ორგანული ქიმიის ძირითადი კურსის პროგრამა და ლექციებზე ნაჩვენები დამატებითი მასალები - მეორე სემესტრი. არომატულობა, არომატულობის კრიტერიუმები ჰუკელის წესი როგორ განვსაზღვროთ ნაერთის არომატულობა

არომატულობა- ნაერთების დიდი ჯგუფის თანდაყოლილი გარკვეული თვისებების ერთობლიობა, რომელსაც, შესაბამისად, არომატული ეწოდება.

ტერმინი "არომატულობა" შემოიღო 1865 წელს ფ. კეკულეს მიერ, რომელმაც დაადგინა ბენზოლის სტრუქტურა და შემოგვთავაზა მისი ფორმულა:

სახელწოდება "არომატული" განპირობებულია იმით, რომ ბენზოლის წარმოებულებს შორის არის ნაერთები სასიამოვნო სუნით (მაგალითად, ნიტრობენზოლს აქვს ნუშის სუნი).

კეკულემ ყურადღება გაამახვილა იმ ფაქტზე, რომ ორმაგი ბმები ბენზოლში და მის წარმოებულებში მკვეთრად განსხვავდება თვისებებით ორმაგი ბმებისგან უმეტეს უჯერი ნაერთებში. ბენზოლისთვის უაღრესად რთული აღმოჩნდა დამატების რეაქციები (მაგალითად, ჰალოგენების) ორმაგ ბმებზე, რომლებიც უჯერი ნაერთების შემთხვევაში საკმაოდ მარტივად ხდება.

გარდა ამისა, გაირკვა, რომ ორთო-დიქლორბენზოლს (ქლორის ატომები განლაგებულია ორ მიმდებარე ნახშირბადის ატომზე) არ გააჩნია იზომერები, რომლებიც მოსალოდნელია მისთვის შემოთავაზებული სტრუქტურული ფორმულის საფუძველზე, სადაც ქლორის ორი ატომი მდებარეობს ერთ ან ორმაგ ბმაზე:

შედეგად, კეკულემ შესთავაზა ობლიგაციების ბენზოლში რხევადობის, ანუ ვიბრაციის გამოძახება. დროთა განმავლობაში ეს ვარაუდი კიდევ უფრო განვითარდა და გაუმჯობესდა.

ბენზოლის ყველაზე ტიპიური რეაქციებია წყალბადის ატომების ჩანაცვლება. ბენზოლის ქიმიის შესწავლამ აჩვენა, რომ წყალბადის ატომის ნებისმიერი ჯგუფით შეცვლას აქვს გარკვეული და, რაც მთავარია, პროგნოზირებადი ეფექტი წყალბადის დარჩენილი ატომების რეაქტიულობაზე.

თუ ჯგუფი, რომელიც ამოიღებს ელექტრონებს ბირთვიდან (მაგალითად, მეთილი) შედის ბენზოლის რგოლში, მაშინ შემდგომი ჰალოგენაცია იწვევს ჩანაცვლებას. ორთო-და წყვილი -პოზიცია როდესაც ელექტრონის შემომწირველი ჯგუფი (მაგალითად, კარბოქსილი) შემოდის, ჰალოგენი მიმართულია მეტა- პოზიცია:

დიდი ხნის განმავლობაში, არომატულობა განიხილებოდა, როგორც მითითებული ქიმიური თვისებების ერთობლიობა, მაგრამ თანდათანობით უფრო ზუსტი მახასიათებლები იქნა ნაპოვნი არომატული ნაერთების სტრუქტურული მახასიათებლების საფუძველზე.

ბენზოლის და მასთან დაკავშირებული ნაერთების ელექტრონული სტრუქტურა თანამედროვე გაგებაში ასეთია. ორმაგი ბმების ფორმირებაში მონაწილეობა რ- ამ ელექტრონების ნახშირბადის ატომების, ორბიტალების (სივრცეში ელექტრონის ყველაზე სავარაუდო მდებარეობის რეგიონი) ელექტრონებს აქვთ სამგანზომილებიანი რვიანის ფორმა. ბენზოლის შემთხვევაში ორბიტალები ერთმანეთს ემთხვევა და ქმნიან რგოლ ორბიტალებს, რომლებზეც ყველა რ- მოლეკულის ელექტრონები:

შედეგად, ჩნდება ერთი დახურული ელექტრონული გარსი და სისტემა იძენს მაღალ სტაბილურობას. ბენზოლში არ არსებობს ფიქსირებული ერთჯერადი და ორმაგი ბმები, ყველა C–C ბმა არის საშუალო და ექვივალენტური, ამიტომ რგოლის შიგნით მოთავსებული რგოლის სიმბოლო უფრო ხშირად გამოიყენება არომატულობის აღსანიშნავად:

მიღებულ ციკლურ ორბიტალებში ჩნდება რგოლის დენი, რომელიც შეიძლება გამოვლინდეს სპეციალური გაზომვებით, რაც კიდევ უფრო მიუთითებს ნაერთის არომატულობაზე.

ბრტყელი ციკლური მოლეკულები არომატულია და ელექტრონების რაოდენობა ( მ), გაერთიანებულია ერთ ციკლურ სისტემაში, უნდა შეესაბამებოდეს ჰუკელის წესს:

მ = 4ნ + 2 (ნ = 0, 1, 2, 3...), ნ- ბუნებრივი სერიების რაოდენობა

ქვემოთ მოცემულია არომატული მოლეკულების ამ სერიის პირველი სამი წარმომადგენელი, რომლებიც მიჰყვებიან ჰუკელის წესს: ციკლოპროპენის კატიონი, ბენზოლი და ნაფტალინი.

"არომატიულობის" კონცეფციის გაფართოებამ შესაძლებელი გახადა ამ ტერმინის გამოყენება არაბენზოლის ტიპის ნაერთებზე, მაგრამ ამავე დროს ფლობენ ბენზოლის წარმოებულებისთვის დამახასიათებელ სტრუქტურულ და ქიმიურ მახასიათებლებს.

ზოგიერთ ნაერთში, სადაც ციკლი მოიცავს O, S ან N ატომებს, მაგალითად, ფურანში, თიოფენში, პიროლში, ისევე როგორც ბენზოლში, არის სტაბილური - ჰუკელის წესის შესაბამისად - ექვსელექტრონიანი დახურული სისტემა. ოთხი R-ელექტრონები (მონიშნულია ლურჯად ფიგურაში) უზრუნველყოფს რგოლის ორმაგ ბმებს და ორს s-ელექტრონები (მონიშნული წითლად) მოცემულია ჟანგბადის, გოგირდის ან აზოტის ატომებით, რომლებსაც აქვთ მარტოხელა წყვილი ელექტრონები.

მიხაილ ლევიცკი

ციკლური კონიუგირებული სისტემები დიდ ინტერესს იწვევს, როგორც ნაერთების ჯგუფი გაზრდილი თერმოდინამიკური სტაბილურობით კონიუგირებული ღია სისტემებთან შედარებით. ამ ნაერთებს სხვა განსაკუთრებული თვისებებიც აქვთ, რომელთა მთლიანობას ზოგადი კონცეფცია აერთიანებს არომატულობა.ეს მოიცავს ასეთი ფორმალურად უჯერი ნაერთების უნარს, გაიარონ ჩანაცვლება და არა დამატების რეაქციები, მდგრადობა ჟანგვის აგენტებისა და ტემპერატურის მიმართ.

არომატული სისტემების ტიპიური წარმომადგენლები არიან არენები და მათი წარმოებულები. არომატული ნახშირწყალბადების ელექტრონული სტრუქტურის თავისებურებები ნათლად ვლინდება ბენზოლის მოლეკულის ატომურ ორბიტალურ მოდელში. ბენზოლის ჩარჩო იქმნება ექვსი sp 2-ჰიბრიდირებული ნახშირბადის ატომით. ყველა σ ბმა (C-C და C-H) ერთ სიბრტყეშია. ექვსი არაჰიბრიდირებული p-AO განლაგებულია მოლეკულის სიბრტყის პერპენდიკულარულად და ერთმანეთის პარალელურად (ნახ. 3a). თითოეული რ-AO შეიძლება თანაბრად გადაფაროს ორ მეზობელთან რ-აო. ასეთი გადახურვის შედეგად წარმოიქმნება ერთი დელოკალიზებული π-სისტემა, ელექტრონის უმაღლესი სიმკვრივე, რომელშიც მდებარეობს σ-ჩონჩხის სიბრტყის ზემოთ და ქვემოთ და მოიცავს ციკლის ყველა ნახშირბადის ატომს (იხ. სურ. 3, ბ). π-ელექტრონული სიმკვრივე თანაბრად ნაწილდება ციკლურ სისტემაში, რაც მითითებულია ციკლის შიგნით წრით ან წერტილოვანი ხაზით (იხ. სურ. 3, გ). ბენზოლის რგოლში ნახშირბადის ატომებს შორის ყველა ბმას აქვს იგივე სიგრძე (0,139 ნმ), შუალედური ერთჯერადი და ორმაგი ბმების სიგრძეებს შორის.

კვანტური მექანიკური გამოთვლების საფუძველზე დადგინდა, რომ ასეთი სტაბილური მოლეკულების ფორმირებისთვის ბრტყელი ციკლური სისტემა უნდა შეიცავდეს (4n + 2) π ელექტრონები, სადაც ნ= 1, 2, 3 და ა.შ. (ჰუკელის წესი, 1931). ამ მონაცემების გათვალისწინებით, შეიძლება განისაზღვროს "არომატულობის" კონცეფცია.

არომატის სისტემები (მოლეკულები)- სისტემები, რომლებიც ხვდებიან არომატულობის კრიტერიუმები :

1) ბრტყელი σ-ჩონჩხის არსებობა, რომელიც შედგება sp 2 -ჰიბრიდირებული ატომებისგან;

2) ელექტრონების დელოკალიზაცია, რაც იწვევს ერთი π-ელექტრონული ღრუბლის წარმოქმნას, რომელიც მოიცავს ციკლის (ციკლების) ყველა ატომს;

3) ე.ჰუკელის წესის დაცვა, ე.ი. ელექტრონული ღრუბელი უნდა შეიცავდეს 4n+2 π-ელექტრონს, სადაც n=1,2,3,4... (ჩვეულებრივ რიცხვი მიუთითებს მოლეკულაში ციკლების რაოდენობაზე);

4) თერმოდინამიკური მდგრადობის მაღალი ხარისხი (მაღალი კონიუგაციის ენერგია).

ბრინჯი. 3.ბენზოლის მოლეკულის ატომური ორბიტალური მოდელი (წყალბადის ატომები გამოტოვებულია; ახსნა ტექსტში)

დაწყვილებული სისტემების სტაბილურობა.კონიუგირებული და განსაკუთრებით არომატული სისტემის ფორმირება ენერგიულად ხელსაყრელი პროცესია, რადგან ეს ზრდის ორბიტალების გადახურვის ხარისხს და ხდება დელოკალიზაცია (დაშლა). რ- ელექტრონები. ამასთან დაკავშირებით, კონიუგირებულმა და არომატულმა სისტემებმა გაზარდეს თერმოდინამიკური სტაბილურობა. ისინი შეიცავენ შიდა ენერგიის უფრო მცირე მარაგს და ძირითად მდგომარეობაში იკავებენ ენერგიის უფრო დაბალ დონეს არაკონიუგირებული სისტემებთან შედარებით. ამ დონეებს შორის განსხვავებიდან გამომდინარე, შეიძლება რაოდენობრივად განვსაზღვროთ კონიუგირებული ნაერთის თერმოდინამიკური სტაბილურობა, ე.ი. კონიუგაციის ენერგია (დელოკალიზაციის ენერგია). ბუტადიენ-1,3-ისთვის ის მცირეა და შეადგენს დაახლოებით 15 კჯ/მოლ. კონიუგირებული ჯაჭვის სიგრძის მატებასთან ერთად იზრდება კონიუგაციის ენერგია და, შესაბამისად, ნაერთების თერმოდინამიკური სტაბილურობა. ბენზოლის კონიუგაციის ენერგია გაცილებით მაღალია და შეადგენს 150 კჯ/მოლს.

არაბენზოლოიდული არომატული ნაერთების მაგალითები:

პირიდინიმისი ელექტრონული სტრუქტურა ბენზოლს წააგავს. ნახშირბადის ყველა ატომი და აზოტის ატომი sp 2 ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობაშია და ყველა σ ბმა (C-C, C-N და C-H) დევს ერთ სიბრტყეში (ნახ. 4, ა). აზოტის ატომის სამი ჰიბრიდული ორბიტალიდან ფორმირებაში მონაწილეობს ორი

ბრინჯი. 4.პირიდინის აზოტის ატომი (A), (ბ)და კონიუგირებული სისტემა პირიდინის მოლეკულაში (c) (C-H ბმები გამოტოვებულია ფიგურის გასამარტივებლად)

σ აკავშირებს ნახშირბადის ატომებს (გამოსახულია მხოლოდ ამ ორბიტალების ღერძი), ხოლო მესამე ორბიტალი შეიცავს ელექტრონების მარტოხელა წყვილს და არ მონაწილეობს ბმის ფორმირებაში. აზოტის ატომს ამ ელექტრონული კონფიგურაციის მქონე ეწოდება პირიდინი.

არაჰიბრიდულ p-ორბიტალში მდებარე ელექტრონის გამო (იხ. ნახ. 4, ბ), აზოტის ატომი მონაწილეობს ერთი ელექტრონული ღრუბლის ფორმირებაში. რ-5 ნახშირბადის ატომის ელექტრონები (იხ. სურ. 4, გ). ამრიგად, პირიდინი არის π,π-კონიუგირებული სისტემა და აკმაყოფილებს არომატულობის კრიტერიუმებს.

ნახშირბადის ატომთან შედარებით მეტი ელექტრონეგატიურობის შედეგად, პირიდინის აზოტის ატომი ამცირებს ელექტრონის სიმკვრივეს არომატული რგოლის ნახშირბადის ატომებზე, ამიტომ სისტემებს პირიდინის აზოტის ატომით ე.წ. π-არასაკმარისი.პირიდინის გარდა, ასეთი სისტემების მაგალითია პირიმიდინი, რომელიც შეიცავს პირიდინის აზოტის ორ ატომს.

პიროლიასევე ეხება არომატულ ნაერთებს. ნახშირბადის და აზოტის ატომები მასში, ისევე როგორც პირიდინში, sp2 ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობაშია. თუმცა, პირიდინისგან განსხვავებით, პიროლში აზოტის ატომს განსხვავებული ელექტრონული კონფიგურაცია აქვს (ნახ. 5, ა, ბ).

ბრინჯი. 5.პიროლის აზოტის ატომი (A),ელექტრონების განაწილება ორბიტალებს შორის (ბ)და კონიუგირებული სისტემა პიროლის მოლეკულაში (c) (C-H ბმები გამოტოვებულია ფიგურის გასამარტივებლად)

არაჰიბრიდზე რაზოტის ატომის ორბიტალი შეიცავს ელექტრონების მარტოხელა წყვილს. ის ჩართულია დაწყვილებაში რ-ოთხი ნახშირბადის ატომის ელექტრონები ერთი ექვსელექტრონული ღრუბლის შესაქმნელად (იხ. სურ. 5, გ). სამი sp 2 ჰიბრიდული ორბიტალი ქმნის სამ σ ბმას - ორი ნახშირბადის ატომით, ერთი წყალბადის ატომით. აზოტის ატომი ამ ელექტრონულ მდგომარეობაში ე.წ პიროლი.

ექვსელექტრონული ღრუბელი პიროლის წყალობით გვ, გვ- კონიუგაცია დელოკალიზებულია ხუთ რგოლის ატომზე, ასე რომ, პიროლი π-ჭარბისისტემა.

IN ფურანიდა თიოფენიარომატული სექსტეტი ასევე მოიცავს ელექტრონების ცალკეულ წყვილს ჟანგბადის ან გოგირდის არაჰიბრიდირებული p-AO-დან, შესაბამისად. IN იმიდაზოლიდა პირაზოლიაზოტის ორი ატომს განსხვავებული წვლილი შეაქვს დელოკალიზებული ელექტრონული ღრუბლის ფორმირებაში: პიროლის აზოტის ატომი აწვდის π ელექტრონების წყვილს, ხოლო პირიდინის აზოტის ატომი აწვდის ერთ p ელექტრონს.

მას ასევე აქვს არომატული თვისებები პურინი,წარმოადგენს ორი ჰეტეროციკლის შედედებულ სისტემას - პირიმიდინს და იმიდაზოლს.

დელოკალიზებული ელექტრონული ღრუბელი პურინში მოიცავს 8 π ორმაგი ბმის ელექტრონს და ელექტრონების მარტოხელა წყვილს N=9 ატომიდან. ელექტრონების ჯამური რაოდენობა კონიუგაციაში, ტოლი ათი, შეესაბამება ჰუკელის ფორმულას (4n + 2, სადაც n = 2).

ჰეტეროციკლურ არომატულ ნაერთებს აქვთ მაღალი თერმოდინამიკური სტაბილურობა. გასაკვირი არ არის, რომ ისინი ემსახურებიან როგორც ყველაზე მნიშვნელოვანი ბიოპოლიმერების - ნუკლეინის მჟავების სტრუქტურულ ერთეულებს.

არომატულობა- კონცეფცია, რომელიც ახასიათებს სპეციალური სტრუქტურული, ენერგეტიკული და მაგნიტური თვისებების ერთობლიობას, აგრეთვე ციკლური სტრუქტურების რეაქტიულობის თავისებურებებს კონიუგირებული ბმების სისტემით.

მიუხედავად იმისა, რომ არომატულობა არის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი და ყველაზე ნაყოფიერი ცნება ქიმიაში (არა მხოლოდ ორგანული), ამ კონცეფციის ზოგადად მიღებული მოკლე განმარტება არ არსებობს. არომატულობა გაგებულია სპეციალური მახასიათებლების (კრიტერიუმების) კომპლექტის მეშვეობით, რომლებიც თან ახლავს ციკლური კონიუგირებული მოლეკულების ამა თუ იმ ხარისხით. ამ კრიტერიუმებიდან ზოგიერთი ექსპერიმენტული, დაკვირვებადი ხასიათისაა, მაგრამ მეორე ნაწილი ეფუძნება მოლეკულების სტრუქტურის კვანტურ თეორიას. არომატულობას აქვს კვანტური ბუნება.შეუძლებელია არომატულობის ახსნა კლასიკური სტრუქტურული თეორიისა და რეზონანსული თეორიის პოზიციიდან.
არომატულობა არ უნდა აგვერიოს დელოკალიზაციასა და კონიუგაციაში.პოლიენების მოლეკულებში (1,3-ბუტადიენი, 1,3,5-ჰექსატრიენი და სხვ.) აშკარაა ტენდენცია ელექტრონების დელოკალიზაციისა და ერთი კონიუგირებული ელექტრონული სტრუქტურის წარმოქმნისკენ, რაც ვლინდება სპექტრებში (უპირველესად. ელექტრონული შთანთქმის სპექტრები), ბმის სიგრძისა და რიგის გარკვეული ცვლილება, ენერგიის სტაბილიზაცია, სპეციალური ქიმიური თვისებები (ელექტროფილური 1,4-დამატება დიენების შემთხვევაში და ა.შ.). დელოკალიზაცია და კონიუგაცია აუცილებელი, მაგრამ არა საკმარისი პირობაა არომატულობისთვის. არომატულობა შეიძლება განისაზღვროს, როგორც თვისება, რომელშიც უჯერი ბმების კონიუგირებული რგოლი ავლენს უფრო მეტ სტაბილურობას, ვიდრე მოსალოდნელია მხოლოდ კონიუგაციისგან. თუმცა, ამ განმარტების გამოყენება შეუძლებელია ციკლური კონიუგირებული მოლეკულის სტაბილურობის შესახებ ექსპერიმენტული ან გათვლილი მონაცემების გარეშე.
იმისათვის, რომ მოლეკულა იყოს არომატული, ის უნდა შეიცავდეს მინიმუმ ერთ რგოლს, რომლის თითოეულ ატომს აქვს p-ორბიტალი, რომელიც შესაფერისია არომატული სისტემის ფორმირებისთვის. სწორედ ეს ციკლი (ბეჭედი, რგოლების სისტემა) ითვლება არომატულად ამ სიტყვის სრული გაგებით (თუ დაკმაყოფილებულია ქვემოთ ჩამოთვლილი კრიტერიუმები).
ეს ციკლი უნდა იყოს 4n+2(ანუ 2, 6, 10, 14, 18, 22 და ა.შ.) p-ელექტრონები.
ამ წესს ეწოდება წესი ან ჰუკელის არომატულობის კრიტერიუმი. ამ წესის წყაროა კვანტური ქიმიის ადრეულ დღეებში იდეალიზებული ციკლური პოლიენების უაღრესად გამარტივებული კვანტური ქიმიური გამოთვლები. შემდგომმა კვლევამ აჩვენა, რომ ეს მარტივი წესი ფუნდამენტურად იძლევა სწორ არომატულობის პროგნოზს თუნდაც ძალიან რთული რეალური სისტემებისთვის.
თუმცა, წესი სწორად უნდა იქნას გამოყენებული, წინააღმდეგ შემთხვევაში პროგნოზი შეიძლება არასწორი იყოს.

რომელი ორბიტალები ითვლება შესაფერისად არომატული სისტემის ფორმირებისთვის? - ციკლის სიბრტყის პერპენდიკულარული ნებისმიერი ორბიტალი და
ა) ციკლში შემავალი მრავალჯერადი (ენდოციკლური ორმაგი ან სამმაგი) ბმის კუთვნილება;
ბ) ჰეტეროატომებში (აზოტი, ჟანგბადი და სხვ.) ან კარბანიონებში ელექტრონების მარტოხელა წყვილების შესაბამისი;
გ) ექვსელექტრონული (სექსტეტი) ცენტრების, კერძოდ, კარბოკატების შესაბამისი.

არომატულობის კრიტერიუმები.

ენერგია(ელექტრონების დელოკალიზაციის გამო თერმოდინამიკური მდგრადობის გაზრდა, ე.წ. დელოკალიზაციის ენერგია - DE).

თქვენ შეგიძლიათ წარმოიდგინოთ ბენზოლი, როგორც სამი ეთილენის მოლეკულის წარმოებული და შეადაროთ საწყისი ფრაგმენტების ენერგია და საბოლოო მოლეკულა. ეთილენის თითოეულ მოლეკულას აქვს 2 p-ელექტრონი (სულ 6) მოლეკულურ ორბიტალებში (MO) იმავე ენერგიის (α + β), ხოლო ბენზოლს აქვს 6 ელექტრონი, რომლებიც განლაგებულია სამ შემაკავშირებელ მოლეკულურ ორბიტალში, რაც იძლევა ენერგიის მთლიან უარყოფით მნიშვნელობას. სისტემის (α და β არის 0-ზე ნაკლები).

აშკარა ენერგეტიკული უპირატესობა არის 2β = 36 კკალ/მოლი ან 1,56 ევ - ეს არის EER (ემპირიული რეზონანსული ენერგია).
ენერგეტიკული კრიტერიუმი ყველაზე მოუხერხებელი და გაუგებარია. ამ კრიტერიუმის ენერგეტიკული მნიშვნელობები ყოველთვის გამოითვლება, რადგან, როგორც წესი, შედარებისთვის შეუძლებელია შესაბამისი არა არომატული მოლეკულის შერჩევა. ამიტომ, მშვიდად უნდა ვიყოთ ის ფაქტი, რომ დელოკალიზაციის ენერგიის მრავალი განსხვავებული შეფასება არსებობს კლასიკური არომატული მოლეკულებისთვისაც კი, მაგრამ უფრო რთული სისტემებისთვის ეს მნიშვნელობები სრულიად არ არსებობს. თქვენ ვერასოდეს შეადარებთ სხვადასხვა არომატულ სისტემებს დელოკალიზაციის ენერგიების სიდიდის მიხედვით - ვერ დაასკვნით, რომ მოლეკულა A უფრო არომატულია ვიდრე მოლეკულა B, რადგან დელოკალიზაციის ენერგია უფრო დიდია.
სტრუქტურული- ძალიან მნიშვნელოვანი, თუ არა ყველაზე მნიშვნელოვანი, კრიტერიუმი, რადგან ის არა თეორიული, არამედ ექსპერიმენტული ხასიათისაა. არომატული ნაერთების მოლეკულების სპეციფიკური გეომეტრია მდგომარეობს ატომების თანაპლენარული განლაგებისა და ბმის სიგრძის გათანაბრების ტენდენციაში. ბენზოლში ბმის სიგრძის გასწორება სრულყოფილია - C-C ექვსივე ბმა სიგრძით ერთნაირია. უფრო რთული მოლეკულებისთვის, განლაგება არ არის სრულყოფილი, მაგრამ მნიშვნელოვანია. კრიტერიუმი აღებულია, როგორც კონიუგირებული ბმების სიგრძის ფარდობითი გადახრის საზომი საშუალო მნიშვნელობიდან. რაც უფრო ახლოს იქნება ნულთან, მით უკეთესი. ეს რაოდენობა ყოველთვის შეიძლება გაანალიზდეს, თუ ხელმისაწვდომია სტრუქტურული ინფორმაცია (ექსპერიმენტული ან მაღალი ხარისხის კვანტური ქიმიური გამოთვლებიდან). თანაპლენარობისკენ მიდრეკილება განისაზღვრება ატომური p-ორბიტალების ღერძების პარალელური განლაგების უპირატესობით მათი ეფექტური გადახურვისთვის.
მაგნიტური(რგოლის დენის არსებობა არის დიატროპული სისტემა, ეფექტი პროტონების ქიმიურ ძვრებზე რგოლის გარეთ და შიგნით, მაგალითებია ბენზოლი და -ანულენი). ყველაზე მოსახერხებელი და ხელმისაწვდომი კრიტერიუმი, რადგან 1H NMR სპექტრი საკმარისია მის შესაფასებლად. ზუსტი განსაზღვრისთვის გამოიყენება ქიმიური ძვრების თეორიული გამოთვლები.
ქიმიური- მიდრეკილება ჩანაცვლების რეაქციებისკენ და არა დამატების რეაქციებისკენ. ყველაზე აშკარა კრიტერიუმი, რომელიც აშკარად განასხვავებს არომატული ნაერთების ქიმიას პოლიენების ქიმიისგან. მაგრამ ეს ყოველთვის არ მუშაობს. იონურ სისტემებში (მაგალითად, ციკლოპენტადიენილ ანიონში ან ტროპილუმის კატიონში), ჩანაცვლება არ შეინიშნება. შემცვლელი რეაქციები ხანდახან ხდება არაარომატიულ სისტემებში, მაგრამ არომატულ სისტემებს ყოველთვის შეუძლიათ გარკვეულწილად დამატების რეაქციები. ამიტომ უფრო სწორია ქიმიურ კრიტერიუმს არომატულობის ნიშანი ვუწოდოთ.

არომატული სისტემის ენერგიის წარმოდგენა.

ზოგადი ფორმულა:

E j (ჯ დონის ორბიტალური ენერგია) = α + m j β
α არის კულონის ინტეგრალი, C2p ორბიტალის ენერგია,
β - რეზონანსული ინტეგრალი, 2 ატომური ორბიტალის ურთიერთქმედების ენერგია მეზობელ ატომებზე
m j = 2сos(2jπ/N), სადაც N არის ნახშირბადის ატომების რაოდენობა ციკლში.

ენერგიის უმარტივესი და ყველაზე ვიზუალური გრაფიკული გამოსახულებაა ყინვის წრე. მის ასაგებად აუცილებელია არომატული მოლეკულის ჩაწერა წრეში, მის წვეროზე ქვევით მიმართული, შემდეგ მრავალკუთხედისა და წრის შეხების წერტილები შეესაბამება MO-ს ენერგეტიკულ დონეებს. ენერგეტიკული მასშტაბი გამოიყენება ვერტიკალურად, ჰორიზონტალური დიამეტრის ქვემოთ ყველა დონე სავალდებულოა, ხოლო ზემოთ არის შესუსტება. ელექტრონები ივსება ყველაზე დაბალი ორბიტალიდან პაულის წესით.

ყველაზე ხელსაყრელი მდგომარეობა იქნება, როდესაც ყველა შემაკავშირებელი ორბიტალი მთლიანად ივსება.
მოგვიანებით, კიდევ ბევრი ვარაუდი გამოჩნდა ბენზოლის სტრუქტურის შესახებ:

თუმცა, დღემდე, C 6 H 6 მოლეკულა აგრძელებს სიურპრიზებს. ბოდრიკოვი I.V.: ”უნდა ვაღიარო, რომ ახლა მსოფლიოში არ არსებობს ადამიანი, რომელმაც იცის რა არის ბენზოლი” (2009)

(ერთ-ერთი წყალბადი მოძრაობს რგოლის პერპენდიკულარულ მდგომარეობაში)

არომატულობა პირდაპირ არ არის დაკავშირებული ორგანული ნაერთების სუნთან და არის კონცეფცია, რომელიც ახასიათებს ზოგიერთი ციკლური მოლეკულის სტრუქტურულ და ენერგეტიკულ თვისებებს, რომლებიც შეიცავს კონიუგირებული ორმაგი ბმების სისტემას. ტერმინი „არომატიულობა“ დაარსდა, რადგან ამ კლასის ნივთიერებების პირველ წევრებს სასიამოვნო სუნი ჰქონდათ.

არომატული ნაერთები მოიცავს სხვადასხვა სტრუქტურის მოლეკულებისა და იონების ფართო ჯგუფს, რომლებიც აკმაყოფილებენ არომატულობის კრიტერიუმებს.

ენციკლოპედიური YouTube

1 / 5

არომატული ნაერთები და ჰუკელის წესი

მეზომერული ეფექტი (კონიუგაციის ეფექტი). Ნაწილი 1.

არომატულობა. ორგანული ნაერთების არომატულობის კრიტერიუმები.

არომატული ჰეტეროციკლები. Ნაწილი 1

ჰუკელის არომატულობის წესი

სუბტიტრები

არომატულობის ფენომენზე უკვე ვისაუბრე და ამ ვიდეოს მთლიანად ამ თემას მივუძღვნი. ასე რომ, არომატიზატორები. პირველ რიგში: რატომ უწოდებენ ამ ნივთიერებებს არომატულს? ცხადია, სიტყვიდან "სურნელი". შეიძლება ფიქრობთ, რომ ყველა არომატულ ნაერთს აქვს ძლიერი სუნი, მაგრამ ბევრ მათგანს საერთოდ არ აქვს სუნი. მაშ რატომ? შესაძლოა, ეს გამოწვეულია იმით, რომ ისინი გარკვეულწილად დაკავშირებულია ნივთიერებებთან, რომლებსაც აქვთ ძლიერი სუნი, ამიტომ მათ არომატულს უწოდებდნენ. საიდუმლოდ რჩება. ყველაზე ცნობილი არომატული ნაერთები, ასეთი ნივთიერებების 99%, არის ბენზოლი ან ბენზოლის წარმოებულები. დავხატოთ ბენზოლი. როგორც წესი, ბენზოლის მოლეკულა დახატულია ასე. 6 ატომის ციკლი სამი ორმაგი ბმით. ეს არის სამი ორმაგი ბმა. რეზონანსის შესახებ ვიდეოში ვთქვი, რომ ეს სტრუქტურული ფორმულა ერთადერთი არ არის. ასევე შესაძლებელია სხვა ვარიანტიც. ამ ელექტრონს შეუძლია გადაადგილება აქ, ამ ელექტრონს შეუძლია გადაადგილება აქ და ამ ელექტრონს შეუძლია გადაადგილება აქ. დავხატოთ რას მივიღებთ ბოლოს. ეს არის სტრუქტურული ფორმულა, რომელსაც ჩვენ ვიღებთ. ბენზოლის მოლეკულის შესაძლო კონფიგურაცია არის ის, სადაც ორმაგი ბმები განსხვავებულად მდებარეობს, ვიდრე პირველ ფორმულაში. აქ არის ორი ფორმულა. რეზონანსის შესახებ ვიდეოდან იცით, რომ სინამდვილეში ყველაფერი ცოტა უფრო რთულია. ორივე ფორმულა სწორია. ბენზოლი არსებობს ერთდროულად ორ კონფიგურაციაში და არ იცვლება ერთიდან მეორეში. ეს ნაჩვენებია როგორც ნახშირბადის ექვსი ატომის ციკლი, რომლის შუაში წრეა. ასე ასახავს ქიმიკოსები ხშირად ბენზოლის რგოლს. ეს ნიშნავს, რომ ყველა π ელექტრონი, რომლებიც ქმნიან ორმაგ ობლიგაციებს მოლეკულაში, ნაწილდება ატომებს შორის, ნაცხის მთელ რგოლში. ეს არის π ელექტრონების დელოკალიზაცია რგოლში, რაც არომატულ ნივთიერებებს უნიკალურ თვისებებს ანიჭებს. ეს კონფიგურაცია ბევრად უფრო სტაბილურია, ვიდრე რგოლში ერთი და ორმაგი ბმების სტატიკური მონაცვლეობა. ბენზოლის დახატვის კიდევ ერთი გზა არსებობს. ფერს შევცვლი და ყვითელს ვაჩვენებ. π ელექტრონების დელოკალიზაცია ნაჩვენებია შემდეგნაირად: წერტილოვანი ხაზი აქ, აქ, აქ, აქ, აქ და აქ. ეს არის ყველაზე პოპულარული ვარიანტი ბენზოლის რგოლში ელექტრონების დელოკალიზაციის ჩვენებისთვის, ანუ π-ელექტრონების კონიუგირებული სისტემის არსებობა. მე გეტყვი რა არის. ეს ორი ფორმულა ასევე გამოიყენება, მაგრამ ბენზოლის ნამდვილი სტრუქტურა მდგომარეობს ამ კონფიგურაციებს შორის. ჩვენ უნდა გაჩვენოთ რა ხდება იქ. რა თქმა უნდა, გსმენიათ π-ელექტრონების კონიუგირებული სისტემების შესახებ. ვფიქრობ, სასარგებლო იქნება ბენზოლის მოლეკულის სამ განზომილებაში ჩვენება. ასე რომ, შეხედე. აქ არის ნახშირბადის ექვსი ატომის ციკლი: ნახშირბადი, ნახშირბადი, ნახშირბადი, ნახშირბადი, ნახშირბადი, ნახშირბადი. ნახშირბადის თითოეული ატომი დაკავშირებულია კიდევ სამ ატომთან, ორ ნახშირბადის ატომთან და წყალბადის ატომთან. მე დავხატავ წყალბადს და მის კავშირს ნახშირბადთან. აქ არის წყალბადის ატომი, აქ არის წყალბადის ატომი, წყალბადი, წყალბადი და კიდევ ორი ​​წყალბადის ატომი. ნახშირბადის თითოეულ ატომს აქვს სამი ჰიბრიდული ორბიტალი, ეს არის sp2 ჰიბრიდიზაცია. გარდა ამისა, თითოეულ მათგანს ჯერ კიდევ აქვს თავისუფალი p-ორბიტალი. ეს p ორბიტალი არ ქმნის სიგმა კავშირებს მეზობელ ატომებთან. შემდეგ არის p-ორბიტალები, რომლებიც ჰანტელებს ჰგავს. აქ არის p-ორბიტალი, აქ არის p-ორბიტალი, აქ არის კიდევ ორი ​​p-ორბიტალი. სინამდვილეში, უფრო მეტი ორბიტალია, მაგრამ შემდეგ ისინი დაფარავდნენ სურათს. არ დაგავიწყდეთ, რომ ბენზოლის მოლეკულას აქვს ორმაგი ბმები. მე გამოვყოფ ნახშირბადის ერთ-ერთ ატომს. ეს სიგმა კავშირი შეესაბამება, ვთქვათ, ამ სიგმა კავშირს. მოხერხებულობისთვის მე გაჩვენებთ სხვა კავშირს. ვთქვათ, ეს სიგმა ბმული შეესაბამება ამ კავშირს ნახშირბადის ორ ატომს შორის. ორმაგი ბმა, რომელსაც მე ვაჩვენებ მეწამულში, იქმნება p ორბიტალების გვერდითი გადაფარვით. მეზობელი ნახშირბადის ატომების p ორბიტალები ერთმანეთს ემთხვევა. ორბიტალი არის რეგიონი, სადაც ელექტრონი შეიძლება დასრულდეს გარკვეული ალბათობით. ეს რეგიონები დიდია, ისინი გადახურულია და ელექტრონები ქმნიან დამატებით π ბმას. რა ხდება π-ელექტრონების შეერთებულ სისტემაში. ამას ჩავწერ, რომ არ დაგავიწყდეს. π-ელექტრონების კონიუგირებული სისტემა. ამ ადგილას შეიძლება იყოს ბმა, თუ ორბიტალები გადაფარავს. ასე ვაჩვენებ ორბიტალთა გადახურვას. სხვა კონფიგურაციაზე გადასვლისას, ორბიტალები აქ გადაიფარება. სინამდვილეში, ყველა ეს π ელექტრონი ხტუნავს მთელ რგოლზე. ელექტრონები მოგზაურობენ ყველა ამ p ორბიტალში. ისინი შეიძლება იყოს ციკლის ნებისმიერ ადგილას. ეს არის ის, რაც იგულისხმება, როდესაც ისინი საუბრობენ ნივთიერებების არომატულ თვისებებზე. ამის გამო ნივთიერებები განსაკუთრებულ სტაბილურობას იძენენ. არომატული ნივთიერებების უმეტესობა სწორედ ასეთი ციკლებია, ბენზოლი და მისი წარმოებულები. მაგრამ არსებობს სხვა ნივთიერებები. ნებისმიერი ნივთიერება, რომელსაც აქვს 4n + 2 π ელექტრონი თავის რგოლში, სადაც n არის მთელი რიცხვი, არის არომატული, ანუ ის არის არომატული ნაერთი. დავთვალოთ ელექტრონები. ნახშირბადის ექვსი ატომიდან თითოეულს აქვს თითო π ელექტრონი. ნახშირბადის თითოეულ ატომს აქვს ერთი p-ორბიტალი და თითოეულ ასეთ ორბიტალს იკავებს ერთი ელექტრონი. საერთო ჯამში არის 1, 2, 3, 4, 5, 6. შეიძლება სხვაგვარადაც ვთქვათ: ყოველი ორმაგი ბმა არის 2 π-ელექტრონი. 1, 2, 3, 4, 5, 6. ამას ჰუკელის წესის დაცვა ჰქვია. მგონი გერმანული გვარია. ჰუკელის წესი. ბენზოლი მას შეესაბამება. როდესაც n უდრის ერთს, 4 * 1 + 2 = 6. წესი მართალია. თუ n უდრის ორს, უნდა იყოს 10 π ელექტრონი, ხოლო ათი π ელექტრონის შემთხვევაში წესი მოქმედებს. ეს იქნება ასეთი მოლეკულა და შეესაბამება ჰუკელის წესს. რგოლში იქნება 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ნახშირბადის ატომები. აქ არის 5 ორმაგი ბმა: 1, 2, 3, 4, 5. ისე, რომ ბმები ერთმანეთს ენაცვლება. ეს ასევე არომატული ნაერთია. მას აქვს 10 π ელექტრონი, თითო ნახშირბადის ატომზე, ან ორ ორმაგ ბმაში. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10. ახლა კი ნაწილი, რომელიც მაკვირვებს. 6 და 10 შეესაბამება წესს, მაგრამ არა 8. რა ჭირს რვა ელექტრონს? რატომ არის ეს რიცხვი შეუსაბამო? რა მოხდება, თუ არსებობს ოთხი π ელექტრონი? ვთქვათ, მოლეკულა ოთხკუთხედს ჰგავს. ან როგორც საგზაო ნიშანი - 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 და მონაცვლეობითი ორმაგი ბმები. იქნება ეს ნივთიერებებიც არომატული ნაერთები? მათ ასევე აქვთ ალტერნატიული ბმები, რაც ნიშნავს, რომ ელექტრონებს შეუძლიათ გადაადგილება ადგილიდან ადგილზე და დელოკალიზაცია ციკლში. გადადი აქედან აქეთ, აქედან აქეთ. აქიდან აქამდე, აქედან აქამდე. მაგრამ აღმოჩნდება, რომ ასეთ ნივთიერებებში π ელექტრონები საერთოდ არ ასტაბილურებენ სისტემას და ციკლი გამოდის ნაკლებად სტაბილური, ვიდრე ხაზოვანი მოლეკულა. და ეს მოლეკულები არ შეესაბამება ჰუკელის წესს. 4n + 2 არის 6, 10, 14 π ელექტრონი, ანუ 14, 10 ან 6 ნახშირბადის ატომები. თუ ატომების რაოდენობა განსხვავებულია, მაგრამ ეს არის ციკლი ალტერნატიული ბმებით, ნივთიერება ანტიარომატულია. მოდით ჩამოვწეროთ ეს ტერმინი. ისინი ძალიან არასტაბილურები არიან. ისინი ძალიან არასტაბილურია და იხსნება, ხდება ხაზოვანი მოლეკულები. იმედი მაქვს, რომ თქვენთვის საინტერესო აღმოჩნდა. სუბტიტრები Amara.org საზოგადოების მიერ

ამბავი

1959 წელს საულ უინსტეინიშემოიღო „ჰომოარომატიულობის“ კონცეფცია - ტერმინი, რომელიც გამოიყენება სისტემების აღსაწერად, რომლებშიც ერთი გაჯერებული ატომის გვერდის ავლით წარმოიქმნება სტაბილიზებული ციკლური კონიუგატური სისტემა.

არომატულობის ახსნა

არომატულობის კრიტერიუმები

არ არსებობს ერთი მახასიათებელი, რომელიც საშუალებას იძლევა საიმედოდ კლასიფიცირდეს ნაერთი, როგორც არომატული ან არა არომატული. არომატული ნაერთების ძირითადი მახასიათებლებია:

• ჩანაცვლების რეაქციებისადმი მიდრეკილება, ვიდრე დამატების (ყველაზე მარტივი, ისტორიულად პირველი ნიშნის დადგენა, მაგალითად - ბენზოლი, ეთილენისგან განსხვავებით, არ აფერხებს ბრომიან წყალს)
• ენერგიის მომატება არაკონიუგირებული ორმაგი ბმების სისტემასთან შედარებით. ასევე უწოდებენ რეზონანსულ ენერგიას (მოწინავე მეთოდი - Dewar-ის რეზონანსული ენერგია) (მომატება იმდენად დიდია, რომ მოლეკულა განიცდის მნიშვნელოვან გარდაქმნებს არომატული მდგომარეობის მისაღწევად, მაგალითად, ციკლოჰექსადიენი ადვილად დეჰიდროგენდება ბენზოლად, დიჰიდროგენი და ტრიჰიდრული ფენოლები ძირითადად ფენოლების სახით არსებობს. (ენოლები) ვიდრე კეტონები და ა.შ.)
• რგოლის მაგნიტური დენის არსებობა (დაკვირვება საჭიროებს კომპლექსურ აღჭურვილობას), ეს დენი უზრუნველყოფს არომატულ რგოლთან დაკავშირებული პროტონების ქიმიური გადანაცვლებას სუსტ ველში (7-8 ppm ბენზოლის რგოლისთვის), და ზემოთ მდებარე პროტონებს/ არომატული სისტემის სიბრტყის ქვემოთ - ძლიერ ველში (NMR სპექტრი).
• თავად თვითმფრინავის არსებობა (მინიმალურად დამახინჯებული), რომელშიც დევს ყველა (ან არა ყველა - ჰომოარომულობა) ატომები, რომლებიც ქმნიან არომატულ სისტემას. ამ შემთხვევაში, პი-ელექტრონების რგოლები, რომლებიც წარმოიქმნება ორმაგი ბმების (ან ჰეტეროატომების რგოლში შემავალი ელექტრონების) შეერთების დროს, დევს არომატული სისტემის სიბრტყის ზემოთ და ქვემოთ.
• ჰუკელის წესი თითქმის ყოველთვის დაცულია: მხოლოდ სისტემა, რომელიც შეიცავს (რგოლში) 4n+2 ელექტრონს (სადაც n = 0, 1, 2, ...) შეიძლება იყოს არომატული. სისტემა, რომელიც შეიცავს 4n ელექტრონს, ანტიარომატიულია (გამარტივებული გაგებით, ეს ნიშნავს მოლეკულაში ენერგიის სიჭარბეს, ბმის სიგრძის უთანასწორობას, დაბალ სტაბილურობას - მიდრეკილებას მიმატების რეაქციებისკენ). ამავდროულად, პერი-შეერთების შემთხვევაში (არსებობს ატომ(ებ)ი, რომლებიც მიეკუთვნება 3 რგოლს ერთდროულად, ანუ მის მახლობლად არ არის წყალბადის ატომები ან შემცვლელები), პი ელექტრონების საერთო რაოდენობა არ შეესაბამება ჰუკელის წესი (ფენალინი, პირენი, გვირგვინი). ასევე ვარაუდობენ, რომ თუ შესაძლებელია მოლეკულების სინთეზირება მობიუსის ზოლის სახით (ბეჭედი საკმარისად დიდი ზომის ისე, რომ ატომური ორბიტალების თითოეულ წყვილში გადახვევა მცირეა), მაშინ ასეთი მოლეკულებისთვის 4n ელექტრონის სისტემა. იქნება არომატული, ხოლო 4n+2 ელექტრონიდან ანტიარომატული.

თანამედროვე წარმოდგენები

თანამედროვე ფიზიკურ ორგანულ ქიმიაში შემუშავებულია არომატულობის კრიტერიუმის ზოგადი ფორმულირება

1. მოლეკულას აქვს ბრტყელი ციკლური სტრუქტურა.

2. ციკლში ყველა ატომი იმყოფება sp2 ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობაში (აქედან გამომდინარე, s-ჩონჩხი ბრტყელია და ყველა sp-ორბიტალი პარალელურია.

3. მოლეკულაში არის დელოკალიზებული p-ელექტრონული სისტემა, რომელიც შეიცავს 4n + 2 p-ელექტრონს, სადაც n = 0,1,2, არის რიცხვების ბუნებრივი სერია. ამ წესს ჰუკელის წესი ჰქვია

ჰეტეროციკლურ ნაერთებს ასევე აქვთ არომატული ხასიათი. ბენზოლის მოლეკულაში –CH= –N=–ით ჩანაცვლებისას წარმოიქმნება ჰეტეროციკლური ნაერთი პირიდინი.

მეზომერული ეფექტი. ელექტრონის გამცემი და ელექტრონის ამომყვანი შემცვლელები. რეზონანსული თეორია, როგორც ხარისხობრივი გზა ელექტრონის სიმკვრივის დელოკალიზაციის აღწერისთვის.

მეზომერული ეფექტი ან ეფექტური კონიუგაცია არის შემცვლელების ელექტრონული ზემოქმედების გადატანა კონიუგირებული სისტემის მეშვეობით. I (ინდუქციური) ეფექტისგან განსხვავებით, M (მეზომერული) ეფექტი გადადის კონიუგაციის სისტემის მეშვეობით შესუსტების გარეშე. მოადგილე ქვედა ელექტრო. სიმკვრივე კონიუგაციაში სისტემა (ED-ის გადაადგილება მისი მიმართულებით) გამოიხატება. - M-ეფექტი და ფენომენი. ელექტრონის მიმღები. (ჩამნაცვლებლები შეიცავს ნახშირბადის ატომის მრავალ კავშირს უფრო უარყოფითი ჰეტეროატომებით).

მოადგილე გაიზარდა ელექტრო. სიმკვრივე კონიუგაციაში სისტემა (EF-ის გადაადგილება თავისგან კონიუგირებული სისტემისკენ) გამოიხატება. +M-ეფექტი და ფენომენი. ელექტრონის დონორი. (შემცვლელები, რომლებიც შეიცავს ჰეტეროატომს ელექტრონების გაუზიარებელ წყვილთან ერთად)

M-ეფექტი (ჰიდროქსი, ამინო, OR, ჰალოგენები). - M-ეფექტი (ნიტრო, სულფო, კარბოქსილი, კარბონილი).

რეზონანსული თეორია- ქიმიური ნაერთების ელექტრონული სტრუქტურის თეორია, რომლის მიხედვითაც ელექტრონების განაწილება მოლეკულებში არის კანონიკური სტრუქტურების ერთობლიობა (რეზონანსი), ორელექტრონული კოვალენტური ბმების სხვადასხვა კონფიგურაციით.

ციკლოპენტადიენიდის იონის რეზონანსული სტრუქტურები

კონფიგურაცია და კონფორმაცია ყველაზე მნიშვნელოვანი ცნებებია სტერეოქიმიაში. კონფიგურაცია. მოლეკულების სიმეტრიის ელემენტები (ღერძი, სიბრტყე, ცენტრი) და სიმეტრიის მოქმედებები (ბრუნვა, ასახვა). ქირალური და აქირალური მოლეკულები. ასიმეტრიული ნახშირბადის ატომი, როგორც ქირალობის ცენტრი.

სტეროქიმია– ქიმიის განყოფილება, სასწავლო სივრცე. აშენებული მოლეკულები და მათი გავლენა. ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებზე, ასევე მიმართულებაზე. და მათი რეაქციის სიჩქარე. იგი დაფუძნებულია სამ ფუნდამენტურ კონცეფციაზე: ქირალობა, კონფიგურაცია და კონფორმაცია.

კონფიგურაცია- ეს არის სივრცეები. შესასვლელი მდებარეობა ატომების მოლეკულის შემადგენლობაში ან ზე. ჯგუფები იმ განსხვავებების გათვალისწინების გარეშე, რომლებიც წარმოიშვა შემდეგში. როტაცია ერთი ბმის გარშემო.

სიმეტრიის ღერძი. თუ მოლეკულის ბრუნვა რომელიმე ღერძის გარშემო არის 2π/ კუთხით ნ= 360°/ ნმივყავართ სტრუქტურამდე, რომელიც არ განსხვავდება ორიგინალისგან, მაშინ ასეთ ღერძს სიმეტრიის ღერძი ეწოდება. ნ- რიგით C ნ.

სიმეტრიის სიბრტყე (სარკის სიბრტყე)არის წარმოსახვითი სიბრტყე, რომელიც გადის მოლეკულაში და ყოფს ორ სარკისებრ თანაბარ ნაწილად.

Თანდასწრებით სიმეტრიის ცენტრიმოლეკულის ყველა ატომი, რომელიც არ დევს სიმეტრიის ცენტრში, განლაგებულია წყვილებში ერთ სწორ ხაზზე, რომელიც გადის ცენტრში, ცენტრიდან იმავე მანძილზე, როგორც, მაგალითად, ბენზოლში.

კონფორმაციებიმოლეკულები - მოლეკულების სხვადასხვა სივრცითი ფორმები, რომლებიც წარმოიქმნება, როდესაც მისი ცალკეული ნაწილების შედარებითი ორიენტაცია შეიცვალა რესში. შიდა ატომების ან ატომების ჯგუფების ბრუნვა ცალკეული ბმების ირგვლივ, ბმების მოხრა და ა.შ.

თუ მოლეკულები შეუთავსებელია მათ სარკისებურ გამოსახულებასთან. ამ ქონებას ე.წ ქირალობადა თავად მოლეკულები - ქირალური(ნიშნავს, რომ ორი ობიექტი ერთმანეთთან არის დაკავშირებული, როგორც მარცხენა და მარჯვენა ხელი (ბერძნულიდან. ჩიროსი- ხელი) და არის სარკისებური გამოსახულებები, რომლებიც არ ემთხვევა მათ სივრცეში გაერთიანების მცდელობისას).

ასიმეტრიული ნახშირბადის ატომი -ატომი, რომელიც დაკავშირებულია ოთხ სხვადასხვა შემცვლელთან.

მოლეკულები ქირალობის ერთი ცენტრით (ენანტიომერიზმი). გლიცერალდეჰიდი, როგორც კონფიგურაციის სტანდარტი. ფიშერის პროექციის ფორმულები. ფარდობითი და აბსოლუტური კონფიგურაცია. სტერეოქიმიური ნომენკლატურის D-, L- და R-, S- სისტემები. რაკემატები.

ენანტიომერები არის სტერეოიზომერები, რომელთა ქირალური მოლეკულები დაკავშირებულია ერთმანეთთან, როგორც ობიექტი და შეუთავსებელი სარკისებური გამოსახულება (ისინი წარმოადგენენ ორ ოპტიკურ ანტიპოდს და ამიტომ მათ ასევე უწოდებენ ოპტიკურ იზომერებს).

გლიცერალდეჰიდი შეიცავს ქირალურ ცენტრს, რომელიც არსებობს 2 სტერეოიზომერის სახით, რომელსაც გააჩნია. სხვადასხვა ოპტიმალური აქტივობა.

შემოთავაზებული პროექციის ფორმულები ე.ფიშერი: 1) ნახშირბადის ჩონჩხის მდებარეობა. ვერტიკალურად; 2) მოთავსებულია ზევით. უფროსი ფუნქცია ჯგუფი; 3) ტეტრაედონი ისეა ორიენტირებული, რომ ქირალური ცენტრი განლაგებულია სიბრტყეში, ნახშირბადის ჯაჭვის მარჯვნივ და მარცხნივ მდებარე შემცვლელები მიმართულია პროექციის სიბრტყიდან წინ; შემცვლელები მოთავსებულია ვერტიკალურად, დამკვირვებლისგან მოშორებით პროექციის სიბრტყის მიღმა; ასიმეტრიული ნახშირბადის ატომი გადადის სიბრტყეში ჰორიზონტალური და ვერტიკალური ხაზების გადაკვეთის ადგილზე. შედარებითი კონფიგურაცია- ეს არის შემცვლელების შედარებითი განლაგება სხვადასხვა ასიმეტრიაზე. ატომები ერთმანეთთან მიმართებაში; ის ჩვეულებრივ აღინიშნება პრეფიქსებით ( cis-და ტრანს-, ტრეო-და ერითრო-და ა.შ.). აბსოლუტური კონფიგურაცია- ეს არის შემცვლელების სივრცეში ჭეშმარიტი განლაგება მოლეკულის თითოეულ ასიმეტრიულ ატომზე; ყველაზე ხშირად იგი ასოებით აღინიშნება დან ლ .

R,S-ნომენკლატურა.1) დაადგინეთ შემცვლელების პრიორიტეტის რიგი ქირალურ ცენტრში: ა) უპირატესობის რიგი დგინდება უშუალოდ მიმდებარე ატომებისთვის. კავშირი ცენტრით: „რაც უფრო მაღალია ატომური რიცხვი, მით უფრო ძველია შემცვლელი“. ბ) თუ ყველაზე ახლოს. ატომები იგივეა, შემდეგ პროცედურა უნდა ჩატარდეს შემდეგი სფეროს ატომისთვის 2) დამკვირვებლისგან ყველაზე ახალგაზრდა შემცვლელის დადგენის შემდეგ, განსაზღვრეთ დარჩენილი სამი შემცვლელის ხანდაზმულობის შემცირების მიმართულება. თუ ეს ხდება საათის ისრის მიმართულებით, ეს არის R-იზომერი; თუ ის ხდება საათის ისრის საწინააღმდეგოდ, ეს არის S-იზომერი. D,L-ნომენკლატურა(დაკავშირებულია ფიშერის პროექციასთან). თუ ქირალურ ცენტრში ფუნქციური ჯგუფი მარჯვნივ არის, მაშინ ის არის D-იზომერი, ხოლო მარცხნივ არის L-იზომერი.ენანტიომერები განსხვავდებიან სიბრტყით პოლარიზებული სინათლის ბრუნვის უნარით: მარჯვნივ (+) D. , მარცხნივ (-) ლ.

7. კონფორმაციების გაჩენა σ ბმების გარშემო ბრუნვის შედეგად. ფაქტორები, რომლებიც ართულებენ ბრუნვას. ნიუმენის პროექციის ფორმულები. სტრესის სახეები. ღია ჯაჭვის კონფორმაციების ენერგეტიკული მახასიათებლები. სივრცითი სტრუქტურისა და ბიოლოგიური აქტივობის კავშირი

1. კონფორმაციები (ბრუნვის იზომერიზმი). ბმის კუთხეების ან ბმის სიგრძის შეცვლის გარეშე, შეიძლება წარმოვიდგინოთ ეთანის მოლეკულის მრავალი გეომეტრიული ფორმა, რომლებიც ერთმანეთისგან განსხვავდებიან ნახშირბადის ტეტრაედრების ორმხრივი ბრუნვით C-C ბმის გარშემო. ამ ბრუნვის შედეგად, მბრუნავი იზომერები (კონფორმატორები).

პროექციაში Ახალი კაციმოლეკულა განიხილება C-C ბმის გასწვრივ). წრის ცენტრიდან 120°-იანი კუთხით განსხვავებული სამი ხაზი მიუთითებს დამკვირვებელთან ყველაზე ახლოს ნახშირბადის ატომის კავშირებზე; წრის უკნიდან „გამოტანილი“ ხაზები არის შორეული ნახშირბადის ატომის ბმები.

მარცხნივ ნაჩვენები კონფორმაცია ე.წ დაბნელებული . ეს სახელი გვახსენებს, რომ ორივე CH 3 ჯგუფის წყალბადის ატომები ერთმანეთის საპირისპიროა. დაბნელებულმა კონფორმაციამ გაზარდა შიდა ენერგია და, შესაბამისად, არახელსაყრელია. მარჯვნივ ნაჩვენები კონფორმაცია ე.წ დათრგუნული , რაც გულისხმობს იმას, რომ თავისუფალი ბრუნვა C-C ბმის ირგვლივ "ინჰიბირებულია" ამ პოზიციაზე, ე.ი. მოლეკულა უპირატესად ამ კონფორმაციით არსებობს.

მინიმალური ენერგია, რომელიც საჭიროა კონკრეტული ბმის გარშემო მოლეკულის მთლიანად ბრუნვისთვის, ეწოდება ბრუნვის ბარიერი ამ კავშირისთვის. ბრუნვის ბარიერი მოლეკულაში, როგორიცაა ეთანი, შეიძლება გამოიხატოს მოლეკულის პოტენციური ენერგიის ცვლილების თვალსაზრისით, ცვლილების ფუნქციით. დიჰედრული (ბრუნვის) კუთხე სისტემები. დიედრული კუთხე (აღნიშნავს ) ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ ფიგურაში:

რაც უფრო რთული ხდება მოლეკულა, იზრდება შესაძლო კონფორმაციების რაოდენობა. ქვემოთ, n-ბუტანის კონფორმაციები გამოსახულია ნიუმენის პროგნოზების სახით. მარცხნივ (დაჩრდილული) ნაჩვენები კონფორმაციები ენერგიულად არახელსაყრელია, პრაქტიკულად რეალიზებულია მხოლოდ დათრგუნული.

ციკლოალკანები. ნომენკლატურა. მცირე ციკლები. ციკლოპროპანის ელექტრონული სტრუქტურა. მცირე ციკლების (დამატების რეაქციები) ქიმიური თვისებების თავისებურებები. რეგულარული ციკლები. ჩანაცვლების რეაქციები. სტრესის სახეები. ენერგეტიკული განსხვავება ციკლოჰექსანის კონფორმაციებს შორის (სკამი, აბაზანა, ნახევარსკამი). ღერძული და ეკვატორული კავშირები. ქვითარი. Თვისებები

ფიზიკური თვისებები. ნორმალურ პირობებში, სერიის პირველი ორი წევრი (C 3 - C 4) არის აირები, (C 5 - C 16) არის სითხეები, დაწყებული C 17 არის მყარი.. მომზადება. 1. ციკლოალკანების მიღების ძირითადი მეთოდია დიჰალოალკანებიდან ორი ჰალოგენის ატომის აღმოფხვრა:

2. არომატული ნახშირწყალბადების კატალიზური ჰიდროგენიზაციის დროს წარმოიქმნება ციკლოჰექსანი ან მისი წარმოებულები: t°, P, Ni C 6 H 6 + 3H 2 → C 6 H 12.

ქიმიური თვისებები. ქიმიური თვისებების მიხედვით, მცირე და ჩვეულებრივი ციკლები მნიშვნელოვნად განსხვავდება ერთმანეთისგან. ციკლოპროპანი და ციკლობუტანი მიდრეკილია დამატების რეაქციებისკენ, ე.ი. მსგავსია ამ მხრივ ალკენების. ციკლოპენტანი და ციკლოჰექსანი ქიმიური ქცევით ახლოს არიან ალკანებთან, ვინაიდან ისინი განიცდიან ჩანაცვლების რეაქციებს.1. მაგალითად, ციკლოპროპანს და ციკლობუტანს შეუძლიათ ბრომის დამატება (თუმცა რეაქცია უფრო რთულია, ვიდრე პროპენთან ან ბუტენთან):

2. ციკლოპროპანს, ციკლობუტანს და ციკლოპენტანსაც კი შეუძლიათ წყალბადის დამატება, რაც იძლევა შესაბამის ნორმალურ ალკანებს.
დამატება ხდება ნიკელის კატალიზატორის თანდასწრებით გაცხელებისას:

3. ისევ, მხოლოდ მცირე ციკლები შედის წყალბადის ჰალოგენებთან დამატების რეაქციაში. ციკლოპროპანის ჰომოლოგების დამატება ხდება მარკოვნიკოვის წესის მიხედვით:

4. ჩანაცვლების რეაქციები. ჩვეულებრივი ციკლები (C 6 და უფრო მაღალი) სტაბილურია და განიცდის მხოლოდ რადიკალურ ჩანაცვლების რეაქციებს, როგორიცაა ალკანები: t ° C 6 H 12 + Br 2 → C 6 H 11 Br + HBr.

5. ციკლოჰექსანის დეჰიდროგენაცია ნიკელის კატალიზატორის თანდასწრებით იწვევს ბენზოლის წარმოქმნას: t ° Ni
C 6 H 12 → C 6 H 6 + 3H 2 .6. როდესაც ძლიერი ჟანგვის აგენტები (მაგალითად, 50% აზოტის მჟავა) მოქმედებენ ციკლოჰექსანზე კატალიზატორის თანდასწრებით, წარმოიქმნება ადიპიური (ჰექსანდიოური) მჟავა:

ციკლოალკანების სტრუქტურული მახასიათებლებიდა მათი ქიმიური ქცევა. ციკლოპროპანს აქვს ბრტყელი სტრუქტურა, ამიტომ მეზობელი ნახშირბადის ატომების წყალბადის ატომები განლაგებულია ციკლის სიბრტყის ზემოთ და ქვემოთ ენერგიულად არახელსაყრელ („დაფარულ“) მდგომარეობაში. ეს არის ციკლის „დაძაბულობის“ და მისი არასტაბილურობის ერთ-ერთი მიზეზი.

ექვსწევრიანი რგოლის კონფორმაციები: a - სკამი: 6 - აბანო ციკლოჰექსანისთვის ატომების სხვა შესაძლო განლაგება შეესაბამება აბანოს კონფორმაციას, თუმცა ის ნაკლებად სტაბილურია, ვიდრე სავარძლის კონფორმაცია. უნდა აღინიშნოს, რომ როგორც სავარძლის, ასევე აბაზანის კონფორმაციებში, ბმები თითოეული ნახშირბადის ატომის გარშემო არის ტეტრაედრული განლაგებით. აქედან გამომდინარეობს ჩვეულებრივი ციკლების შეუდარებლად დიდი სტაბილურობა მცირე ციკლებთან შედარებით, შესაბამისად მათი უნარი შევიდნენ ჩანაცვლების რეაქციებში, მაგრამ არა დამატებაში.ციკლოალკანები გაჯერებული ციკლური ნახშირწყალბადებია. ამ სერიის უმარტივესი წარმომადგენლები: ციკლოპროპანი ციკლობუტანი. ზოგადი ფორმულა CnH2n. სტრუქტურა. იზომერიზმი და ნომენკლატურა.ციკლოალკანები გაჯერებული ციკლური ნახშირწყალბადებია. ამ სერიის უმარტივესი წარმომადგენლები:

ალკენები. ნომენკლატურა. იზომერიზმი. მოპოვების მეთოდები. ელექტროფილური დამატების რეაქციები, მექანიზმი. ჰალოგენების დამატება, ჰიდროჰალოგენაცია, ჰიდრატაცია და მჟავა კატალიზის როლი. მარკოვნიკოვის წესი. რადიკალური დამატების რეაქციების კონცეფცია. ალკენების დაჟანგვა (ოზონაცია, ეპოქსიდაცია).

ალკენები -ეს არ არის ციკლური ნახშირწყალბადები, რომელთა მოლეკულებში ნახშირბადის 2 ატომი sp 2 ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობაშია და ერთმანეთთან დაკავშირებულია ორმაგი ბმით.

ალკენების ჰომოლოგიური სერიის პირველი წარმომადგენელია ეთენი (ეთილენი) - C 2 H 4. . ალკენების ჰომოლოგიურ სერიას აქვს ზოგადი ფორმულა C n H 2n. ალკენების სტრუქტურის დამახასიათებელი თვისებაა მოლეკულაში ორმაგი ბმის არსებობა >C=C.<. Двойная связь образуется при помощи двух пар обобщенных электронов. Углеродные атомы, связанные двойной связью, находятся в состоянии sp²-гибридизации, каждый из них образует три σ-связи, лежащие в одной плоскости под углом 120º.

ალკენებს ახასიათებს სტრუქტურული იზომერიზმი: განსხვავებები ჯაჭვის განშტოებასა და ორმაგი ბმის პოზიციაში, აგრეთვე სივრცითი იზომერიზმი (ცის და ტრანს იზომერები).საერთაშორისო ნომენკლატურის მიხედვით ალკენებს ასახელებენ ყველაზე გრძელი ჯაჭვის ნუმერაციის მიხედვით დაწყებული ბოლოდან დაწყებული. რომელიც ორმაგი ბმა არის ყველაზე ახლოს. რაციონალური ნომენკლატურის მიხედვით, ისინი განიხილება ეთილენის წარმოებულებად, სადაც წყალბადის ერთი ან მეტი ატომს ცვლის ნახშირწყალბადის რადიკალები. მაგალითად, დავასახელოთ ნივთიერება საერთაშორისო (IUPAC) ნომენკლატურის მიხედვით: CH 3 – C(CH 3) = CH 2 იზობუტილენი, უსიმეტრიული დიმეთილენი, 2-მეთილპროპენი.