ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Лекция 4 Электронное строение органических доклад на Общие темы

Доклад раскрывает тему "ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Лекция 4 Электронное строение органических".
Презентация поможет подготовится к предмету Общие темы, может быть полезна как ученикам и студентам, так и преподавателям.
Материал представлен на 19 страницах, оформлен в виде презентации, доступен для скачивания и просмотра онлайн.

Навигация по документу

Страница №1
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Лекция 4 Электронное строение органических соединений Виды сопряжения Ароматичность Электронные эффекты заместителей. Лектор: кандидат биологических наук, доцент Атавина Ольга Васильевна
Страница №2
Виды сопряжения
Виды сопряжения
	Сопряжение  - явление выравнивания связей и зарядов в реальной молекуле по сравнению с идеальной, но несуществующей структурой. 

Сопряжёнными называются системы с чередующимися простыми и двойными связями или системы, в которых у атома соседнего с двойной связью есть p-орбиталь с неподелённой парой электронов.
В сопряженных система возникает делокализованная связь, молекулярная орбиталь которой охватывает более двух атомов.
Сопряжённые системы бывают с открытой и замкнутой цепью сопряжения.
Виды сопряжения Виды сопряжения Сопряжение - явление выравнивания связей и зарядов в реальной молекуле по сравнению с идеальной, но несуществующей структурой. Сопряжёнными называются системы с чередующимися простыми и двойными связями или системы, в которых у атома соседнего с двойной связью есть p-орбиталь с неподелённой парой электронов. В сопряженных система возникает делокализованная связь, молекулярная орбиталь которой охватывает более двух атомов. Сопряжённые системы бывают с открытой и замкнутой цепью сопряжения.
Страница №3
Различают 2 основных вида сопряжения:
Различают 2 основных вида сопряжения:
π-π - сопряжение 
p-π – сопряжение. 
 π-π – сопряженная система – это система с чередующимися одинарными и двойными связями.
CH2 = CH – CH =CH2   бутадиен-1,3
p-π – сопряженная система – это система, в которой рядом с
	 π-связью имеется гетероатом X с неподеленной электронной парой.
CH2 = CH – X:
Различают 2 основных вида сопряжения: Различают 2 основных вида сопряжения: π-π - сопряжение p-π – сопряжение. π-π – сопряженная система – это система с чередующимися одинарными и двойными связями. CH2 = CH – CH =CH2 бутадиен-1,3 p-π – сопряженная система – это система, в которой рядом с π-связью имеется гетероатом X с неподеленной электронной парой. CH2 = CH – X:
Страница №4
Сопряженная система  (бутадиен-1,3)
Сопряженная система  (бутадиен-1,3)
		CH2=CH-CH=CH2
В молекуле этого вещества все атомы углерода находятся в состоянии sp2-гибридизации:
sp2-гибридизация
Одна s- и две p-орбитали смешиваются, образуя три равноценные sp2-гибридные орбитали, расположенные в одной плоскости под углом 120° (выделены синим цветом). Они могут образовывать три σ-связи. Третья р-орбиталь остается негибридизованной и ориентируется перпендикулярно плоскости расположения гибридных орбиталей. Эта р-орбиталь участвует в образовании π -связи.
Сопряженная система (бутадиен-1,3) Сопряженная система (бутадиен-1,3) CH2=CH-CH=CH2 В молекуле этого вещества все атомы углерода находятся в состоянии sp2-гибридизации: sp2-гибридизация Одна s- и две p-орбитали смешиваются, образуя три равноценные sp2-гибридные орбитали, расположенные в одной плоскости под углом 120° (выделены синим цветом). Они могут образовывать три σ-связи. Третья р-орбиталь остается негибридизованной и ориентируется перпендикулярно плоскости расположения гибридных орбиталей. Эта р-орбиталь участвует в образовании π -связи.
Страница №5
В молекуле бутадиена-1,3:
В молекуле бутадиена-1,3:
Все sp2-гибридизированные атомы углерода расположены в одной плоскости. 
Соединяясь между собой σ- связями они образуют плоский σ– скелет молекулы.
Негибридизованные рz-орбитали каждого атома углерода расположены перпендикулярно плоскости σ-скелета и параллельны друг другу. Это создаёт условия для их взаимного перекрывания.
В молекуле бутадиена-1,3: В молекуле бутадиена-1,3: Все sp2-гибридизированные атомы углерода расположены в одной плоскости. Соединяясь между собой σ- связями они образуют плоский σ– скелет молекулы. Негибридизованные рz-орбитали каждого атома углерода расположены перпендикулярно плоскости σ-скелета и параллельны друг другу. Это создаёт условия для их взаимного перекрывания.
Страница №6
Информация вложена в изображении слайда
Страница №7
Система сопряжения может включать гетероатом (О, N)
Система сопряжения может включать гетероатом (О, N)
 π-π – сопряжение  c гетероатомом в цепи осуществляется в
карбонильных соединениях, например акролеине:
СН2 = СН – СН = О
Цепь сопряжения включает три sp2-гибридизированных атома углерода и атом кислорода, каждый из которых вносит в единую π–систему по одному р-электрону.
В результате образуется единое электронное облако из четырех электронов.
Система сопряжения может включать гетероатом (О, N) Система сопряжения может включать гетероатом (О, N) π-π – сопряжение c гетероатомом в цепи осуществляется в карбонильных соединениях, например акролеине: СН2 = СН – СН = О Цепь сопряжения включает три sp2-гибридизированных атома углерода и атом кислорода, каждый из которых вносит в единую π–систему по одному р-электрону. В результате образуется единое электронное облако из четырех электронов.
Страница №8
p-π – сопряжение с открытой цепью сопряжения реализуется в молекуле дивинилового эфира:
p-π – сопряжение с открытой цепью сопряжения реализуется в молекуле дивинилового эфира:
                                                 	       ..
  H2C = CH – O – CH = CH2
    Электронная пара атома кислорода участвует в образовании единого шести π – электронного облака с четырьмя  электронами атомов углерода.
p-π – сопряжение с открытой цепью сопряжения реализуется в молекуле дивинилового эфира: p-π – сопряжение с открытой цепью сопряжения реализуется в молекуле дивинилового эфира: .. H2C = CH – O – CH = CH2 Электронная пара атома кислорода участвует в образовании единого шести π – электронного облака с четырьмя электронами атомов углерода.
Страница №9
Ароматичность
Ароматичность
Ароматическими называют циклические соединения, имеющие замкнутую сопряженную систему, единое                           π-электронное облако в которых делокализовано на всех атомах цикла.
Бензол С6Н6 является ароматическим соединением, т.к. отвечает критериям ароматичности (Хюккель, 1931г.):
Молекула имеет циклическое строение 
Все атомы цикла находятся в состоянии sp2–гибридизации, образуя плоский  σ–скелет молекулы. 
Существует единая π–электронная система, охватывающая все атомы цикла и содержащая по правилу Хюккеля (4n+2) -  π - электрона, где n-натуральный ряд чисел ( 0,1,2 и т.д.)
Ароматичность Ароматичность Ароматическими называют циклические соединения, имеющие замкнутую сопряженную систему, единое π-электронное облако в которых делокализовано на всех атомах цикла. Бензол С6Н6 является ароматическим соединением, т.к. отвечает критериям ароматичности (Хюккель, 1931г.): Молекула имеет циклическое строение Все атомы цикла находятся в состоянии sp2–гибридизации, образуя плоский σ–скелет молекулы. Существует единая π–электронная система, охватывающая все атомы цикла и содержащая по правилу Хюккеля (4n+2) - π - электрона, где n-натуральный ряд чисел ( 0,1,2 и т.д.)
Страница №10
Информация вложена в изображении слайда
Страница №11
В пиридиновом атоме азота, находящемся в состоянии sp2-гибридизации, две гибридные орбитали участвуют в образовании σ-связей с двумя атомами углерода. Негибридная рz-орбиталь поставляет один электрон в ароматический секстет .
В пиридиновом атоме азота, находящемся в состоянии sp2-гибридизации, две гибридные орбитали участвуют в образовании σ-связей с двумя атомами углерода. Негибридная рz-орбиталь поставляет один электрон в ароматический секстет .
Неподеленная электронная пара находится на третьей sp2-гибридной орбитали и не принимает участие в образовании ароматического секстета.
Такое электронное состояние атома азота называют пиридиновым.
В пиридиновом атоме азота, находящемся в состоянии sp2-гибридизации, две гибридные орбитали участвуют в образовании σ-связей с двумя атомами углерода. Негибридная рz-орбиталь поставляет один электрон в ароматический секстет . В пиридиновом атоме азота, находящемся в состоянии sp2-гибридизации, две гибридные орбитали участвуют в образовании σ-связей с двумя атомами углерода. Негибридная рz-орбиталь поставляет один электрон в ароматический секстет . Неподеленная электронная пара находится на третьей sp2-гибридной орбитали и не принимает участие в образовании ароматического секстета. Такое электронное состояние атома азота называют пиридиновым.
Страница №12
В пиррольном атоме азота, находящемся в состоянии sp2-гибридизации три гибридные орбитали участвуют в образовании σ-связей с двумя атомами углерода и атомом водорода. Негибридная рz-орбиталь поставляет пару электронов в ароматический секстет.
В пиррольном атоме азота, находящемся в состоянии sp2-гибридизации три гибридные орбитали участвуют в образовании σ-связей с двумя атомами углерода и атомом водорода. Негибридная рz-орбиталь поставляет пару электронов в ароматический секстет.
Такое электронное состояние атома азота называют пиррольным.
В пиррольном атоме азота, находящемся в состоянии sp2-гибридизации три гибридные орбитали участвуют в образовании σ-связей с двумя атомами углерода и атомом водорода. Негибридная рz-орбиталь поставляет пару электронов в ароматический секстет. В пиррольном атоме азота, находящемся в состоянии sp2-гибридизации три гибридные орбитали участвуют в образовании σ-связей с двумя атомами углерода и атомом водорода. Негибридная рz-орбиталь поставляет пару электронов в ароматический секстет. Такое электронное состояние атома азота называют пиррольным.
Страница №13
Пиррол отвечает критериям ароматичности.
	Пиррол отвечает критериям ароматичности.
Пиррол отвечает критериям ароматичности. Пиррол отвечает критериям ароматичности.
Страница №14
Устойчивость сопряженных систем
Устойчивость сопряженных систем
О термодинамической устойчивости сопряженной системы можно судить по величине энергии сопряжения, которая выделяется при образовании сопряженной системы.
Чем выше уровень энергии сопряжения, тем выше термодинамическая устойчивость соединения.
С увеличением длины сопряженной цепи энергия сопряжения возрастает
Замкнутые сопряженные цепи (ароматические) более стабильны, чем открытые.
	Есопр. (Бутадиен-1,3)=15 кДж/моль

	Есопр. (бензол) =150,6 кДж/моль
Устойчивость сопряженных систем Устойчивость сопряженных систем О термодинамической устойчивости сопряженной системы можно судить по величине энергии сопряжения, которая выделяется при образовании сопряженной системы. Чем выше уровень энергии сопряжения, тем выше термодинамическая устойчивость соединения. С увеличением длины сопряженной цепи энергия сопряжения возрастает Замкнутые сопряженные цепи (ароматические) более стабильны, чем открытые. Есопр. (Бутадиен-1,3)=15 кДж/моль Есопр. (бензол) =150,6 кДж/моль
Страница №15
Электронные эффекты заместителей
Электронные эффекты заместителей
ИНДУКТИВНЫЙ ЭФФЕКТ - это передача электронного влияния заместителя по цепи сигма – связей. 
Индуктивный эффект обозначают буквой I и графически изображают стрелкой, остриё которой направлено в сторону более ЭО элемента. 
Действие индуктивного эффекта наиболее сильно проявляется на двух ближайших атомах углерода, а через   3-4 связи он затухает. 
Заместители, смещающие электронную плотность по цепи сигма – связей в свою сторону, проявляют отрицательный индуктивный эффект (-I). Это электроноакцепторные заместители (ЭА). Они снижают электронную плотность в углеродной цепи. (-ОН; -NН2; -СООН; -СОН; галогены)
  СН3-СН2→ОН         -ОН: (- I ) ЭА
Электронные эффекты заместителей Электронные эффекты заместителей ИНДУКТИВНЫЙ ЭФФЕКТ - это передача электронного влияния заместителя по цепи сигма – связей. Индуктивный эффект обозначают буквой I и графически изображают стрелкой, остриё которой направлено в сторону более ЭО элемента. Действие индуктивного эффекта наиболее сильно проявляется на двух ближайших атомах углерода, а через 3-4 связи он затухает. Заместители, смещающие электронную плотность по цепи сигма – связей в свою сторону, проявляют отрицательный индуктивный эффект (-I). Это электроноакцепторные заместители (ЭА). Они снижают электронную плотность в углеродной цепи. (-ОН; -NН2; -СООН; -СОН; галогены) СН3-СН2→ОН -ОН: (- I ) ЭА
Страница №16
Заместители, смещающие электронную плотность от себя в сторону углеродной цепи, проявляют положительный индуктивный эффект (+I). 
Заместители, смещающие электронную плотность от себя в сторону углеродной цепи, проявляют положительный индуктивный эффект (+I). 
Это электронодонорные (ЭД) заместители, например, радикалы метил и этил, металлы натрий, калий и др.
Заместители, смещающие электронную плотность от себя в сторону углеродной цепи, проявляют положительный индуктивный эффект (+I). Заместители, смещающие электронную плотность от себя в сторону углеродной цепи, проявляют положительный индуктивный эффект (+I). Это электронодонорные (ЭД) заместители, например, радикалы метил и этил, металлы натрий, калий и др.
Страница №17
Мезомерный эффект – это передача электронного влияния заместителя по сопряжённой системе. 
Мезомерный эффект – это передача электронного влияния заместителя по сопряжённой системе. 
Действие мезомерного эффекта заместителей проявляется как в открытых, так и замкнутых системах.
 Заместители, содержащие кратные связи (карбоксильная и карбонильная группы, сульфогруппа, нитрогруппа и др.), вступая в π,π-сопряжение с сопряжённой системой и оттягивая электронную плотность в свою сторону, снижают её в сопряжённой системе. Они проявляют отрицательный мезомерный эффект (-М) .
	Это электроноакцепторные (ЭА) заместители.
Мезомерный эффект – это передача электронного влияния заместителя по сопряжённой системе. Мезомерный эффект – это передача электронного влияния заместителя по сопряжённой системе. Действие мезомерного эффекта заместителей проявляется как в открытых, так и замкнутых системах. Заместители, содержащие кратные связи (карбоксильная и карбонильная группы, сульфогруппа, нитрогруппа и др.), вступая в π,π-сопряжение с сопряжённой системой и оттягивая электронную плотность в свою сторону, снижают её в сопряжённой системе. Они проявляют отрицательный мезомерный эффект (-М) . Это электроноакцепторные (ЭА) заместители.
Страница №18
Заместители, содержащие гетероатом с неподелённой парой электронов (гидроксогруппа, аминогруппа, атом хлора и др.), поставляют пару электронов в сопряжённую систему, вступая с ней в р,π-сопряжение и повышают в ней электронную плотность. 
Заместители, содержащие гетероатом с неподелённой парой электронов (гидроксогруппа, аминогруппа, атом хлора и др.), поставляют пару электронов в сопряжённую систему, вступая с ней в р,π-сопряжение и повышают в ней электронную плотность. 
Они проявляют положительный мезомерный эффект (+М) – это электронодонорные заместители (ЭД). 
Графически действие мезомерного эффекта изображают изогнутой стрелкой, начало которой показывает какие (π- или р-электроны) смещаются, а конец – связь или атом, к которым смещается электронная плотность.
Заместители, содержащие гетероатом с неподелённой парой электронов (гидроксогруппа, аминогруппа, атом хлора и др.), поставляют пару электронов в сопряжённую систему, вступая с ней в р,π-сопряжение и повышают в ней электронную плотность. Заместители, содержащие гетероатом с неподелённой парой электронов (гидроксогруппа, аминогруппа, атом хлора и др.), поставляют пару электронов в сопряжённую систему, вступая с ней в р,π-сопряжение и повышают в ней электронную плотность. Они проявляют положительный мезомерный эффект (+М) – это электронодонорные заместители (ЭД). Графически действие мезомерного эффекта изображают изогнутой стрелкой, начало которой показывает какие (π- или р-электроны) смещаются, а конец – связь или атом, к которым смещается электронная плотность.
Страница №19
В молекулах ряда органических соединений индуктивный и мезомерный эффекты заместителей, действуют одновременно, либо однонаправленно
В молекулах ряда органических соединений индуктивный и мезомерный эффекты заместителей, действуют одновременно, либо однонаправленно
В основном мезомерный эффект значительно преобладает над индуктивным эффектом. 
У галогенов преобладающим является отрицательный индуктивный эффект. 
Таким образом, учитывая перераспределение электронной плотности в молекулах органических соединений, в том числе биологически активных веществ, можно прогнозировать их свойства.
В молекулах ряда органических соединений индуктивный и мезомерный эффекты заместителей, действуют одновременно, либо однонаправленно В молекулах ряда органических соединений индуктивный и мезомерный эффекты заместителей, действуют одновременно, либо однонаправленно В основном мезомерный эффект значительно преобладает над индуктивным эффектом. У галогенов преобладающим является отрицательный индуктивный эффект. Таким образом, учитывая перераспределение электронной плотности в молекулах органических соединений, в том числе биологически активных веществ, можно прогнозировать их свойства.