Тема 2.1. Электронная природа одинарной и кратных связей

Электронные представления явились следующим этапом развития классической теории строения органических соединений А.М. Бутлерова. Положение атома углерода в таблице Д.И. Менделеева во многом определяет его свойства.

1. Электронная структура оболочки атома углерода в невозбужденном (I) и возбуждённом (II) состояниях имеет вид:

С n = 2 C* n = 2

1S² 2S² 2P²_­­ 1S² 2S ¹ 2P³

(Ι) ( ΙΙ)

В момент образования органических соединений атом углерода из невозбужденного состояния переходит в возбужденное, характеризующееся распариваем s-электронов. В возбужденном состоянии валентные электроны располагаются на четырех орбиталях, различных по конфигурации и пространственной направленности. Эти орбитали при образовании связей претерпевают гибридизацию и образуют четыре эквивалентные по форме, энергии и направленности гибридные орбитали, имеющие форму неправильной восьмерки.

Валентный угол между гибридными орбиталями ― 109^◦29^׀. Этот тип гибридизации называется sp³-гибридизацией и имеет место в ряду алканов.

2. Электронная природа двойной связи.

Если в гибридизации участвует 1-s и 2-p электрона, то это sp²-гибридизация, при этом образуется три гибридные орбитали, также имеющие форму неправильной восьмерки с валентным углом между ними 120^◦. Два неспаренных р-электрона двух атомов углерода образуют π-связь, которая располагается перпендикулярно плоскости молекулы. Молекула этилена плоская. Этот тип гибридизации мы наблюдаем в ряду алкенов (СН₂ ═ СН₂).

Энергия δ–связи – 350 кДж/кг;

Энергия π–связи – 257 кДж/кг;

∑ δ + π = 607 кДж/кг;

Длина δ-связи – 0,154 нм;

∑ δ + π = 0,134 нм – двойная связь.

3. Электронная природа тройной связи.

Если в гибридизации участвуют 1-s и 1-p электроны, то это sp-гибридизация. Этот тип гибридизации мы наблюдаем в ряду алкинов (Н - С º С - Н).

В результате sp-гибридизации образуются две гибридные орбитали, имеющие форму неправильной восьмерки с валентным углом между ними 180^◦. Четыре не участвующих в гибридизации р-электрона двух атомов углерода образуют две π-связи, расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Энергия связи π₂ = 215, 6 кДж/кг;

∑ δ + π₁ + π₂ = 822,6 кДж/кг;

Длина ∑ δ + π₁ + π₂ = 0,12 нм.