Химические связи атома углерода

Ковалентная связь – это химическая связь, образованная в результате обобществления электронов связываемых атомов.

σ-связь – ковалентная одинарная связь, которая образуется при перекрывании гибридных и негибридных АО с максимальным перекрыванием по прямой, соединяющей ядра атомов.

π-связь − ковалентная связь, которая образуется за счет бокового перекрывания негибридных p-атомных орбиталей с максимумом перекрытия по обе стороны от прямой, соединяющей ядра атомов.

 

Схема перекрывания орбиталей при образовании σ-связей с участием атома углерода

Образование σ-связей в этане

 

 

метан CH4 – тетраэдрическая молекула

 

Кратные связи

 

Характеристики ковалентной связи

(длина, энергия, полярность, поляризуемость)

Длина связи – это расстояние между центрами связанных атомов.

Энергия связи – это энергия, которая выделяется при образовании связи или необходимая для разъединения двух атомов.

 

Сопряжение

Молекулы с чередующимися двойными π и простыми σ связями называют сопряженными системами.

Сопряжение – это перераспределение электронной плотности в системе π – связей, приводящее к стабилизации молекулы.

Энергия сопряжения – это уменьшение энергии молекулы благодаря сопряжению.

Открытые системы сопряжения

Бутадиен-1,3, каждый из четырех углеродов в состоянии sp²-гибридизации, у каждого углерода – по одной свободной p-орбитали. В результате бокового перекрывания орбиталей происходит сопряжение двух локализованных двойных связей с образованием делокализованной четырехцентровой молекулярной орбитали. Этот вид сопряжения называют π-π-сопряжение. Е_{сопряж.} = 250 кДж/моль – 235 кДж/моль = 15 кДж/моль. Наблюдается выравненность электронных плотностей в результате делокализации электронов, создание единого электронного облака.

Делокализация электронов в циклических соединениях приводит к возникновению ароматических систем.

 

Правила ароматичности.

1. Наличие плоского цикла (кольца), состоящего из sp²-гибридизованных атомов, образующих σ-скелет (молекула копланарна).

2. Делокализация электронов, приводящая к образованию единого электронного облака (π-секстет).

3. Подчинение правилу Э. Хюккеля, т.е. электронное облако должно насчитывать (4n+2) π-электронов, где n=1,2,3,4…

4. Высокая степень термодинамической устойчивости (энергия сопряжения).

Гомоциклические ароматические системы.

бензол n=1 6ē делокализовано в π- секстет	нафталин n=2 10ē делокализовано
антрацен   фенантрен n=3 14ē делокализовано

 

Бензол как прототип ароматических соединений

Бензол – плоский правильный шестиугольник с валентными углами 120º; все связи С-С равноценны (0,139 нм), и все атомы углерода sp²-гибридизованы; все связи С-С и С-Н лежат в одной плоскости.