффекта наблюдается с увеличением углеродной цепи в ряду предельных углеводородов:–СН3 <–C2H5<–C3H7<–C4H9.

Это связано с различной ЭО атомов углерода:

CSP >C_SP2>CS_P3

a

2.5. Классификация органических соединений

Для классификации органических соединений по типам и по­строения их названий в молекулах выделяют углеродный скелет и функциональные группы.

а) Классификация по структуре углеродного скелета (угле­родный скелет - последовательность химически связанных между собой атомов углерода).

Органические соединения делят на три большие группы:

1. Органические соединения с открытой цепью (ациклические) атомов углерода (алифатический или жирный ряд). К этой группе органических соединений относят углеводороды и их производные, не содержащие в молекулах колец, или циклов.

Алифатические соединения подразделяются на насыщенные (или

предельные), содержащие в молекулах ординарные углерод- углеродные связи, и ненасыщенные (или непредельные - олефины), содержащие в молекулах двойные и тройные углерод - углеродные связи.

2. Карбоциклические (алициклические) соединения  – органические соединения, содержащие замкнутые в кольцо цепи атомов углерода.

Алициклические могут быть соединениями – насыщенными (циклопропан, циклобутан, циклопентан и т.д.) и ненасыщенные.

Ароматические соединения, содержащие бензольное ядро (и другие соединения отвечающие правилу ароматичности Хюккеля). Часто к ароматическим соединениям относят только соединения с бензоидной системой связей, т.е. арены (бензол и полициклические соединения, построенные из конденсированных бензольных колец) и их замещенные.

3. Гетероциклические соединения – соединения, в построении колец которых участвуют не только атомы углерода, но и атомы других химических  элементов.

 

б) Классификация по функциональным группам (функцио­нальные группы - это группы атомов, которые замещают в ос­новных веществах атом водорода и определяют наиболее характерные химические свойства органических соединений).

№ п/п	Класс соединений	Общая формула	Пример соед.	Название
1	Галогенпроизводные	R – Hal (F,Cl,Br)	СН3-СН2-С1	хлорэтан
2	Спирты	R-OH	СН3-СН2-ОН	этанол
3	Кетоны	R1-CO-R2	СНз-СО-СНз	ацетон
4	Альдегиды	R-COH	СН3-СОН	ацетальдегид
5	Эфиры простые	R1- O - R2	CH3-O-CH3	диметиловый эфир
6	Эфиры сложные	R1 - COO - R2	CH3COOCH3	метилацетат
7	Карбоновые к-ты	R-COOH	СН3-СООН	уксусная кислота
8	Нитросоединения	R-NO2	CH3-CH2-NO2	нитроэтан
9	Амины	R-NH2	СН3-СН2- NH2	этиламин
10	Аминокислоты	R-CH-CОOH | NH2	NH2CH2-COOH	Глицин

Соединения, имеющие одинаковые функциональные группы, но различающиеся числом атомов углерода, обладают весьма схо­жими свойствами. Гомологи - это соединения, принадлежащие к одному классу, но отличающиеся друг от друга по составу на целое число групп –СН ₂. Совокупность всех гомологов образует гомоло­гический ряд.