Просторова будова органічних молекул. Частина 1. - Хімія - Уроки, реферати, виховні роботи та багато іншого - Обмін досвідом


Форма входу

Вітаю Вас Гість!

Пошук

чат

200

Наше опитування

Чи потрібне зовнішнє оцінювання
Усього відповідей: 235

Статистика


Усього онлайн: 1
Гостей: 1
Користувачів: 0
Головна » Стаття » Хімія

Просторова будова органічних молекул. Частина 1.

План.

1.     Вступ

2.     Просторова будова органічних молекул

3.     Поняття про будову

4.     Конфігурація

5.     Моделі молекул і стереохімічні формули

6.     Конформації з’єдань з відкритим ланцюгом

7.     Конформації циклічних з’єдань

8.     Види напруг в циклоалканах

9.     Стереохімія малих циклів

10.  Стереохімія звичних циклів

11.  Використана література


12.                ПРОСТОРОВА БУДОВА ОРГАНІЧНИХ МОЛЕКУЛ

Стереохімія вивчає просторову будову органічних сполук. Її можна назвати хімією з'єднань в тривимірному просторі. Просторова будова взаємозв'язана не тільки з фізичними і хімічними властивостями речовин, але і з біологічною активністю, що проявляється ними.

ПОНЯТТЯ ПРО БУДОВУ

Якнайповніше уявлення про структуру органічної молекули складається із знання її хімічної і просторової будови. Під будовою органічної сполуки А.М.Бутлеров розумів послідовність зв'язків атомів в молекулі. В даний час враховується не тільки послідовність, але і природа, тобто електронна будова зв'язків.

• Хімічна будова молекули визначається природою і послідовністю зв'язків між становлячими її атомами.

Найважливішою характеристикою неорганічного з'єднання служить склад його, виражений молекулярною формулою, наприклад НСl, H2SO4 і т.д. Для органічних сполук склад і відповідно молекулярна формула не є однозначними характеристиками, оскільки одному і тому ж складу може відповідати значна кількість реально існуючих з'єднань. Це явище було відкрите більше 150 років тому і названо ізомерією, а різні речовини з однаковим составом— ізомерами. Теоретичне обґрунтування ізомерії було дане А. М. Бутлеровим, що встановив, що органічна сполука характеризується не тільки складом, але і будовою.

З розвитком органічної хімії поняття ізомерії поглибилося і наповнилося новим змістом, особливо за рахунок стереохіміних (просторових) уявлень. Сучасне визначення ізомерів включає два найважливіших класифікаційних ознак — будова (послідовність зв'язку між атомами) і просторове розташування атомів або груп атомів (лігандів).

Ізомерами називаються з'єднання з однаковим складом, але відмінні природою або послідовністю зв'язків між атомами і розташуванням їх в просторі.

Відповідно до цього ізомери діляться на дві основні групи: структурні ізомери і стереоізомери (просторові ізомери).

Структурні ізомери відрізняються за хімічною будовою, тому їх ще називають ізомерами будови.

Бутан і ізобутан мають однакову молекулярну формулу С4Н10, однакову природу хімічних зв'язків (σ-зв’язків), але відрізняються послідовністю зв'язків атомів. Пентен-1 і циклопентан при однаковому складі розрізняються як послідовністю зв'язків, так і їх природою: у циклопентане містяться тільки σ-зв’язків, в пентене-1 крім того є π- σ-зв’язків.

Структурні ізомери діляться на ряд груп.

1.      Ізомери ланцюга (вище розглянуті Бутан і ізобутан).

2.  Ізомери положення:

а) по положенню  кратних зв'язків

б) по положенню функціональних груп

3. Ізомери функціональних груп

Структурна ізомерія є однією з причин численності органічних сполук. Наприклад, складу С13Н28 відповідають 802 ізомери, а для вуглеводня з молекулярною формулою С20Н42 можливі 366 319 ізомерів (хоча це не означає, що всі вони одержані).

Стереоизомеры розрізняються просторовим розташуванням атомів в молекулі. Для опису просторових відмінностей використовуються два найважливіших в стереохімії поняття – конфігурація і конформація молекул.            ;

КОНФІГУРАЦІЯ

Конфігурація— це певне просторове розташування атомів в молекулі.

Органічні сполуки можуть при однаковому складі і однаковій хімічній будові розрізнятися конфігурацією. Такі з'єднання називаються конфігураційними ізомерами.

У витоках стереохімії лежить гіпотеза Вант-Гоффа (1874) про тетраедрічну конфігурацію атома вуглецю. Ця гіпотеза повністю підтверджена сучасними методами рентгенографії і електронографії.

Якщо всі чотири заступники у атома вуглецю однакові, то його просторова модель є правильним тетраедром, в центрі якого знаходиться атом вуглецю, а у вершинах розташовуються заступники. Валентні кути при цьому рівні 109,5°. Такий кут прийнято називати нормальним.

Прикладами правильних тетраедрів служать молекули, в яких з атомом вуглецю пов'язані однакові заступники, наприклад метан СН4 (мал. 11), тетрахлорид вуглецю СС14 і т.п. В тих випадках, коли з атомом вуглецю пов'язані не однакові заступники, валентні кути можуть відхилятися від нормального на декілька градусів. Наприклад, в метілхлоріде СН3С1, який можна розглядати як продукт заміщення одного з атомів водню в метані на хлор, атом вуглецю також матиме тетраедрічеськую конфігурацію, але валентний кут Н—О—Н буде рівний 111°. У граничних вуглеводнях валентні кути між атомами вуглецю лежать в інтервалі 111 —113°.

Оскільки тетраедрічеськую конфігурацію має атом вуглецю, що знаходиться в стані sp3-гибридизации, то такий атом вуглецю називають також тетраедричним. Тетраедричний атом вуглецю характерний для граничних вуглеводнів (алканів) і їх похідних.

У sp2-гибридизованного атома вуглецю три заступники (з одним з яких він зв'язаний подвійним зв'язком знаходяться з ним в одній площині. По відношенню до такого атома вуглецю і розташування його зв'язків використовують термін площинна конфігурація.

Моделі молекул і стереохіміческие формули

Образне уявлення про просторову будову органічних молекул дають тривимірні молекулярні моделі. Відомо декілька типів моделей, серед яких найпростішими є шаростержневе. Такі моделі відображають взаємне розташування атомів в просторі, але не дають правильного уявлення про заповнення простору усередині молекули. На шаростержневих моделях зручно розглядати валентні кути і обертання навколо простих зв'язків.

Заповнена внутрішньомолекулярного простору з урахуванням міжатомних відстаней добре передається моделями Стюарта— Бріглеба. Ці моделі називають півсферичними, оскільки атоми в них зображаються у вигляді сфер (кульок),, що мають зрізи. Моделі атомів з'єднуються між собою площинами зрізів. Наприклад, тетраедричний атом вуглецю представлений у вигляді кулі з радіусом, пропорційним його ван-дер-ваальсову радіусу (r1=0,18 нм). Від цієї кулі симетрично зрізають чотири сегменти так, щоб відстань від центру кулі до поверхні зрізу була пропорційна ковалентному радіусу атома вуглецю (г2=0,077 нм). Ван-дер-ваальсів радіус завжди більше ковалентного.

Ван-дер-ваальсів радіус характеризує «розмір» даного атома по відношенню до інших атомів, з якими він не зв'язаний хімічними зв'язками. Ковалентний радіус відповідає половині довжини ковалентной зв'язку між двома однаковими атомами.

Особливо корисними молекулярні моделі виявляються при вивченні просторової будови великих молекул (макромолекул). Наприклад, за допомогою молекулярних моделей Стюарта— Бріглеба можна наочно представити об'ємність білкової макромолекули ферменту лізоциму і розташування на її поверхні активного центру.

Проте молекулярні моделі мають все ж таки певні межі використовування. Для передачі просторової будови молекул в площині (на папері) більш вживані стереохімічні формули.

У стереохімічних  формулах атом вуглецю і два його зв'язки розташовують в площини паперу і ці зв'язки графічно зображають звичайним способом (рискою). Два інші зв'язки при цьому не знаходитимуться в даній площині. Одну з них, направлену до спостерігача, зображають жирною межею або жирним клином, а іншу, розташовану за площинно—пунктирною лінією або заштрихованим клином. Наприклад, стереохіміческая формула Етану представлена на мал.

Різновидом стереохімічних  формул служать перспективні формули. При їх побудові зв'язок С—С представляють тією, що йде удалину (у перспективу); атом вуглецю, що стоїть зліва, наближений до спостерігача, що стоїть справа— віддалений від нього. Це зображення нагадує «лісопильні козла».

В даний час поширені проекційні формули Ньюмена, що виходять при перенесенні на площину проекції молекули уподовж З — Із зв'язку . Найближчий до спостерігача атом вуглецю зображається у вигляді крапки в центрі круга; круг при цьому символізує видалений атом вуглецю. Три зв'язки кожного атома зображають у вигляді ліній, що розходяться з центру круга – для ближнього атома вуглецю або що «висовуються» через круга—для видалений атом вуглецю.

Перспективні формули і проекційні формули Ньюмена особливо зручні для зображення змінного просторового розташування заступників унаслідок обертання навколо С—С зв'язку. Жоден з приведених способів не є універсальним. У кожному конкретному випадку вибирається найефективніший з них.

Категорія: Хімія | Додав: stdynzosh (17.04.2009)
Переглядів: 1337 | Рейтинг: 0.0/0
Усього коментарів: 0
Додавати коментарі можеть тільки зареєстровані користувачі.
[ Реєстрація | Вхід ]