ผลกระทบทางอิเล็กทรอนิกส์ในโมเลกุลของสารประกอบอินทรีย์ สื่อการศึกษาและระเบียบวิธีทางเคมี (เกรด 10) ในหัวข้อ

ส่งผลงานดีๆ ของคุณในฐานความรู้ได้ง่ายๆ ใช้แบบฟอร์มด้านล่าง

นักศึกษา นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา นักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์ ที่ใช้ฐานความรู้ในการศึกษาและการทำงาน จะรู้สึกขอบคุณเป็นอย่างยิ่ง

โพสต์เมื่อ http://www.allbest.ru/

อิทธิพลร่วมกันของอะตอมในโมเลกุลและวิธีการส่งผ่าน

อะตอมที่ประกอบเป็นโมเลกุลมีอิทธิพลซึ่งกันและกัน อิทธิพลนี้จะถูกส่งไปตามสายโซ่ของอะตอมที่มีพันธะโควาเลนต์และนำไปสู่การกระจายความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในโมเลกุล ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า อิเล็กทรอนิกส์ ผล รอง

ผลอุปนัย

โพลาไรเซชันของพันธบัตร:

อุปนัย ผล (ฉัน-ผล) รอง เรียกว่า ออกอากาศ เอเลถึงบัลลังก์ อิทธิพล รอง โดย ห่วงโซ่ ย-การเชื่อมต่อ

ผลอุปนัยจะหายไปอย่างรวดเร็ว (หลังจากการเชื่อมต่อ 2-3 ครั้ง)

ผลกระทบ H ที่ยอมรับ = 0

ตัวรับอิเล็กตรอน (- ฉัน-ผล):

ฮัล, โอไฮโอ, NH 2, ไม่ใช่ 2, COOH, CN

ตัวรับที่แข็งแกร่ง - ไพเพอร์: NH 3 + เป็นต้น

ผู้บริจาคอิเล็กตรอน (+ ฉัน-ผล):

หมู่อัลคิลถัดจากคาร์บอน sp 2:

แอนไอออน: --O -

โลหะของกลุ่มที่ 1 และ 2:

เอฟเฟกต์เมโซเมอร์

บทบาทหลักในการกระจายความหนาแน่นของอิเล็กตรอนของโมเลกุลนั้นเล่นโดย p- และ p-อิเล็กตรอนแบบแยกส่วน

มีโซเมอริก ผล หรือ ผล การจับคู่ (ม-ผล) - นี้ เลนจการกระจาย อิเล็กตรอน โดย ผัน ระบบ.

เอฟเฟกต์เมโซเมอริกเกิดขึ้นโดยองค์ประกอบแทนที่ซึ่งมีอะตอมที่มี p-orbital ที่ไม่ถูกไฮบริด และสามารถมีส่วนร่วมในการผันกับส่วนที่เหลือของโมเลกุลได้ ในทิศทางของเอฟเฟกต์ mesomeric สารทดแทนสามารถทำหน้าที่เป็นตัวรับอิเล็กตรอนได้:

และผู้บริจาคอิเล็กตรอน:

องค์ประกอบทดแทนจำนวนมากมีผลทั้งแบบอุปนัยและแบบมีโซเมอร์ (ดูตาราง) สำหรับองค์ประกอบทดแทนทั้งหมด ยกเว้นฮาโลเจน ผลกระทบของ mesomeric ในค่าสัมบูรณ์จะมากกว่าผลเชิงเหนี่ยวนำอย่างมีนัยสำคัญ

หากโมเลกุลมีส่วนประกอบย่อยหลายตัว ผลกระทบทางอิเล็กทรอนิกส์ของพวกมันอาจประสานกันหรือไม่สอดคล้องกัน

หากองค์ประกอบทดแทนทั้งหมดเพิ่ม (หรือลดลง) ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในตำแหน่งเดียวกัน เอฟเฟกต์ทางอิเล็กทรอนิกส์ของพวกมันจะเรียกว่าการประสานงาน มิฉะนั้นเอฟเฟกต์อิเล็กทรอนิกส์จะถือว่าไม่สอดคล้องกัน

ผลกระทบเชิงพื้นที่

อิทธิพลขององค์ประกอบทดแทน โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีประจุไฟฟ้าสามารถส่งผ่านได้ไม่เฉพาะผ่านพันธะเคมีเท่านั้น แต่ยังผ่านอวกาศด้วย ในกรณีนี้ตำแหน่งเชิงพื้นที่ขององค์ประกอบทดแทนมีความสำคัญอย่างยิ่ง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า เชิงพื้นที่ ผล รองจสเตเทลา

ตัวอย่างเช่น:

สารทดแทนสามารถป้องกันไม่ให้อนุภาคออกฤทธิ์เข้าใกล้ศูนย์กลางปฏิกิริยา และด้วยเหตุนี้จึงลดอัตราการเกิดปฏิกิริยา:

รองอะตอมโมเลกุลอิเล็กตรอน

ปฏิสัมพันธ์ สารยากับตัวรับยังต้องมีการติดต่อทางเรขาคณิตบางอย่างกับรูปทรงของโมเลกุลและการเปลี่ยนแปลงการกำหนดค่าทางเรขาคณิตของโมเลกุลส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อกิจกรรมทางชีวภาพ

วรรณกรรม

1. เบโลโบโรโดฟ วี.แอล., ซูราเบียน เอส.อี., ลูซิน เอ.พี., ตูคาฟคิน่า เอ็น.เอ. เคมีอินทรีย์(อาหารจานหลัก) อีแร้ง ม. 2546 หน้า 67 - 72.

2. เอ็น.เอ. Tyukavkina, Yu.I. เบาคอฟ. เคมีชีวภาพ. DROFA, M. , 2007, p. 36-45.

โพสต์บน Allbest.ru

เอกสารที่คล้ายกัน

การพิจารณา ยาที่มีส่วนผสมของไอบูโพรเฟน ข้อดีและข้อเสียของไอบูโพรเฟน ควอนตัมพื้นฐาน คุณสมบัติทางเคมีโมเลกุลไอบูโพรเฟน การกระจายความหนาแน่นของอิเล็กตรอนของเวเลนซ์อิเล็กตรอนชั้นนอกในโมเลกุลไอบูโพรเฟน

การนำเสนอเพิ่มเมื่อ 18/03/2018


การหาชนิดของพันธะเคมีในสารประกอบ คุณสมบัติของการเปลี่ยนแปลงอิเลคโตรเนกาติวีตี้ การเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของอิเล็กตรอนของพันธะเคมี แนวคิดเรื่องเอฟเฟกต์ความทรงจำ ความเสถียรของระบบคู่แบบต่างๆ การเกิดขึ้นของสารประกอบไซคลิก

การนำเสนอเพิ่มเมื่อ 02/10/2014


องค์ประกอบทางเคมีคือกลุ่มของอะตอมประเภทเดียวกัน กำลังเปิด องค์ประกอบทางเคมี. ขนาดของอะตอมและโมเลกุล รูปแบบการดำรงอยู่ขององค์ประกอบทางเคมี ข้อมูลบางอย่างเกี่ยวกับโครงสร้างโมเลกุลและไม่ใช่โมเลกุลของสาร วิทยาศาสตร์อะตอม-โมเลกุล

การนำเสนอเพิ่มเมื่อ 15/04/2555


โครงสร้างทางเคมี- ลำดับการเชื่อมต่อของอะตอมในโมเลกุลลำดับของการเชื่อมต่อระหว่างกันและอิทธิพลซึ่งกันและกัน การเชื่อมต่อของอะตอมที่ประกอบเป็นสารประกอบอินทรีย์ การพึ่งพาคุณสมบัติของสารกับชนิดของอะตอมปริมาณและลำดับของการสลับกัน

การนำเสนอเพิ่มเมื่อ 12/12/2010


การเปรียบเทียบโมเลกุลกับกลุ่มสมมาตร การสร้างความสมมาตรที่สมบูรณ์ของโมเลกุลและการจำแนกประเภทของอะตอมให้เท่ากัน ผลคูณเมทริกซ์ของการนำเสนอดั้งเดิม สอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงสมมาตรของเมทริกซ์บางตัว ตัวอย่างเซตของเมทริกซ์

บทคัดย่อเพิ่มเมื่อ 13/07/2552


อิทธิพลร่วมกันของอะตอมและวิธีการถ่ายทอดในโมเลกุลอินทรีย์ บทบาทของไอออไนซ์ในการสำแดงกิจกรรมทางชีวภาพ ฟอสโฟไลปิด เช่น ส่วนประกอบโครงสร้างเยื่อหุ้มเซลล์ สเตอริโอเคมีของสารประกอบอินทรีย์ ปฏิกิริยาของกรดอะมิโนโปรตีน

หลักสูตรการบรรยาย เพิ่มเมื่อ 03/05/2013


คาร์โบไฮเดรตเป็นสารอินทรีย์ที่มีโมเลกุลประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน ทำความคุ้นเคยกับการจำแนกประเภท: โอลิโกแซ็กคาไรด์ โพลีแซ็กคาไรด์ ลักษณะของตัวแทนของโมโนแซ็กคาไรด์: กลูโคส, น้ำตาลผลไม้, ดีออกซีไรโบส

การนำเสนอเพิ่มเมื่อ 18/03/2013


การคำนวณพารามิเตอร์ของโมเลกุลที่ประกอบด้วยไอออนอิมิดาโซเลียมและไอออนเตตราฟลูออโรบอเรตโดยใช้ซอฟต์แวร์ การได้รับโครงสร้างของโมเลกุลการกระจายความหนาแน่นของอิเล็กตรอนบนพื้นผิว ที่ตั้ง จุดวิกฤติการเชื่อมต่อ

ทดสอบเพิ่มเมื่อ 24/11/2556


โครงสร้างโมเลกุล พันธะอะตอม และคุณสมบัติของอะเซทิลีนในฐานะสารเคมี คุณลักษณะของการผลิตอัลไคน์โดยเทอร์โมไลซิสของมีเทนและไฮโดรจิเนชันของคาร์บอนในอุตสาหกรรม และปฏิกิริยาการกำจัดในห้องปฏิบัติการ ปฏิกิริยาของอัลคีนที่เกี่ยวข้องกับพันธะสาม

ทดสอบเพิ่มเมื่อ 08/05/2013


ประเภทของพันธะเคมี: โควาเลนต์ ไอออนิก และโลหะ กลไกการก่อตัวและลักษณะของพันธะโควาเลนต์ระหว่างผู้บริจาคและผู้รับ วาเลนซีและสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบ โมเลกุลของสารประกอบเคมี ขนาดและมวลของอะตอมและโมเลกุล

คุณสมบัติทางเคมีของสารประกอบอินทรีย์ถูกกำหนดโดยประเภทของพันธะเคมี ลักษณะของอะตอมที่ถูกพันธะ และอิทธิพลร่วมกันในโมเลกุล ปัจจัยเหล่านี้จะถูกกำหนดโดยโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมและปฏิสัมพันธ์ของออร์บิทัลของอะตอม

1. โครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมคาร์บอน

ส่วนของปริภูมิอะตอมซึ่งความน่าจะเป็นในการค้นหาอิเล็กตรอนมีค่าสูงสุดเรียกว่าอะตอมออร์บิทัล (AO)

ในวิชาเคมี มีการใช้แนวคิดเรื่องวงโคจรลูกผสมของอะตอมคาร์บอนและองค์ประกอบอื่นๆ อย่างกว้างขวาง แนวคิดของการผสมข้ามพันธุ์เป็นวิธีหนึ่งในการอธิบายการจัดเรียงออร์บิทัลใหม่นั้นมีความจำเป็นเมื่อจำนวนอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่ในสถานะพื้นของอะตอมน้อยกว่าจำนวนพันธะที่เกิดขึ้น ตัวอย่างคืออะตอมของคาร์บอนซึ่งในสารประกอบทั้งหมดปรากฏเป็นองค์ประกอบเตตระวาเลนต์ แต่ตามกฎสำหรับการเติมออร์บิทัลที่ระดับอิเล็กทรอนิกส์ภายนอกในสถานะพื้น 1s22s22p2 มีอิเล็กตรอนเพียงสองตัวที่ไม่มีการจับคู่ (รูปที่ 2.1, a และภาคผนวก 2-1) ในกรณีเหล่านี้ มีการตั้งสมมติฐานว่าออร์บิทัลของอะตอมที่แตกต่างกันซึ่งมีพลังงานใกล้เคียงกัน สามารถผสมกันจนเกิดเป็นออร์บิทัลลูกผสมที่มีรูปร่างและพลังงานเดียวกันได้

ออร์บิทัลแบบไฮบริดเนื่องจากการทับซ้อนที่มากขึ้นทำให้เกิดพันธะที่แข็งแกร่งกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับออร์บิทัลที่ไม่ไฮบริด

ขึ้นอยู่กับจำนวนของออร์บิทัลที่เข้าสู่การผสมพันธุ์ อะตอมของคาร์บอนอาจอยู่ในสถานะใดสถานะหนึ่งจากสามสถานะ

ประเภทของการผสมพันธุ์จะกำหนดการวางแนวของ AO แบบไฮบริดในอวกาศ และด้วยเหตุนี้ เรขาคณิตของโมเลกุล กล่าวคือ โครงสร้างเชิงพื้นที่ของพวกมัน

โครงสร้างเชิงพื้นที่ของโมเลกุลเป็นการจัดเรียงสัมพัทธ์ของอะตอมและกลุ่มอะตอมในอวกาศ

sp3-ไฮบริด เมื่อ AO ภายนอกสี่อะตอมของอะตอมคาร์บอนตื่นเต้น (ดูรูปที่ 2.1, b) - หนึ่ง 2s และ 2p ออร์บิทัลสามอัน - ถูกผสมกัน ออร์บิทัลลูกผสม sp3 ที่เทียบเท่ากันสี่อันจะเกิดขึ้น พวกมันมีรูปร่างสามมิติ "แปด" ซึ่งหนึ่งในใบมีดนั้นใหญ่กว่าอีกอันมาก

แต่ละวงโคจรลูกผสมจะเต็มไปด้วยอิเล็กตรอนหนึ่งตัว อะตอมของคาร์บอนในสถานะการผสมพันธุ์ sp3 มีโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ 1s22(sp3)4 (ดูรูปที่ 2.1, c) สถานะของการผสมพันธุ์นี้เป็นลักษณะของอะตอมคาร์บอนในไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว (อัลเคน) และในอนุมูลอัลคิล

เนื่องจากการผลักกันซึ่งกันและกัน SP3-hybrid AO จึงถูกพุ่งไปในอวกาศไปยังจุดยอดของจัตุรมุขและมุมระหว่างพวกมันเท่ากับ 109.5? (ตำแหน่งที่ได้เปรียบที่สุด รูปที่ 2.2, ก)

โครงสร้างเชิงพื้นที่แสดงโดยใช้สูตรสเตอริโอเคมี ในสูตรเหล่านี้ อะตอมของคาร์บอนผสม sp3 และพันธะทั้งสองของมันจะถูกวางไว้ในระนาบของภาพวาดและแสดงเป็นกราฟิกด้วยเส้นปกติ เส้นหนาหรือลิ่มหนาบ่งบอกถึงการเชื่อมต่อที่ยื่นไปข้างหน้าจากระนาบของการวาดและมุ่งตรงไปยังผู้สังเกต เส้นประหรือลิ่มสีเทา (..........) - การเชื่อมต่อที่ขยายจากผู้สังเกตเกินระนาบของการวาดภาพ -

ข้าว. 2.2. ประเภทของการผสมพันธุ์อะตอมคาร์บอน จุดตรงกลางคือนิวเคลียสของอะตอม (เศษส่วนเล็กๆ ของออร์บิทัลลูกผสมจะถูกละไว้เพื่อทำให้รูปง่ายขึ้น; p-AO ที่ไม่ใช่ลูกผสมจะแสดงเป็นสี)

sp2-ไฮบริด เมื่อ 2s- และ 2p-AO ของอะตอมคาร์บอนที่ถูกตื่นเต้นผสมกัน จะเกิดวงโคจร sp2-hybrid ที่เทียบเท่ากัน 3 วง และ 2p-AO ที่ไม่ถูกไฮบริดจะยังคงอยู่ อะตอมของคาร์บอนในสถานะการผสมพันธุ์ sp2 มีโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ 1s22(sp2)32p1 (ดูรูปที่ 2.1, d) สถานะของการผสมพันธุ์ของอะตอมคาร์บอนนี้เป็นเรื่องปกติสำหรับไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัว (แอลคีน) เช่นเดียวกับหมู่ฟังก์ชันบางกลุ่ม เช่น คาร์บอนิลและคาร์บอกซิล

วงโคจรไฮบริด sp2 อยู่ในระนาบเดียวกันที่มุม 120° และ AO ที่ไม่ไฮบริดจะอยู่ในระนาบตั้งฉาก (ดูรูปที่ 2.2, b) อะตอมของคาร์บอนในสถานะการผสมพันธุ์ sp2 มีโครงร่างแบบสามเหลี่ยม อะตอมของคาร์บอนที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะคู่จะอยู่ในระนาบของภาพวาด และพันธะเดี่ยวของพวกมันที่พุ่งเข้าหาและออกจากผู้สังเกตถูกกำหนดตามที่อธิบายไว้ข้างต้น (ดูรูปที่ 2.3, b)

sp-ไฮบริด เมื่อหนึ่ง 2s และหนึ่งวงโคจร 2p ของอะตอมคาร์บอนที่ถูกตื่นเต้นผสมกัน จะเกิด AO sp-hybrid ที่เทียบเท่ากันสองตัวเกิดขึ้น และ p-AO สองตัวยังคงไม่ถูกผสมพันธุ์ อะตอมของคาร์บอนในสถานะ sp-hybridized มีการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์

ข้าว. 2.3. สูตรสเตอริโอเคมีของมีเทน (a) อีเทน (b) และอะเซทิลีน (c)

1s22(sp2)22p2 (ดูรูปที่ 2.1, e) สถานะการผสมพันธุ์ของอะตอมคาร์บอนนี้เกิดขึ้นในสารประกอบที่มีพันธะสามตัว เช่น ในอัลคีนและไนไตรล์

sp-Hybridized orbitals อยู่ที่มุม 180° และ AO ที่ไม่ไฮบริดสองตัวอยู่ในระนาบตั้งฉากซึ่งกันและกัน (ดูรูปที่ 2.2, c) อะตอมของคาร์บอนในสถานะ sp-hybridization มีโครงแบบเชิงเส้น ตัวอย่างเช่น ในโมเลกุลอะเซทิลีนทั้งสี่อะตอมอยู่บนเส้นตรงเดียวกัน (ดูรูปที่ 2.3, c)

อะตอมขององค์ประกอบออร์แกนิกอื่นๆ อาจอยู่ในสถานะไฮบริดไดซ์ด้วย

2.2. พันธะเคมีของอะตอมคาร์บอน

พันธะเคมีในสารประกอบอินทรีย์จะแสดงด้วยพันธะโควาเลนต์เป็นหลัก

พันธะโควาเลนต์คือพันธะเคมีที่เกิดขึ้นจากการแบ่งปันอิเล็กตรอนระหว่างอะตอมที่ถูกพันธะ

อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันเหล่านี้ครอบครองโมเลกุลออร์บิทัล (MO) ตามกฎแล้ว MO คือวงโคจรแบบหลายศูนย์กลางและอิเล็กตรอนที่เติมเข้าไปจะถูกแยกส่วน (กระจายตัว) ดังนั้น MO เช่น AO สามารถว่างได้ โดยเต็มไปด้วยอิเล็กตรอนหนึ่งตัวหรืออิเล็กตรอนสองตัวที่มีการหมุนตรงกันข้าม*

2.2.1. y- และ p-พันธบัตร

พันธะโควาเลนต์มีสองประเภท: พันธะ y (ซิกมา) และ p (pi)

พันธะ y คือพันธะโควาเลนต์ที่เกิดขึ้นเมื่อ AO ทับซ้อนกันบนเส้นตรง (แกน) ที่เชื่อมต่อนิวเคลียสของอะตอมสองพันธะที่มีการทับซ้อนกันสูงสุดบนเส้นตรงนี้

พันธะ y เกิดขึ้นเมื่อ AO ใดๆ รวมถึงพันธะไฮบริดทับซ้อนกัน รูปที่ 2.4 แสดงการก่อตัวของพันธะ y ระหว่างอะตอมของคาร์บอนอันเป็นผลมาจากการทับซ้อนกันในแนวแกนของพันธะ sp3-AO และพันธะ y แบบลูกผสม ทางซี-เอชการทับซ้อนกันของลูกผสม sp3-AO ของคาร์บอนและ s-AO ของไฮโดรเจน

* สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม ดูที่: เคมีของ Puzakov - อ.: GEOTAR-Media, 2550. - บทที่ 1.

ข้าว. 2.4. การก่อตัวของพันธะ y ในอีเทนโดยการทับซ้อนกันตามแนวแกนของ AO (เศษส่วนเล็กๆ ของออร์บิทัลลูกผสมถูกละไว้, sp3-AO ของคาร์บอนจะแสดงเป็นสี, s-AO ของไฮโดรเจนจะแสดงเป็นสีดำ)

นอกเหนือจากการทับซ้อนกันในแนวแกนแล้ว การทับซ้อนกันอีกประเภทหนึ่งยังเกิดขึ้นได้ - การทับซ้อนกันด้านข้างของ p-AO ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของพันธะ p (รูปที่ 2.5)

ออร์บิทัล p-อะตอม

ข้าว. 2.5. การก่อตัวของพันธะ p ในเอทิลีนโดยการทับซ้อนกันด้านข้างของ p-AO

พันธะ p คือพันธะที่เกิดจากการทับซ้อนกันด้านข้างของ p-AO ที่ไม่ใช่แบบไฮบริด โดยมีการเหลื่อมกันสูงสุดทั้งสองด้านของเส้นตรงที่เชื่อมนิวเคลียสของอะตอม

พันธะหลายพันธะที่พบในสารประกอบอินทรีย์คือการรวมกันของพันธะ y และ p: สองเท่า - หนึ่ง y- และหนึ่ง p-, สาม - หนึ่ง - y- และพันธะ p สองอัน

คุณสมบัติของพันธะโควาเลนต์แสดงออกมาผ่านคุณลักษณะต่างๆ เช่น พลังงาน ความยาว ความเป็นขั้ว และความสามารถเชิงขั้ว

พลังงานพันธะคือพลังงานที่ปล่อยออกมาเมื่อมีการสร้างพันธะหรือจำเป็นต้องแยกอะตอมที่ถูกพันธะสองอะตอมออกจากกัน มันทำหน้าที่เป็นตัววัดความแข็งแกร่งของพันธะ: ยิ่งพลังงานสูง พันธะก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้น (ตารางที่ 2.1)

ความยาวพันธะคือระยะห่างระหว่างศูนย์กลางของอะตอมที่ถูกพันธะ พันธะคู่จะสั้นกว่าพันธะเดี่ยว และพันธะสามจะสั้นกว่าพันธะคู่ (ดูตารางที่ 2.1) พันธะระหว่างอะตอมของคาร์บอนที่อยู่ใน สภาพที่แตกต่างกันการผสมพันธุ์มีรูปแบบทั่วไป -

ตารางที่ 2.1. ลักษณะพื้นฐานของพันธะโควาเลนต์

เมื่อเศษส่วนของวงโคจร s ในวงโคจรลูกผสมเพิ่มขึ้น ความยาวพันธะจะลดลง ตัวอย่างเช่น ในชุดของสารประกอบโพรเพน CH3CH2CH3, โพรพีน CH3CH=CH2, โพรพีน CH3C=CH ความยาวพันธะ CH3-C คือ 0.154 ตามลำดับ; 0.150 และ 0.146 นาโนเมตร

ขั้วของพันธะเกิดจากการแจกแจงที่ไม่สม่ำเสมอ (โพลาไรเซชัน) ของความหนาแน่นของอิเล็กตรอน ขั้วของโมเลกุลจะถูกวัดปริมาณด้วยค่าของโมเมนต์ไดโพล จากโมเมนต์ไดโพลของโมเลกุล สามารถคำนวณโมเมนต์ไดโพลของพันธะแต่ละตัวได้ (ดูตารางที่ 2.1) ยิ่งโมเมนต์ไดโพลมีขนาดใหญ่ พันธะที่มีขั้วก็จะยิ่งมากขึ้น สาเหตุของการเกิดขั้วของพันธะคือความแตกต่างของอิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมที่ถูกพันธะ

อิเลคโตรเนกาติวีตี้แสดงลักษณะของอะตอมในโมเลกุลในการเก็บเวเลนซ์อิเล็กตรอน เมื่ออิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมเพิ่มขึ้น ระดับการกระจัดของพันธะอิเล็กตรอนในทิศทางจะเพิ่มขึ้น

จากค่าของพลังงานพันธะนักเคมีชาวอเมริกัน L. Pauling (1901-1994) เสนอลักษณะเชิงปริมาณของอิเลคโตรเนกาติวีตี้สัมพัทธ์ของอะตอม (Pauling scale) ในระดับนี้ (อนุกรม) องค์ประกอบออร์กาโนเจนทั่วไปจะถูกจัดเรียงตามอิเล็กโทรเนกาติวีตี้สัมพัทธ์ (ให้โลหะสองชนิดเพื่อการเปรียบเทียบ) ดังนี้:

อิเลคโตรเนกาติวีตี้ไม่ใช่ค่าคงที่สัมบูรณ์ขององค์ประกอบ ขึ้นอยู่กับประจุที่มีประสิทธิผลของนิวเคลียส ประเภทของการผสมข้ามพันธุ์ของ AO และอิทธิพลขององค์ประกอบทดแทน ตัวอย่างเช่น อิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมคาร์บอนในสถานะไฮบริดไดเซชัน sp2 หรือ sp จะสูงกว่าในสถานะไฮบริไดเซชัน sp3 ซึ่งสัมพันธ์กับการเพิ่มขึ้นของเศษส่วนของวงโคจร s ในวงโคจรลูกผสม เมื่ออะตอมเปลี่ยนจาก sp3- เป็น sp2- และต่อไปเป็นสถานะ sp-hybridized ขอบเขตของวงโคจรลูกผสมจะค่อยๆ ลดลง (โดยเฉพาะในทิศทางที่มีการทับซ้อนกันมากที่สุดระหว่างการก่อตัวของพันธะ y) ซึ่งหมายความว่า ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูงสุดจะอยู่ในลำดับเดียวกันโดยตลอดใกล้กับนิวเคลียสของอะตอมที่เกี่ยวข้อง

ในกรณีของพันธะโควาเลนต์ที่ไม่มีขั้วหรือในทางปฏิบัติไม่มีขั้ว ความแตกต่างในอิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมที่ถูกพันธะจะเป็นศูนย์หรือใกล้เคียงกับศูนย์ เมื่อความต่างของอิเล็กโตรเนกาติวีตี้เพิ่มขึ้น ขั้วของพันธะก็จะเพิ่มขึ้น ผลต่างไม่เกิน 0.4 เรียกว่ามีขั้วอ่อน มากกว่า 0.5 เป็นพันธะโควาเลนต์มีขั้วรุนแรง และมากกว่า 2.0 เป็นพันธะไอออนิก พันธะโควาเลนต์มีขั้วมีแนวโน้มที่จะแตกแยกแบบเฮเทอโรไลติก

ความสามารถในการโพลาไรซ์ของพันธะจะแสดงออกในการแทนที่ของพันธะอิเล็กตรอนภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าภายนอก รวมถึงสนามไฟฟ้าของอนุภาคอื่นที่ทำปฏิกิริยาด้วย ความสามารถในการโพลาไรซ์ถูกกำหนดโดยการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ได้มากขึ้นเมื่ออยู่ห่างจากนิวเคลียสของอะตอม ในแง่ของความสามารถในการโพลาไรซ์ พันธะ p นั้นเหนือกว่าพันธะ y อย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูงสุดของพันธะ p นั้นอยู่ห่างจากนิวเคลียสที่ถูกพันธะมากกว่า ความสามารถในการโพลาไรซ์ส่วนใหญ่จะกำหนดปฏิกิริยาของโมเลกุลที่มีต่อสารรีเอเจนต์ที่มีขั้ว

2.2.2. พันธบัตรผู้บริจาค-ผู้รับ

การทับซ้อนกันของ AO หนึ่งอิเล็กตรอนสองตัวไม่ใช่วิธีเดียวที่จะสร้างพันธะโควาเลนต์ พันธะโควาเลนต์สามารถเกิดขึ้นได้จากการทำงานร่วมกันของวงโคจรสองอิเล็กตรอนของอะตอมหนึ่ง (ผู้ให้) กับวงโคจรที่ว่างของอะตอมอื่น (ตัวรับ) ผู้บริจาคคือสารประกอบที่มีออร์บิทัลซึ่งมีอิเล็กตรอนคู่เดียวหรือ p-MO พาหะของอิเล็กตรอนคู่เดียว (n-อิเล็กตรอนจากภาษาอังกฤษไม่มีพันธะ) คืออะตอมของไนโตรเจน ออกซิเจน และฮาโลเจน

อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวมีบทบาทสำคัญในการแสดงคุณสมบัติทางเคมีของสารประกอบ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พวกมันมีหน้าที่รับผิดชอบต่อความสามารถของสารประกอบในการเข้าสู่ปฏิกิริยาระหว่างผู้บริจาคและผู้รับ

พันธะโควาเลนต์ที่เกิดจากอิเล็กตรอนคู่หนึ่งจากคู่พันธะตัวใดตัวหนึ่งเรียกว่าผู้บริจาค-ผู้รับ

พันธบัตรระหว่างผู้บริจาคและผู้รับจะมีความแตกต่างกันเฉพาะในวิธีการก่อตัวเท่านั้น คุณสมบัติของมันเหมือนกับพันธะโควาเลนต์อื่น ๆ อะตอมของผู้บริจาคจึงได้รับประจุบวก

พันธบัตรผู้บริจาค-ผู้รับเป็นลักษณะของสารประกอบเชิงซ้อน

2.2.3. พันธะไฮโดรเจน

อะตอมไฮโดรเจนที่ถูกพันธะกับองค์ประกอบที่มีอิเล็กโตรเนกาติวิตีสูง (ไนโตรเจน, ออกซิเจน, ฟลูออรีน ฯลฯ) มีความสามารถในการทำปฏิกิริยากับอิเล็กตรอนคู่เดียวของอะตอมอื่นที่มีอิเล็กโตรเนกาติตีเพียงพอของโมเลกุลเดียวกันหรือโมเลกุลอื่น เป็นผลให้เกิดพันธะไฮโดรเจนซึ่งเป็นพันธะผู้บริจาคประเภทหนึ่ง

พันธบัตรผู้รับ โดยทั่วไปแล้ว พันธะไฮโดรเจนจะแสดงด้วยจุดสามจุด

พลังงานพันธะไฮโดรเจนต่ำ (10-40 กิโลจูล/โมล) และถูกกำหนดโดยปฏิกิริยาระหว่างไฟฟ้าสถิตเป็นหลัก

พันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลเป็นตัวกำหนดความสัมพันธ์ของสารประกอบอินทรีย์ เช่น แอลกอฮอล์

พันธะไฮโดรเจนส่งผลต่อคุณสมบัติทางกายภาพ (จุดเดือดและจุดหลอมเหลว ความหนืด ลักษณะสเปกตรัม) และคุณสมบัติทางเคมี (กรด-เบส) ของสารประกอบ ดังนั้นจุดเดือดของเอทานอล C2H5OH (78.3 °C) จึงสูงกว่าจุดเดือดของไดเมทิลอีเทอร์ CH3OCH3 (-24 °C) อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งมีน้ำหนักโมเลกุลเท่ากันและไม่เกี่ยวข้องกันผ่านพันธะไฮโดรเจน

พันธะไฮโดรเจนสามารถอยู่ในโมเลกุลได้เช่นกัน พันธะดังกล่าวในประจุลบ กรดซาลิไซลิกส่งผลให้ความเป็นกรดเพิ่มขึ้น

พันธะไฮโดรเจนมีบทบาทสำคัญในการก่อตัวของโครงสร้างเชิงพื้นที่ของสารประกอบโมเลกุลสูง - โปรตีน, โพลีแซ็กคาไรด์, กรดนิวคลีอิก

2.3. ระบบคอนจูเกต

พันธะโควาเลนต์สามารถแปลเป็นภาษาท้องถิ่นหรือแยกส่วนได้ พันธะเฉพาะที่คือพันธะที่มีการใช้อิเล็กตรอนร่วมกันระหว่างนิวเคลียสทั้งสองของอะตอมที่ถูกพันธะ หากอิเล็กตรอนที่ใช้พันธะถูกใช้ร่วมกันระหว่างนิวเคลียสมากกว่า 2 นิวเคลียส พวกมันจะพูดถึงพันธะแบบแยกส่วน

พันธะแบบแยกส่วนคือพันธะโควาเลนต์ซึ่งมีวงโคจรของโมเลกุลครอบคลุมมากกว่าสองอะตอม

พันธบัตรที่แยกส่วนในกรณีส่วนใหญ่คือพันธบัตร p เป็นลักษณะของระบบคู่ ในระบบเหล่านี้มีอิทธิพลร่วมกันแบบพิเศษของอะตอมเกิดขึ้น - การผันคำกริยา

การผันคำกริยา (mesomerism จากภาษากรีก mesos - ตรงกลาง) คือการจัดตำแหน่งของพันธะและประจุในโมเลกุลจริง (อนุภาค) เมื่อเปรียบเทียบกับโครงสร้างในอุดมคติ แต่ไม่มีอยู่จริง

p-ออร์บิทัลที่ถูกแยกส่วนซึ่งเกี่ยวข้องกับการผันคำกริยาอาจเป็นของพันธะ p สองตัวขึ้นไป หรือพันธะ p และอะตอมหนึ่งอะตอมที่มี p-ออร์บิทัล ด้วยเหตุนี้ จึงได้มีการแยกความแตกต่างระหว่าง p, p-conjugation และ c, p-conjugation ระบบคอนจูเกตสามารถเปิดหรือปิดได้ และไม่เพียงแต่ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนเท่านั้น แต่ยังมีอะตอมเฮเทอโรอะตอมด้วย

2.3.1. ระบบวงจรเปิด

p, p-การผันคำกริยา ตัวแทนที่ง่ายที่สุดของระบบ p, p-conjugated ที่มีโซ่คาร์บอนคือบิวทาไดอีน-1,3 (รูปที่ 2.6, a) อะตอมของคาร์บอนและไฮโดรเจน และด้วยเหตุนี้ พันธะ y ทั้งหมดในโมเลกุลของมันจึงอยู่ในระนาบเดียวกัน ก่อตัวเป็นโครงกระดูก y แบน อะตอมของคาร์บอนอยู่ในสถานะการผสมพันธุ์ sp2 p-AO ที่ไม่ถูกไฮบริดของอะตอมคาร์บอนแต่ละตัวจะตั้งฉากกับระนาบโครงกระดูก y และขนานกัน ซึ่งเป็นเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการทับซ้อนกันของพวกมัน การทับซ้อนเกิดขึ้นไม่เพียงแต่ระหว่าง p-AO ของอะตอม C-1 และ C-2, C-3 และ C-4 เท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นระหว่าง p-AO ของอะตอม C-2 และ C-3 ด้วย ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของ p เดี่ยว -AO ครอบคลุมอะตอมของคาร์บอนสี่อะตอม -ระบบนั่นคือพันธะโควาเลนต์แบบแยกส่วนปรากฏขึ้น (ดูรูปที่ 2.6, b)

ข้าว. 2.6. แบบจำลองการโคจรของอะตอมของโมเลกุล 1,3 บิวทาไดอีน

สิ่งนี้สะท้อนให้เห็นในการเปลี่ยนแปลงความยาวพันธะในโมเลกุล ความยาวของพันธะ C-1-C-2 และ C-3-C-4 ใน 1,3-บิวทาไดอีนจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อย และระยะห่างระหว่าง C-2 และ C-3 ก็สั้นลงเมื่อเทียบกับ Double และ พันธบัตรเดี่ยว กล่าวอีกนัยหนึ่ง กระบวนการแยกส่วนอิเล็กตรอนจะนำไปสู่การปรับความยาวพันธะให้เท่ากัน

ไฮโดรคาร์บอนที่มีพันธะคู่คอนจูเกตจำนวนมากนั้นพบได้ทั่วไปในโลกของพืช ซึ่งรวมถึงแคโรทีนซึ่งเป็นตัวกำหนดสีของแครอท มะเขือเทศ เป็นต้น

ระบบคอนจูเกตแบบเปิดยังสามารถรวมถึงเฮเทอโรอะตอมด้วย ตัวอย่างของระบบ p, p-คอนจูเกตแบบเปิดที่มีเฮเทอโรอะตอมในสายโซ่คือสารประกอบคาร์บอนิลไม่อิ่มตัว b, c ตัวอย่างเช่น หมู่อัลดีไฮด์ในอะโครลีน CH2=CH-CH=O เป็นสมาชิกของสายโซ่การผันของอะตอมคาร์บอนไฮบริด sp2 สามอะตอมและอะตอมออกซิเจนหนึ่งอะตอม แต่ละอะตอมเหล่านี้มีส่วนช่วย ระบบ p แบบครบวงจรพีอิเล็กตรอนอย่างละหนึ่งตัว

pn-การจับคู่ การผันคำกริยาประเภทนี้มักเกิดขึ้นในสารประกอบที่มีชิ้นส่วนโครงสร้าง - CH=CH-X โดยที่ X คือเฮเทอโรอะตอมที่มีอิเล็กตรอนคู่เดียว (โดยหลักคือ O หรือ N) ซึ่งรวมถึงไวนิลอีเทอร์ในโมเลกุลที่พันธะคู่คอนจูเกตกับ p-orbital ของอะตอมออกซิเจน พันธะสามจุดศูนย์กลางแบบแยกส่วนถูกสร้างขึ้นโดยการซ้อนทับอะตอมคาร์บอนไฮบริด p-AO sp2 สองอะตอมและ p-AO หนึ่งอะตอมของเฮเทอโรอะตอมกับอิเล็กตรอนคู่หนึ่ง

การก่อตัวของพันธะสามจุดศูนย์กลางแบบแยกส่วนที่คล้ายกันเกิดขึ้นในกลุ่มคาร์บอกซิล ในที่นี้ p-อิเล็กตรอนของพันธะ C=O และอิเล็กตรอน n ของอะตอมออกซิเจนของกลุ่ม OH มีส่วนร่วมในการผันคำกริยา ระบบคอนจูเกตที่มีพันธะและประจุเรียงตัวกันอย่างสมบูรณ์รวมถึงสปีชีส์ที่มีประจุลบ เช่น อะซิเตตไอออน

ทิศทางของการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจะแสดงด้วยลูกศรโค้ง

มีวิธีกราฟิกอื่นๆ ในการแสดงผลการจับคู่ ดังนั้น โครงสร้างของอะซิเตตไอออน (I) จะถือว่าประจุมีการกระจายเท่าๆ กันทั่วทั้งอะตอมออกซิเจนทั้งสอง (ดังแสดงในรูปที่ 2.7 ซึ่งเป็นจริง)

โครงสร้าง (II) และ (III) ใช้ในทฤษฎีเรโซแนนซ์ ตามทฤษฎีนี้โมเลกุลหรืออนุภาคจริงถูกอธิบายโดยชุดของโครงสร้างเรโซแนนซ์ที่เรียกว่าโครงสร้างที่แตกต่างกันซึ่งแตกต่างกันเฉพาะในการกระจายตัวของอิเล็กตรอนเท่านั้น ในระบบคอนจูเกต ประโยชน์หลักของเรโซแนนซ์ไฮบริดเกิดจากโครงสร้างที่มีการกระจายความหนาแน่นของพีอิเล็กตรอนต่างกัน (ลูกศรสองด้านที่เชื่อมโครงสร้างเหล่านี้เป็นสัญลักษณ์พิเศษของทฤษฎีเรโซแนนซ์)

โครงสร้างขีดจำกัด (ขอบเขต) ไม่มีอยู่จริง อย่างไรก็ตาม ในระดับหนึ่งหรืออย่างอื่น พวกมัน "มีส่วน" ในการกระจายที่แท้จริงของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในโมเลกุล (อนุภาค) ซึ่งแสดงเป็นลูกผสมเรโซแนนซ์ที่ได้จากการซ้อนทับของโครงสร้างที่จำกัด

ในระบบ c, p-conjugated ที่มีสายโซ่คาร์บอน การผันสามารถเกิดขึ้นได้หากมีอะตอมของคาร์บอนที่มี p-orbital ที่ไม่ไฮบริดติดกับ p-bond ระบบดังกล่าวอาจเป็นอนุภาคระดับกลาง - คาร์บาเนียน, คาร์โบคาเตชัน, อนุมูลอิสระซึ่งมีโครงสร้างอัลลิลิก มอยอิตีอัลลิลิกที่มีอนุมูลอิสระมีบทบาทสำคัญในกระบวนการของการเกิดออกซิเดชันของไขมัน

ในอัลลิลไอออน CH2=CH-CH2 อะตอมคาร์บอน C-3 ไฮบริด sp2 มีส่วนทำให้เกิดคอนจูเกตทั่วไป

ข้าว. 2.7. แผนที่ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนของกลุ่ม COONa ในเพนิซิลิน

ระบบมีอิเล็กตรอนสองตัว โดยในอนุมูลอัลลิลิก CH2=CH-CH2+ - หนึ่งตัว และในอัลลิลิกคาร์โบเคชัน CH2 =CH-CH2+ ไม่ได้จ่ายใดๆ เลย เป็นผลให้เมื่อ p-AO ของอะตอมคาร์บอนไฮบริด sp2 สามอะตอมทับซ้อนกัน พันธะสามจุดศูนย์กลางที่แยกส่วนจะถูกสร้างขึ้นซึ่งประกอบด้วยอิเล็กตรอนสี่ตัว (ในคาร์บาเนียน) สามตัว (ในอนุมูลอิสระ) และสองตัว (ในคาร์โบเคชัน) ตามลำดับ

อย่างเป็นทางการ อะตอม C-3 ในอัลลิลไอออนบวกจะมีประจุบวก ในอัลลิลเรดิคัลจะมีอิเล็กตรอนแบบไม่มีคู่ และในอัลลิลแอนไอออนจะมีประจุลบ ในความเป็นจริงในระบบคอนจูเกตดังกล่าวมีการกระจายตัว (กระจาย) ของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนซึ่งนำไปสู่การจัดตำแหน่งของพันธะและประจุ อะตอม C-1 และ C-3 ในระบบเหล่านี้มีค่าเท่ากัน ตัวอย่างเช่น ในอัลลิลไอออนบวก แต่ละไอออนมีประจุบวก +1/2 และเชื่อมต่อกันด้วยพันธะ "ครึ่งหนึ่ง" กับอะตอม C-2

ดังนั้น การผันคำกริยาส่งผลให้เกิดความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในการกระจายความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในโครงสร้างจริง เมื่อเปรียบเทียบกับโครงสร้างที่แสดงโดยสูตรโครงสร้างทั่วไป

2.3.2. ระบบวงปิด

ระบบคอนจูเกตแบบวงจรเป็นที่สนใจอย่างมากในฐานะกลุ่มของสารประกอบที่มีความคงตัวทางอุณหพลศาสตร์เพิ่มขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับระบบเปิดแบบคอนจูเกต สารประกอบเหล่านี้ยังมีคุณสมบัติพิเศษอื่นๆ อีกด้วย ซึ่งเมื่อนำมารวมกันแล้ว แนวคิดทั่วไปกลิ่นหอม ซึ่งรวมถึงความสามารถของสารประกอบไม่อิ่มตัวอย่างเป็นทางการดังกล่าว

มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาทดแทนมากกว่าการเติม ความต้านทานต่อตัวออกซิไดซ์และอุณหภูมิ

ตัวแทนทั่วไปของระบบอะโรมาติกคือ arenes และอนุพันธ์ของมัน คุณสมบัติของโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนในแบบจำลองการโคจรของอะตอมของโมเลกุลเบนซีน เฟรมเวิร์กของเบนซีนประกอบด้วยอะตอมคาร์บอนผสม sp2 จำนวน 6 อะตอม พันธะ y ทั้งหมด (C-C และ C-H) อยู่ในระนาบเดียวกัน p-AO ที่ไม่ถูกไฮบริดจำนวน 6 ตัวนั้นตั้งฉากกับระนาบของโมเลกุลและขนานกัน (รูปที่ 2.8, a) p-AO แต่ละตัวสามารถทับซ้อนกับ p-AO ที่อยู่ใกล้เคียง 2 ตัวเท่าๆ กัน จากการทับซ้อนกันดังกล่าว ระบบ p ที่ถูกแยกส่วนจะเกิดขึ้น ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูงสุดซึ่งอยู่เหนือและใต้ระนาบของโครงกระดูก y และครอบคลุมอะตอมคาร์บอนทั้งหมดของวัฏจักร (ดูรูปที่ 2.8, b) . ความหนาแน่นของ p-อิเล็กตรอนจะกระจายเท่าๆ กันทั่วทั้งระบบไซคลิก ซึ่งระบุด้วยวงกลมหรือเส้นประภายในวงจร (ดูรูปที่ 2.8, c) พันธะทั้งหมดระหว่างอะตอมของคาร์บอนในวงแหวนเบนซีนมีความยาวเท่ากัน (0.139 นาโนเมตร) ซึ่งอยู่ตรงกลางระหว่างความยาวของพันธะเดี่ยวและพันธะคู่

จากการคำนวณเชิงกลของควอนตัม พบว่าสำหรับการก่อตัวของโมเลกุลที่เสถียรดังกล่าว ระบบวงจรระนาบจะต้องมี p-อิเล็กตรอน (4n + 2) โดยที่ n = 1, 2, 3 เป็นต้น (กฎของHückel, 1931) . เมื่อพิจารณาข้อมูลเหล่านี้แล้ว จึงสามารถระบุแนวคิดเรื่อง "ความมีกลิ่นหอม" ได้

สารประกอบจะมีลักษณะเป็นอะโรมาติกหากมีวงแหวนระนาบและระบบพีอิเล็กตรอนแบบคอนจูเกต ซึ่งครอบคลุมอะตอมทั้งหมดของวงแหวนและมี p-อิเล็กตรอน (4n + 2)

กฎของฮุคเคิลใช้กับระบบระนาบควบแน่นใดๆ ที่ไม่มีอะตอมอยู่ร่วมกันมากกว่า

ข้าว. 2.8. แบบจำลองการโคจรอะตอมของโมเลกุลเบนซีน (อะตอมไฮโดรเจนละเว้น คำอธิบายเป็นข้อความ)

สองรอบ สารประกอบที่มีวงแหวนเบนซีนควบแน่น เช่น แนฟทาลีนและอื่นๆ มีคุณสมบัติตรงตามเกณฑ์สำหรับความเป็นอะโรมาติก

ความเสถียรของระบบคู่ การก่อตัวของระบบคอนจูเกตและโดยเฉพาะอย่างยิ่งอะโรมาติกเป็นกระบวนการที่มีพลัง เนื่องจากสิ่งนี้จะเพิ่มระดับการทับซ้อนของออร์บิทัลและการเกิดการแยกส่วน (การกระจาย) ของ p-อิเล็กตรอน ในเรื่องนี้ ระบบคอนจูเกตและระบบอะโรมาติกได้เพิ่มความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์ ประกอบด้วยพลังงานภายในที่น้อยกว่าและในสถานะพื้นดินจะมีระดับพลังงานที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับระบบที่ไม่มีการคอนจูเกต จากความแตกต่างระหว่างระดับเหล่านี้ เราสามารถหาปริมาณความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์ของสารประกอบคอนจูเกตได้ กล่าวคือ พลังงานการคอนจูเกตของมัน (พลังงานการแยกส่วน) สำหรับบิวทาไดอีน-1,3 จะมีขนาดเล็กและมีค่าประมาณ 15 kJ/mol เมื่อความยาวของสายโซ่คอนจูเกตเพิ่มขึ้น พลังงานการคอนจูเกตและความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์ของสารประกอบก็เพิ่มขึ้นตามไปด้วย พลังงานการผันคำกริยาของเบนซีนจะสูงกว่ามากและมีค่าเท่ากับ 150 กิโลจูล/โมล

2.4. ผลกระทบทางอิเล็กทรอนิกส์ขององค์ประกอบย่อย 2.4.1 ผลอุปนัย

พันธะ y เชิงขั้วในโมเลกุลทำให้เกิดโพลาไรเซชันของพันธะ y ที่ใกล้ที่สุด และทำให้เกิดประจุบางส่วนบนอะตอมข้างเคียง*

สารทดแทนทำให้เกิดโพลาไรเซชันไม่เพียงแต่จากตัวมันเองเท่านั้น แต่ยังรวมถึงพันธะ y ที่อยู่ใกล้เคียงด้วย การถ่ายโอนอิทธิพลของอะตอมประเภทนี้เรียกว่าเอฟเฟกต์อุปนัย (/-เอฟเฟกต์)

ผลอุปนัยคือการถ่ายโอนอิทธิพลทางอิเล็กทรอนิกส์ขององค์ประกอบทดแทนอันเป็นผลมาจากการกระจัดของอิเล็กตรอนของพันธะ y

เนื่องจากความสามารถในการโพลาไรซ์ที่อ่อนแอของพันธะ y ผลอุปนัยจึงจางหายไปผ่านพันธะสามหรือสี่พันธะในวงจร ผลของมันจะเด่นชัดที่สุดเมื่อเทียบกับอะตอมของคาร์บอนที่อยู่ติดกับอะตอมที่มีองค์ประกอบแทน ทิศทางของผลอุปนัยขององค์ประกอบทดแทนได้รับการประเมินในเชิงคุณภาพโดยการเปรียบเทียบกับอะตอมไฮโดรเจนซึ่งผลทางอุปนัยจะถือเป็นศูนย์ ในเชิงกราฟิก ผลลัพธ์ของ /-เอฟเฟกต์จะแสดงด้วยลูกศรที่ตรงกับตำแหน่งของเส้นเวเลนซ์และชี้ไปที่อะตอมที่มีอิเล็กโทรเนกาติตีมากกว่า

/ใน\แรงกว่าอะตอมไฮโดรเจน แสดงผลเชิงลบ (-/-เอฟเฟกต์)

โดยทั่วไปองค์ประกอบทดแทนดังกล่าวจะลดความหนาแน่นของอิเล็กตรอนของระบบ เรียกว่า การถอนอิเล็กตรอน ซึ่งรวมถึงกลุ่มฟังก์ชันส่วนใหญ่: OH, NH2, COOH, NO2 และกลุ่มประจุบวก เช่น - NH3+

องค์ประกอบทดแทนที่เปลี่ยนความหนาแน่นของอิเล็กตรอนของพันธะ y เมื่อเปรียบเทียบกับอะตอมไฮโดรเจนไปทางอะตอมคาร์บอนของสายโซ่จะมีผลอุปนัยเชิงบวก (ผล +/-)

สารทดแทนดังกล่าวจะเพิ่มความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในสายโซ่ (หรือวงแหวน) และเรียกว่าการบริจาคอิเล็กตรอน ซึ่งรวมถึงหมู่อัลคิลซึ่งอยู่ที่อะตอมคาร์บอนผสมไฮบริด sp2 และศูนย์กลางประจุลบในอนุภาคที่มีประจุ เช่น - O-

2.4.2. เอฟเฟกต์เมโซเมอร์

ในระบบคอนจูเกต p-อิเล็กตรอนของพันธะโควาเลนต์แบบแยกส่วนมีบทบาทสำคัญในการส่งผ่านอิทธิพลทางอิเล็กทรอนิกส์ ผลกระทบที่ปรากฏในการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของอิเล็กตรอนของระบบ p แบบแยกส่วน (คอนจูเกต) เรียกว่า mesomeric (เอฟเฟกต์ M) หรือเอฟเฟกต์การผันคำกริยา

เอฟเฟกต์ mesomeric คือการถ่ายโอนอิทธิพลทางอิเล็กทรอนิกส์ขององค์ประกอบทดแทนผ่านระบบคอนจูเกต

ในกรณีนี้รองเองก็เป็นผู้มีส่วนร่วมในระบบคู่ มันสามารถใส่เข้าไปในระบบการผันคำกริยาได้ทั้งพันธะ p (คาร์บอนิล หมู่คาร์บอกซิล ฯลฯ) หรืออิเล็กตรอนเฮเทอโรอะตอมคู่เดียว (หมู่อะมิโนและไฮดรอกซี) หรืออิเล็กตรอนว่างหรือเต็มไปด้วยอิเล็กตรอน p-AO หนึ่งตัว

องค์ประกอบทดแทนที่เพิ่มความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในระบบคอนจูเกตจะแสดงผล mesomeric เชิงบวก (+M - effect)

เอฟเฟกต์ M แสดงโดยองค์ประกอบแทนที่ซึ่งประกอบด้วยอะตอมที่มีอิเล็กตรอนคู่เดียว (เช่น หมู่อะมิโนในโมเลกุลอะนิลีน) หรือมีประจุลบทั้งหมด สารทดแทนเหล่านี้มีความสามารถ

เพื่อการถ่ายโอนอิเล็กตรอนคู่หนึ่งไปยังระบบคอนจูเกตทั่วไป กล่าวคือ พวกมันเป็นผู้บริจาคอิเล็กตรอน

องค์ประกอบทดแทนที่ลดความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในระบบคอนจูเกตจะแสดงผลเชิงลบของ mesomeric (-M - effect)

เอฟเฟกต์ M ในระบบคอนจูเกตมีสาเหตุมาจากอะตอมของออกซิเจนหรือไนโตรเจนที่เชื่อมโยงกันด้วยพันธะคู่กับอะตอมของคาร์บอน ดังที่แสดงในตัวอย่างของกรดอะคริลิกและเบนซาลดีไฮด์ กลุ่มดังกล่าวกำลังถอนอิเล็กตรอน

การเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจะแสดงด้วยลูกศรโค้ง โดยจุดเริ่มต้นแสดงว่าอิเล็กตรอน p หรือ p ใดกำลังถูกแทนที่ และปลายทางคือพันธะหรืออะตอมที่พวกมันถูกแทนที่ เอฟเฟกต์เมโซเมอริกตรงกันข้ามกับเอฟเฟกต์อุปนัยจะถูกส่งผ่านระบบพันธะคอนจูเกตในระยะทางที่ไกลกว่ามาก

เมื่อประเมินอิทธิพลขององค์ประกอบทดแทนต่อการกระจายตัวของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในโมเลกุลจำเป็นต้องคำนึงถึงผลกระทบที่เกิดจากผลกระทบอุปนัยและ mesomeric (ตารางที่ 2.2)

ตารางที่ 2.2. ผลกระทบทางอิเล็กทรอนิกส์ขององค์ประกอบทดแทนบางชนิด

ผลกระทบทางอิเล็กทรอนิกส์ขององค์ประกอบทดแทนทำให้สามารถประเมินการกระจายตัวของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในโมเลกุลที่ไม่ทำปฏิกิริยาในเชิงคุณภาพและทำนายคุณสมบัติของมันได้

อิทธิพลร่วมกันของอะตอมในโมเลกุลเป็นคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของสารประกอบอินทรีย์ โดยแยกความแตกต่างจากสารประกอบอนินทรีย์ธรรมดา อิทธิพลร่วมกันอันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ของอะตอมใกล้เคียงในโมเลกุลอินทรีย์จะถูกส่งไปตามสายโซ่ พันธบัตร a-C-Cและประสบความสำเร็จเป็นพิเศษในสายโซ่ของพันธะ C-C แบบคอนจูเกต และกำหนดความสามารถในการคัดเลือกของศูนย์ปฏิกิริยาในโมเลกุลกับรีเอเจนต์บางชนิด ได้มีการกล่าวไปแล้วก่อนหน้านี้ว่ารีเอเจนต์แบ่งออกเป็นการบริจาคอิเล็กตรอน (นิวคลีโอฟิลิก) และการรับอิเล็กตรอน (อิเล็กโทรฟิลิก) ควรเพิ่มด้วยว่าสามารถเป็นกลางของอิเล็กตรอนได้เมื่อคุณสมบัติผู้บริจาคอิเล็กตรอนและตัวรับอิเล็กตรอนได้รับการชดเชยหรือขาดหายไปโดยสิ้นเชิง นอกจากนี้ ควรแยกความแตกต่างระหว่างรีเอเจนต์อนุมูลอิสระ (R* หรือ R*) โมเลกุลและไอออนิก การจำแนกประเภทและคุณสมบัติของรีเอเจนต์จะมีการหารือโดยละเอียดในภายหลัง

อิทธิพลร่วมกันของอะตอมเป็นไปตามทฤษฎีคลาสสิกของโครงสร้างของ A.M. Butlerov และคิดค้นขึ้นครั้งแรกโดยนักเรียนของเขาจากโรงเรียนนักเคมีแห่งคาซาน V.V. Markovnikov ในวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอกของเขา“ วัสดุเกี่ยวกับคำถามเกี่ยวกับอิทธิพลร่วมกันของอะตอมใน สารประกอบเคมี"(พ.ศ. 2412)

นับเป็นครั้งแรกที่มีการค้นพบอิทธิพลซึ่งกันและกันของอะตอมในโมเลกุลของอัลคีนและอนุพันธ์ของฮาโลเจนของอัลเคน Markovnikov พบว่าอัลคีนที่มีเปลือกอิเล็กตรอนไม่สมมาตร เช่น CH-CH=CH

^C=CH2, /C=CH-CH3, เติมไฮโดรเจนโบรไมด์เช่นนี้

ในลักษณะที่ HBr บริจาคอะตอมไฮโดรเจนให้กับคาร์บอนที่เติมไฮโดรเจนมากที่สุด (โดยมีจำนวนอะตอม H มากที่สุด):

ปฏิกิริยาจะไม่เกิดขึ้นตามเส้นทางที่สอง

เพราะใน 2-methylpropene จะปรากฏ ผลกระทบของอิเล็กตรอนเหนี่ยวนำกลุ่มเมทิล (อัลคิล) สัมพันธ์กับ 4 / l - ออร์บิทัล ผลการเหนี่ยวนำ (/-ผลกระทบ) เกิดจากการโพลาไรเซชันของเมฆα-อิเล็กตรอนในสายโซ่พันธะเคมีของอะตอมซึ่งมีอิเล็กโทรเนกาติวีตี้ต่างกัน

ภายใต้ โพลาไรเซชันของโมเลกุลเข้าใจการกระจายตัวของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนภายใต้อิทธิพลของแรงไฟฟ้าสถิต ในระหว่างนั้นเกิดการแยก "จุดศูนย์ถ่วง" ของประจุบวกและลบบางส่วน ในเวลาเดียวกัน อนุภาคที่มีขั้วต่ำ (ซึ่งมีโมเมนต์ไดโพลไฟฟ้าต่ำ) มีแนวโน้มที่จะเกิดโพลาไรเซชันมากกว่า ยิ่งไปกว่านั้น ไม่เพียงแต่อะตอมเท่านั้น แต่ยังมีกลุ่มอะตอมที่มีอิเลคโตรเนกาติวีตี้ด้วย หมู่อัลคิลมีความสัมพันธ์กับเอ,ที-ออร์บิทัล กล่าวคือ อะตอม

C อยู่ที่ 5/? สถานะไฮบริด 2 ความสามารถในการบริจาคอิเล็กตรอน จากผลจากอิทธิพลทางอิเล็กทรอนิกส์ของกลุ่มอัลคิล พันธะ 4^-ออร์บิทัลจึงถูกโพลาไรซ์ไปทางอะตอมของคาร์บอนตัวที่สอง

เป็นผลให้ประจุเศษส่วน C เกิดขึ้น =^-=- C 2 ผลกระทบดังกล่าว

การถ่ายโอนความหนาแน่นของอิเล็กตรอนไปยังอะตอมอื่นเรียกว่าเอฟเฟกต์ +/- เนื่องจากประจุเศษส่วนเล็กน้อย 6+ จะปรากฏบนกลุ่ม CH 3 ดังนั้น โมเลกุล H-Br เชิงขั้วของโควาเลนต์จึงถูกวางตัวในลักษณะที่เกี่ยวข้องกับพันธะ r ซึ่งในกรณีเบื้องต้น สถานะการเปลี่ยนแปลงอายุสั้นจะปรากฏขึ้นเป็นครั้งแรก

ซึ่งขั้นแรกจะเปลี่ยนเป็นคาร์โบเคชัน (CH 3) 2 C-CH 3 และ Br~ จากนั้นจึงรวมตัวกันใหม่เป็น (CH 3) 2 C(Br)-CH 3 อย่างรวดเร็วและง่ายดาย

นอกจากนี้เรายังสามารถพิจารณาปัญหาจากมุมมองของความเสถียรของ carbocation ที่เกิดขึ้นในการกระทำเบื้องต้น (การแยกส่วนประจุบวกในนั้นอย่างมีพลังมากที่สุด) นี่เป็นแนวทางที่เรียบง่ายกว่า แม้ว่าสาระสำคัญอีกครั้งจะลงมาสู่อิทธิพลของเอฟเฟกต์ ±/-อิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งเป็นเหตุผลสำหรับความเสถียรของคาร์โบเคชันระดับอุดมศึกษาเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีหลัก

นอกเหนือจากหมู่เมทิลและหมู่อัลคิลอื่นๆ แล้ว ผลกระทบ +/- เช่น ความสามารถในการสูญเสียความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเพียงเล็กน้อยนั้น ยังถูกครอบครองโดยอะตอมโลหะของกลุ่ม I - III ตารางธาตุ(Li, Ca, A1 เป็นต้น) รวมถึงหมู่ไฮไดรด์ (-SiH 3, -PH 2, -BH 2, -A1H 2) อนุพันธ์อัลคิลของพวกมัน (-SiR 3, -PR 2, -BR 2, - A1R 2 ฯลฯ)

อนุพันธ์ของไนโตรเจน ออกซิเจน และฮาโลเจน ซึ่งมีอิเลคโตรเนกาติวีตี้สูงกว่าอะตอม C ทำให้เกิดโพลาไรเซชัน กล่าวคือ ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนของเออิเล็กตรอนเปลี่ยนไปไปทางออร์บิทัล และมีผลเชิงลบ (-/) ตัวอย่างเช่น คลอโรฟอร์ม СНС1 3 ตรงกันข้ามกับมีเธน มีความสามารถในการให้โปรตอนค่อนข้างสูง เนื่องจาก c-orbital ของพันธะ Н-СС1 3 นั้นมีโพลาไรซ์อย่างรุนแรงต่ออะตอมของคลอรีน ในทำนองเดียวกันเอฟเฟกต์โพลาไรซ์ของอะตอมสามอะตอม

คลอรีนใน CC1 3 COOH จะถูกถ่ายโอนไปยังพันธะ OH ของกรดไตรคลอโรอะซิติก ส่งผลให้พันธะ OH มีขั้วรุนแรงมากจน CC1 3 COOH ซึ่งแตกต่างจากกรดอะซิติกอ่อน CH 3 COOH กลายเป็นกรดที่ค่อนข้างแรง ในตัวอย่างนี้ อิทธิพลร่วมกันทั้งระยะสั้น (SHC1 3) และระยะไกลของอะตอมอิเล็กโตรบวกหรืออิเล็กโตรเนกาติวิตี้มากขึ้นและกลุ่มของพวกมันบนอะตอมอื่นที่เชื่อมต่อกับพวกมันโดยใช้ a- หรือ p-ออร์บิทัลเกิดขึ้น เป็นที่ยอมรับกันว่าเอฟเฟกต์ ±/- ถูกส่งผ่านอย่างอ่อนกว่าไปตามสายโซ่ของพันธะ c โดยเกือบจะตายที่อะตอมของคาร์บอนตัวที่ห้าหรือหก ในขณะที่พันธะ l ที่คอนจูเกตจะส่งผ่านเอฟเฟกต์ ±/- ไปยังอะตอมสุดท้ายอย่างอิสระ ของโซ่คอนจูเกต

ยังไม่มีการศึกษากลไกของการส่งสัญญาณอย่างง่ายในระบบ l-system ±/- สามารถสันนิษฐานได้ว่าเป็นเพราะการกระจายตัวของอิเล็กตรอน n ซึ่งมีการเคลื่อนที่สูงตลอดสายโซ่คอนจูเกตของอิเล็กตรอน n ส่งผลให้เกิดประจุ (5+)- หรือ (b-)-บนอะตอมคาร์บอนที่เกี่ยวข้องกับ อะตอมสัมผัสของกลุ่มฟังก์ชัน ซึ่งชักนำให้เกิดประจุเศษส่วนนี้ "ดับ" เนื่องจากการแทนที่ของเมฆ π-อิเล็กตรอนทั่วไปบนอะตอมนี้ และประจุสูงสุด (5±) จะปรากฏบนอะตอมสุดท้ายของระบบ π การแยกประจุ (8+)- และ (8-)- สูงสุดนี้เป็นประโยชน์อย่างมาก เนื่องจากจะทำให้อิเล็กตรอนใช้พื้นที่สูงสุดได้

อิทธิพลร่วมกันของอะตอมในปฏิกิริยาการกำจัด (จากภาษาอังกฤษ, การกำจัด) ของโมเลกุลเสถียรอย่างง่ายนั้นแปลกประหลาดเนื่องจากการเพิ่มองค์ประกอบของกลุ่มฟังก์ชันที่อยู่ในอะตอมของคาร์บอนที่อยู่ใกล้เคียง:

การกำจัด HBr (HC1, HI) ตามกฎที่กำหนดโดย A. M. Zaitsev นักเรียนของ A. M. Butlerov เกิดขึ้นตรงข้ามกับกฎการเติม Markovnikov นั่นคืออะตอม H จะถูกลบออกพร้อมกับ Br จากอะตอมคาร์บอนที่เติมไฮโดรเจนน้อยที่สุด H20 ถูกแยกออกจากแอลกอฮอล์และไฮดรอกไซด์ของควอเทอร์นารีเอมีนในทำนองเดียวกัน นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าพันธะ a-orbitals ของพันธะ C-H รองนั้นมีความเสถียรน้อยกว่ามาก (อยู่ในตำแหน่งที่มีพลังงานสูงกว่า) มากกว่า c-orbitals ของพันธะ C-H หลัก แม้แต่น้อยก็ตาม

ระดับตติยภูมิ - วงโคจร“ C”H มีความเสถียรซึ่งบริจาคไฮโดรเจนให้กับพันธมิตรที่จากไป (Br, OH) ได้อย่างง่ายดายสูงสุด พลังงานของพันธะ C-H คือ ปฐมภูมิ 414 ทุติยภูมิ 393 และตติยภูมิ 376 กิโลจูล/โมล ดังที่เห็นได้ว่าความเสถียรของการรวม 4^“n MO นั้นแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญมาก

นี่เป็นเพราะอิเลคโตรเนกาติวีตี้ที่มากขึ้นของอะตอมคาร์บอน (ตามพอลลิง 2.5) มากกว่าไฮโดรเจน (2.1) อะตอมคาร์บอนระดับตติยภูมิใช้พันธะสามพันธะกับเพื่อนบ้านที่มีอิเลคโตรเนกาติตีมากกว่า อะตอมคาร์บอนทุติยภูมิใช้กับสองอะตอม ในขณะที่อะตอม C หลักใช้ความสัมพันธ์ทางเคมีขั้นต่ำกับพันธะคาร์บอนและค่าสูงสุดบนอะตอม Z

อิทธิพลซึ่งกันและกันที่สำคัญอีกประเภทหนึ่งของอะตอมคือการกระจัด ป-ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนต่ออะตอมหรือกลุ่มของอะตอมที่มีอิเลคโตรเนกาติตีมากขึ้น หากอยู่ในสายโซ่ของอะตอมที่ถูกพันธะ นอกจาก a-อิเล็กตรอนแล้ว ยังมี d-อิเล็กตรอนด้วย ดังนั้นการนำอะตอมของผู้ให้อิเล็กตรอนหรือตัวรับอิเล็กตรอนเข้ามาในระบบ π คอนจูเกตของอะตอมดังกล่าวจะทำให้เกิดโพลาไรเซชันของ d-ระบบ ตัวอย่างเช่น 1,3-บิวทาไดอีน, 2-เมทิล-1,3-บิวทาไดอีน (ไอโซพรีน) และ 2-คลอโร-1,3-บิวทาไดอีน (คลอโรพรีน):

ในบิวทาไดอีนมีอิทธิพลร่วมกันของอะตอมคาร์บอนที่มีพันธะ a เนื่องจากการมีอยู่ของ p g อิเล็กตรอน (l สมมาตร) ดังที่กล่าวข้างต้น อิทธิพลร่วมกันของอะตอมที่ไม่อิ่มตัวดังกล่าวเรียกว่า l, l-conjugation หรือ l-conjugation การนำกลุ่ม CH 3 ที่มีผู้บริจาคอิเล็กตรอนเข้ามาในระบบคอนจูเกตดังกล่าวจะทำให้ระบบเอมีขั้วและนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของลำดับพันธะในสายโซ่คอนจูเกต ในขณะที่โพลาไรเซชันของระบบ a,l ของบิวทาไดอีนกับ การแนะนำตัวรับอิเล็กตรอนที่แข็งแกร่ง (อะตอม C1) ซึ่งมีความสามารถในการเข้าสู่การผัน tg พร้อมกันโดยถ่ายโอนคู่อิเล็กตรอนบางส่วนไปยังวงโคจรนำไปสู่

ในที่สุดก็ทำให้คำสั่งซื้อพันธบัตรในระบบ conjugated n ลดลง ตามมาด้วยว่าผลกระทบ -/- ของอะตอมคลอรีนที่สัมพันธ์กับระบบ l ที่ถูกคอนจูเกตด้วยไดอีนนั้นมากกว่าเอฟเฟกต์ +C ของมันมาก (เอฟเฟกต์การคอนจูเกตเชิงบวก) โพลาไรซ์ของระบบ n คอนจูเกตโดยการบริจาคอิเล็กตรอน (ED) หรือการถอนอิเล็กตรอน (EA) ยังเปลี่ยน ISV และนำไปสู่การปรากฏประจุเศษส่วนเล็กน้อยบนอะตอม ประจุลบที่ใหญ่ที่สุด (-CH 3) หรือประจุบวก (-C1) จะอยู่ที่สายโซ่บิวทาไดอีน C 4

จากตัวอย่างที่ให้ไว้ เราสามารถสรุปได้ว่าในโมเลกุลอินทรีย์มีอิทธิพลร่วมกันของอะตอมที่มีพันธะเคมีหลายประเภท อิทธิพลนี้แสดงออกมาในรูปแบบของเอฟเฟกต์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ (อิทธิพลทางอิเล็กทรอนิกส์, การกระทำ, การกระจัด), การกระทำของสนามไฟฟ้าของอะตอมที่อยู่ใกล้เคียงกัน (เอฟเฟ็กต์สนาม, ±เอฟ-ผลกระทบ) และอุปสรรคเชิงพื้นที่ (เอฟเฟกต์สเตอริก, ± ?-เอฟเฟกต์) ที่เกิดขึ้น ปฏิกริยาเคมีอันเป็นผลมาจากการปกป้องศูนย์ปฏิกิริยาของโมเลกุลด้วยอะตอม

เป็นเรื่องปกติที่จะแยกแยะความแตกต่างระหว่างเอฟเฟกต์การเหนี่ยวนำ (±/-เอฟเฟกต์) และเอฟเฟกต์คัปปลิ้ง (±เอฟเฟกต์ C) ผลการเหนี่ยวนำซึ่งแสดงด้วยเครื่องหมาย (+) หรือ (-) ขึ้นอยู่กับความสามารถของผู้บริจาคอิเล็กตรอนหรือตัวรับนั้นแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนในคุณสมบัติกรดเบสของโมเลกุล ดังนั้นกรดฮาโลอะซิติกทั้งหมดจึงแข็งแรงกว่ากรดอะซิติก เนื่องจากฮาโลเจนโพลาไรซ์

st-bond ทั้งหมดตลอดสาย G-CH^- ส่งผลให้ลำดับพันธบัตรลดลง

O-H และเพิ่มขั้วและด้วยเหตุนี้จึงสามารถลบ H + ได้ โพลาไรเซชันของพันธะ O-H, N-H, S-H เรียกว่าโปรตอนและนำไปสู่การแยกตัวของกรดเพิ่มขึ้น (เพิ่มขึ้น เค แอล- ค่าคงที่การแยกตัวของกรด) องค์ประกอบย่อยทั้งหมด - ตัวรับอิเล็กทรอนิกส์ - ทำหน้าที่ในทำนองเดียวกัน ผู้บริจาคอิเล็กตรอนทั้งหมดที่เข้ามาแทนที่อะตอม H ในกลุ่มเมทิลของกรดอะซิติกจะทำหน้าที่ตรงกันข้ามโดยลดลง เค แอล.การกระทำขององค์ประกอบทดแทนที่มีปฏิกิริยาทางไฟฟ้า (ผู้บริจาคและผู้ยอมรับเช่นการทำงาน

กลุ่ม Ф เข้าสู่ศูนย์กลางหลัก (-B) ของโมเลกุล ประเภทเรียบง่าย(B-R-F) มีผลตรงกันข้ามกับบริเวณที่เป็นกรด (-O-H ฯลฯ) ผลขององค์ประกอบทดแทน ED และ EA ต่อปฏิกิริยาการแทนที่นิวคลีโอฟิลิกจะคล้ายกัน เมื่อกลุ่มฟังก์ชันที่ให้อิเล็กตรอน (F") ถูกแทนที่ด้วยอีกกลุ่มหนึ่ง

ในกรณีนี้ความแตกแยกของพันธะของสารตกค้างไฮโดรคาร์บอน (R) กับอะตอมที่สัมผัสของกลุ่มฟังก์ชัน (Ф") เกิดขึ้นเนื่องจากลำดับของพันธะ Ф^-R ลดลงและโพลาไรเซชันอันเป็นผลมาจาก การโจมตีของ Ф" โดยคู่อิเล็กตรอนของมัน:

กลุ่มที่ออก F" สามารถเป็นกลุ่มใดๆ ที่มีลักษณะพื้นฐาน เช่น SG, Br", G, NCS", NOj, HSO เป็นต้น และกลุ่มที่เข้าอาจเป็นกลุ่มที่อยู่ในรายการอยู่แล้ว (F") เช่นเดียวกับ เช่น NH 2, SH", SR", RCOO", HSOj, HPO^ และสิ่งที่คล้ายกัน กล่าวคือ นิวคลีโอไทล์ที่แข็งแกร่งกว่า

ส่วนประกอบแทนที่ใดๆ สามารถทำหน้าที่เป็นหมู่ที่มาคู่กัน (F) ที่ถูกพันธะโควาเลนต์กับเรซิดิวไฮโดรคาร์บอน R ที่มีลักษณะไม่มีอะโรมาติก โดยปกติแล้วสิ่งเหล่านี้คืออะตอม H, CH 3 และอัลคิลอื่นๆ, C 6 Hs- และสารตกค้างของเอรีนอื่นๆ กรณีของการทดแทนที่ซับซ้อนมากขึ้นยังได้รับการศึกษาเพียงเล็กน้อยและไม่ได้พัฒนาในทางทฤษฎี

ในโมเลกุลและอนุภาคโมเลกุลอื่นๆ (ไอออน อนุมูลอิสระ) ที่มี p-orbitals มากกว่า 3 ตัวในสายโซ่ จะเกิดเอฟเฟกต์การผันคำกริยา สาเหตุดังกล่าวเกิดขึ้นตามที่ระบุไว้ในตัวอย่างของบิวทาไดอีนที่ถูกแทนที่โดยอันตรกิริยาของระบบ n สองระบบขึ้นไปที่คล้ายกันหรือต่างกัน (CH 2 =CH-, CH=กลุ่ม C-) หรือระบบ r (เช่น CH 2 =CH-, QH5- ฯลฯ) ที่มีอะตอมหรือกลุ่มที่ออกฤทธิ์ทางเคมี

อะตอมที่มีวงโคจร: 1) พี ซี -หรือ ดีเค -; 2) เต็มไปด้วยอิเล็กตรอนหนึ่งตัวหรืออิเล็กตรอนคู่หนึ่ง 3) ปราศจากอิเล็กตรอน ตัวอย่างดังกล่าว

อะตอมหรือกลุ่มของพวกมันสามารถเป็น -CH 2, -CH 2, -CH 2, -CH-, -CH, ?

CH - เฮเทอโรอะตอมจำนวนมาก (ไม่ใช่โลหะและโลหะ) และกลุ่มของพวกมัน เช่น =0, -0-, “OH, -NH 2, -NH-, -N=, -SH, -S-, ฯลฯ

ตัวอย่าง พีซี-และระบบ n-คอนจูเกตได้ถูกกำหนดไว้แล้ว เราจะตั้งชื่อสิ่งต่อไปนี้:

ในอนุมูลอัลลิล ซึ่งเป็นผลมาจากการรวมกันของอิเล็กตรอน 3 ตัว ความหนาแน่นของการหมุนที่สร้างขึ้นโดยอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่จะถูกกระจายไปทั่วอะตอมของคาร์บอนทั้งสามอะตอม โดยเด่นอยู่ที่อะตอมชั้นนอกสุด (-0.622) และมีค่าเท่ากับ +0.231 ที่ตรงกลาง อะตอมคาร์บอน ตัวเลขเหล่านี้ซึ่งสะท้อนถึงกระแสซึ่งห่างไกลจากสถานะที่สมบูรณ์แบบของทฤษฎีการคำนวณทางเคมีควอนตัมของโมเลกุลที่ซับซ้อนแสดงให้เห็นว่าการคำนวณไม่สามารถให้ค่าสัมบูรณ์ของปริมาณได้ ตัวเลขที่กำหนดในตัวเองนั้นไม่มีความหมายหากไม่ใช่เรื่องไร้สาระเนื่องจากเป็นเรื่องธรรมดาที่ความหนาแน่นของการหมุนที่สร้างขึ้นในระบบคอนจูเกตโดยอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่เดี่ยวไม่ควรถูกขัดจังหวะโดยอะตอมใด ๆ และโดยรวมควรเท่ากับความสามัคคี จากตัวเลขที่กำหนด อิเล็กตรอนจะถูกแบ่งออกเป็นสองส่วนที่ไม่มีปฏิกิริยาโต้ตอบ เนื่องจากไม่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจากอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่บนอะตอมคาร์บอนโดยเฉลี่ย แต่ถึงแม้เครื่องมือคำนวณสมัยใหม่ของโมเลกุลเชิงซ้อนจะไม่สมบูรณ์ แต่ตัวเลขที่ให้มาแสดงให้เห็นว่าผลรวมของความหนาแน่นของการหมุน (2-0.622) - 0.231 อยู่ใกล้กับ 1 และจะเอื้ออำนวยต่อพลังงานมากกว่าสำหรับอิเล็กตรอนที่จะครอบครองพื้นที่สูงสุด โดยมีการกระจายความหนาแน่นของการหมุนของอิเล็กตรอนสูงสุดบนอะตอมชั้นนอกสุดของระบบคอนจูเกต

ยิ่งเป็นการยากที่จะเข้าใจผลลัพธ์ของการคำนวณการกระจายความหนาแน่นของสปินในอนุมูลเบนซิล

จากแผนภาพด้านบน จะเห็นได้ว่าการขาดดุลความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในการคำนวณถึง 0.2 หน่วย ประจุอิเล็กตรอน

ด้วยเหตุนี้อนุมูลจึงมีความเสถียรอย่างมีนัยสำคัญ ในเบนซิลไอออนบวก p-ออร์บิทัลที่ว่างจะมีปฏิกิริยากับ HOMO เช่น H* - ออร์บิทัลที่มีการสูบความหนาแน่นของ a- และ p-อิเล็กตรอนจากนิวเคลียสของเบนซีน โดยเฉพาะจาก ออร์โธ- และข้อกำหนดอื่น ๆ ในกรณีนี้ 5" + 38 = 1 จากอิทธิพลร่วมกันของ a-, p-orbitals ปฏิกิริยาของวงแหวนเบนซีนกับรีเอเจนต์แบบอิเล็กโทรฟิลิกจะลดลงอย่างมาก และในทางกลับกัน เมื่อใช้รีเอเจนต์นิวคลีโอฟิลิกกลับเพิ่มขึ้นอย่างมาก . การแยกส่วนของประจุ (+) อาร์จี

วงโคจรทำให้ carbocation คงที่อย่างเห็นได้ชัด C 6 H 5 CH 2 .

ใน triphenylmethyl anion (C 6 H 5) 3 C' ซึ่งมีโครงสร้างแบนและมีสีสดใส (แดงเชอร์รี่) อันเป็นผลมาจากการผัน a ของ r - orbital ที่เติมของอะตอมเมทิลคาร์บอนด้วย LUMO ( เช่น Ch** e) นิวเคลียสของเบนซีน

ประจุลบจะถูกแยกส่วนตาม ออร์โธ- และตำแหน่งน้ำมันหมูของวงแหวนเบนซิน เนื่องจากอิทธิพลร่วมกันของอะตอมนี้ carbanion จึงมีความเสถียรอย่างมากและนิวเคลียสของเบนซีนได้รับความสามารถในการโต้ตอบได้อย่างง่ายดายแม้กับตัวรับอิเล็กตรอนที่อ่อนแอ (1 2 , ไพริดีน, C 6 H 5 N0 2 เป็นต้น)

ไวนิลคลอไรด์เป็นตัวอย่างของการผัน mt ระหว่างออร์บิทัลที่ไม่มีพันธะ (p C| ซึ่งมี p อิเล็กตรอนคู่หนึ่งและพันธะ 71) ผลก็คือ พันธะ C-C 1 จะแข็งแกร่งขึ้นอย่างเห็นได้ชัด (เพิ่มขึ้น 12 กิโลจูล/โมล) และเล็กน้อย อะตอมฮาโลเจนจะมีปฏิกิริยาต่ำในปฏิกิริยาทดแทนด้วยอัลคาไล ด้านล่างเป็นแผนภาพพลังงานของ MO ที่จับกับไวนิลคลอไรด์ (รูปที่ 2.21) พลังงานที่ได้รับจากการผัน mt เกิดขึ้นใน

ข้าว. 2.21. ข้อต่อ MO ไวนิลคลอไรด์ (การควบแน่น ll)

อันเป็นผลมาจากการเพิ่มขึ้นของพื้นที่ที่เรียกว่าที่อยู่อาศัยของอิเล็กตรอน mt เนื่องจากการแยกส่วน สำหรับอิเล็กตรอนแบบ n CH 2 =CH- การกักเก็บการแยกส่วนแบบอ่อนอาจเป็นวงโคจรของคลอรีน 3^- สถานการณ์การผันคำกริยา mt คล้ายกับไวนิลคลอไรด์เกิดขึ้นในโมเลกุลของคลอโรเบนซีน QHs-Cl, สวรรค์ SbH5-HH2, ฟีนอล QHs-OH:

โดยที่ X คือเฮเทอโรอะตอม

อิทธิพลร่วมกันประเภทที่สามของอะตอมในโมเลกุลซึ่งเรียกว่าเอฟเฟกต์สนาม (เอฟเฟ็กต์ F) สมควรได้รับความสนใจอย่างจริงจัง แนวคิดเอฟเฟกต์สนามได้รับการพัฒนาน้อยกว่าเอฟเฟกต์ I และ C

ในปัจจุบัน เอฟเฟกต์สนามเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นอิทธิพลของประจุไฟฟ้าสถิตของอะตอมที่แตกตัวเป็นไอออนซึ่งประกอบเป็นโมเลกุล หรือประจุเศษส่วนขนาดใหญ่ของไดโพลของพันธะโฆษณาแบบโพลาไรซ์บนอะตอมข้างเคียงหรือใกล้เคียงของอนุภาคโมเลกุลเดียวกัน

ตัวอย่างจะเป็นโมเลกุลที่มีพันธะกึ่งขั้ว เช่น + +

CH 3 - S- CH 3 (ไดเมทิลซัลฟอกไซด์), (C 2 H 5) 3 N-O (ไตรเอทิลเอมีนออกไซด์)

โมเลกุลที่มีการแยกประจุอย่างสมบูรณ์เนื่องจากโมเลกุลภายในแข็งแรง

ปฏิกิริยาระหว่างกรด-เบส เช่น NH-CH 2 - COO (ไกลซีน) และกรดอะมิโนและสารเชิงซ้อนอื่นๆ ทั้งหมด โมเลกุลที่มีขั้วสูง n -l/2

ทำให้เย็นลง เช่น C 6 H-_ 1/2 (ไนโตรเบนซีน) หรือไอออน (C 2 H 5) 4 N (เตตระเอทิล-

แอมโมเนียม), C 2 H 5 -N=N (เบนซีนไดโซเนียม), (C 2 H 5) 2 OH (ไดเอทิลไฮดรอกโซเนียม),

ไอออนของสารประกอบเชิงซ้อน - แคตไอออนและแอนไอออนรวมถึง [Co(UN 2 CH 3) 6 ] 3+ (โคบอลต์เฮกซาเมทิลลามิเนต), *~ (เฟอร์ริเซีย-

ไนด์), Fe(C 5 H 5) 2 (เฟอร์ริซิเนียม ไอออนบวก), (นิกเกิล ไดเมทิลไกลโอซิมีน)

จำนวนสารประกอบที่ทราบของโครงสร้างนี้มีจำนวนมหาศาลอย่างไม่สิ้นสุด ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าของตัวพาประจุแบบจุด พันธะเคมีที่อยู่ใกล้เคียงจะถูกโพลาไรซ์ ซึ่งส่งผลให้คุณสมบัติทางเคมีของอะตอมที่ถูกพันธะและกลุ่มอะตอมซึ่งอยู่ใกล้กับแหล่งกำเนิดประจุเปลี่ยนแปลงไป ในกรณีนี้ เอฟเฟกต์ F จะมีการกระทำในระยะไกลมากกว่าเอฟเฟกต์โควาเลนต์ /- อิทธิพลของประจุไฟฟ้าขยายออกไปในระยะไกลถึง 3 นาโนเมตร

ในโมเลกุลเชิงซ้อนจำนวนหนึ่งที่มีหมู่ฟังก์ชันในระบบคอนจูเกตที่มีแนวโน้มที่จะเกิดไอออไนซ์ (การแยกตัวของกรด-เบส) ในสารละลายของตัวทำละลายที่มีขั้วซึ่งมีความสามารถในการโต้ตอบระหว่างผู้บริจาคและผู้รับ ประจุจะถูกแยกส่วนทั่วทั้งโมเลกุลหรือแต่ละส่วนของประจุ

ตัวอย่างของอนุภาคธรรมดาประเภทนี้คือไอออนไดเมทิลไกลออกซิมีน

ในกรณีเหล่านี้ เอฟเฟกต์สนามเกิดขึ้น แต่กลไกการออกฤทธิ์มีความซับซ้อนและไม่ได้รับการพิจารณาในที่นี้

อิทธิพลซึ่งกันและกันปรากฏให้เห็นในสารประกอบเชิงซ้อนทั้งอินทรีย์และอนินทรีย์ในทำนองเดียวกัน ในระยะหลังนี้เรียกว่าอิทธิพลร่วมกันของวงโคจรอะตอมและโมเลกุลของเปลือกวาเลนซ์ ผลการประสานงานทางอิเล็กทรอนิกส์ผลกระทบเหล่านี้เกิดจากการมีอิทธิพลต่อลิแกนด์โคออร์ดิเนตของพันธะเคมีโคออร์ดิเนตประเภทต่างๆ เช่น การเชื่อมต่อ o, การเชื่อมต่อ k แบบดาทีฟ, การเชื่อมต่อ p แบบย้อนกลับเช่นเดียวกับการกระทำ ฟิลด์ไอออนบวกพวกเขาได้รับชื่อในวรรณคดีรัสเซีย ผลการประสานงาน C, % ผลการประสานงาน, ผลการประสานงาน p ผกผันและ ผลการชาร์จ

จากผลกระทบเหล่านี้ ในระหว่างการก่อตัวของสารประกอบเชิงซ้อน (M + L ML) จากไอออนโลหะ (M - ละเว้นประจุ) และลิแกนด์ (ละเว้นประจุ L) คุณสมบัติของลิแกนด์ L ในสถานะประสานงาน อาจแตกต่างอย่างมากจาก L ฟรี:

ข้อเท็จจริงนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการเร่งปฏิกิริยาของปฏิกิริยาทางอุตสาหกรรมและในห้องปฏิบัติการ ในกรณีเหล่านี้ เนื่องจากการใส่เกลือของโลหะβ เข้าไปในทรงกลมปฏิกิริยา สารประกอบเชิงซ้อนจึงเกิดขึ้น และการเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวเรียกว่า "การเร่งปฏิกิริยาเชิงซ้อน"

เนื้อหา "ผลกระทบทางอิเล็กทรอนิกส์ในโมเลกุลของสารประกอบอินทรีย์" มีวัตถุประสงค์เพื่อช่วยครูที่ทำงานในเกรด 10-11 วัสดุนี้มีส่วนทางทฤษฎีและปฏิบัติในหัวข้อ "ทฤษฎีโครงสร้างของสารประกอบอินทรีย์โดย N.M. Butlerov อิทธิพลร่วมกันของอะตอมในโมเลกุล" คุณสามารถใช้การนำเสนอในหัวข้อนี้ได้

ดาวน์โหลด:

ดูตัวอย่าง:

ผลกระทบทางอิเล็กทรอนิกส์ในโมเลกุลของสารประกอบอินทรีย์

การแทนที่อะตอมไฮโดรเจนในโมเลกุลอัลเคนด้วยเฮเทอโรอะตอมใดๆ (ฮาโลเจน ไนโตรเจน ซัลเฟอร์ ออกซิเจน ฯลฯ) หรือกลุ่มทำให้เกิดการกระจายตัวของความหนาแน่นของอิเล็กตรอน ลักษณะของปรากฏการณ์นี้แตกต่างออกไป ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของเฮเทอโรอะตอม (อิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของมัน) และประเภทของพันธะที่อิทธิพลนี้แพร่กระจายไป

ผลอุปนัย

หากอิทธิพลขององค์ประกอบทดแทนถูกส่งโดยการมีส่วนร่วมของพันธะก็จะเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปในสถานะทางอิเล็กทรอนิกส์ของพันธบัตร โพลาไรเซชันนี้เรียกว่าผลอุปนัย (I)จะแสดงด้วยลูกศรไปในทิศทางของการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของอิเล็กตรอน:

CH 3 -CH 2 Cl,

ฮอค 2 -CH 2 Cl,

CH 3 -CH 2 COOH,

CH 3 -CH 2 ไม่ 2 ฯลฯ

ผลอุปนัยเกิดจากความต้องการของอะตอมหรือกลุ่มอะตอมในการจัดหาหรือดึงความหนาแน่นของอิเล็กตรอนออกไป ดังนั้นจึงสามารถเป็นบวกหรือลบได้ ผลอุปนัยเชิงลบจะแสดงโดยองค์ประกอบที่มีอิเลคโตรเนกาติตีมากกว่าคาร์บอนเช่น ฮาโลเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน และอื่นๆ รวมถึงกลุ่มที่มีประจุบวกในองค์ประกอบที่เกี่ยวข้องกับคาร์บอน ผลอุปนัยเชิงลบจะลดลงจากขวาไปซ้ายในช่วงเวลาหนึ่งและจากบนลงล่างในกลุ่มของระบบคาบ:

เอฟ > โอ > ยังไม่มีข้อความ

F > Cl > Br > เจ

ในกรณีขององค์ประกอบทดแทนที่มีประจุเต็ม ผลอุปนัยเชิงลบจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมที่จับกับคาร์บอน:

>โอ + - >> ยังไม่มี +

ในกรณีขององค์ประกอบเชิงซ้อน ผลอุปนัยเชิงลบจะถูกกำหนดโดยธรรมชาติของอะตอมที่ประกอบเป็นองค์ประกอบทดแทน นอกจากนี้ผลอุปนัยยังขึ้นอยู่กับลักษณะของการผสมข้ามพันธุ์ของอะตอม ดังนั้นอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมคาร์บอนจึงขึ้นอยู่กับการผสมข้ามพันธุ์ของออร์บิทัลของอิเล็กตรอนและการเปลี่ยนแปลงในทิศทางต่อไปนี้:

องค์ประกอบที่มีอิเล็กโตรเนกาติตีน้อยกว่าคาร์บอนมีผลอุปนัยเชิงบวก กลุ่มที่มีประจุลบสมบูรณ์ หมู่อัลคิล +I-เอฟเฟกต์ลดลงในชุด:

(CH 3 ) 3 C- > (CH 3 ) 2 CH- > CH 3 -CH 2 - > CH 3 - > H-

ผลอุปนัยขององค์ประกอบทดแทนจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อความยาวของสายโซ่เพิ่มขึ้น

ตารางที่ 1. ตารางสรุปองค์ประกอบย่อยและผลกระทบทางอิเล็กทรอนิกส์

เอฟเฟกต์เมโซเมอร์

การมีอยู่ขององค์ประกอบทดแทนที่มีอิเล็กตรอนคู่อิสระหรือมี p-orbital ว่างติดอยู่กับระบบที่มี p-electrons ทำให้เกิดความเป็นไปได้ในการผสม p-orbitals ขององค์ประกอบทดแทน (ว่างหรือว่าง) กับ p-orbitals และการกระจายซ้ำ ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในสารประกอบ เอฟเฟกต์นี้เรียกว่าความทรงจำ

การเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของอิเล็กตรอนมักจะไม่มีนัยสำคัญ และความยาวของพันธะยังคงไม่เปลี่ยนแปลงเลย การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจะถูกตัดสินโดยโมเมนต์ไดโพล ซึ่งมีเพียงเล็กน้อย แม้ว่าในกรณีที่มีผลกระทบจากการผันคำกริยาขนาดใหญ่ต่ออะตอมภายนอกของระบบคอนจูเกตก็ตาม

เอฟเฟกต์เมโซเมอริกแสดงด้วยลูกศรโค้งที่มุ่งสู่การเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของอิเล็กตรอน:

ขึ้นอยู่กับทิศทางของการกระจัดของเมฆอิเล็กตรอน ผลกระทบของ mesomeric อาจเป็นค่าบวก (+M):

และค่าลบ (-M):

ผลกระทบของ mesomeric เชิงบวก (+M) จะลดลงตามการเพิ่มขึ้นของอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมที่มีอิเล็กตรอนคู่เดียวเพิ่มขึ้น เนื่องจากแนวโน้มที่จะบริจาคอิเล็กตรอนลดลง เช่นเดียวกับการเพิ่มขึ้นของปริมาตรของอะตอม ผลเชิงบวกของ mesomeric ของฮาโลเจนจะเปลี่ยนไปในทิศทางต่อไปนี้:

F > Cl > Br > J (เอฟเฟกต์ +M)

กลุ่มที่มีอิเล็กตรอนคู่เดียวบนอะตอมที่ติดอยู่กับคอนจูเกตจะมีผลเชิงบวกต่อ mesomericระบบปี่:

NH 2 (NHR, NR 2 ) > OH (OR) > X (ฮาโลเจน)(+เอฟเฟกต์ M)

ผลเชิงบวกของ mesomeric จะลดลงหากอะตอมถูกสร้างพันธะกับกลุ่มตัวรับอิเล็กตรอน:

NH 2 > -NH-CO-CH 3

ผลกระทบเชิงลบของ mesomeric จะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มอิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมและถึงค่าสูงสุดหากอะตอมของตัวรับมีประจุ:

>ค=โอ + เอช >> >ค=โอ

การลดลงของเอฟเฟกต์ mesomeric เชิงลบจะถูกสังเกตหากกลุ่มตัวรับถูกรวมเข้ากับกลุ่มผู้บริจาค:

โค-โอ- 2 (–เอฟเฟ็กต์ M)

ตารางที่ 2. ตารางสรุปองค์ประกอบย่อยและผลกระทบทางอิเล็กทรอนิกส์

ไฮเปอร์คอนจูเกชันหรือซูเปอร์คอนจูเกชัน

ผลที่คล้ายกับมีโซเมอร์เชิงบวกเกิดขึ้นเมื่อไฮโดรเจนที่มีพันธะพหุคูณถูกแทนที่ด้วยหมู่อัลคิล เอฟเฟกต์นี้มุ่งตรงไปที่พันธะพหุคูณและเรียกว่าไฮเปอร์คอนจูเกชัน (ซูเปอร์คอนจูเกชัน):

เอฟเฟกต์นี้มีลักษณะคล้ายกับมีโซเมอร์ที่เป็นบวก เนื่องจากมันจะบริจาคอิเล็กตรอนให้กับระบบคอนจูเกต:

ซูเปอร์คอนจูเกชันลดลงตามลำดับ:

CH 3 > CH 3 -CH 2 > (CH 3 ) 2 CH > (CH 3 ) 3 C.

เพื่อให้ผลกระทบของไฮเปอร์คอนจูเกชันปรากฏ จำเป็นต้องมีอะตอมไฮโดรเจนอย่างน้อยหนึ่งอะตอมที่อะตอมของคาร์บอนที่อยู่ติดกับระบบ - หมู่เติร์ต-บิวทิลไม่แสดงผลกระทบนี้ ดังนั้นผลของ mesomeric จึงเป็นศูนย์

ตารางที่ 3. ตารางสรุปองค์ประกอบย่อยและผลกระทบทางอิเล็กทรอนิกส์

ดูตัวอย่าง:

การแก้ปัญหาเรื่องปฏิกิริยาของสารอินทรีย์

แบบฝึกหัดที่ 1 จัดเรียงสารตามลำดับความเป็นกรดที่เพิ่มขึ้น ได้แก่ น้ำ เอทานอล,ฟีนอล.

สารละลาย

ความเป็นกรดคือความสามารถของสารในการผลิตไอออนไอออนเมื่อแยกออกจากกัน+ .

C 2 H 5 OH C 2 H 5 O – + H + , H 2 O H + + OH – (หรือ 2H 2 O H 3 O + + OH – ),

ค 6 ชม. 5 โอ้ ค 6 ชม. 5 โอ – + ชม. +

ลักษณะที่เป็นกรดของฟีนอลที่แรงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับน้ำนั้นอธิบายได้จากอิทธิพลของวงแหวนเบนซีน อิเล็กตรอนคู่เดียวของอะตอมออกซิเจนจะเข้าสู่การผันด้วย-อิเล็กตรอนของวงแหวนเบนซีน เป็นผลให้ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนของอะตอมออกซิเจนเคลื่อนบางส่วนไปยังพันธะออกซิเจน-คาร์บอน (ในขณะที่เพิ่มความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในตำแหน่งออร์โธและพาราในวงแหวนเบนซีน) คู่อิเล็กตรอนของพันธะออกซิเจน-ไฮโดรเจนจะถูกดึงดูดเข้ากับอะตอมของออกซิเจนอย่างแรงมากกว่า

สิ่งนี้จะสร้างประจุบวกมากขึ้นบนอะตอมไฮโดรเจนของกลุ่มไฮดรอกซิล ซึ่งส่งเสริมการกำจัดไฮโดรเจนนี้ในรูปของโปรตอน

เมื่อแอลกอฮอล์แยกตัวออกไป สถานการณ์ก็จะแตกต่างออกไป พันธะออกซิเจน-ไฮโดรเจนได้รับผลกระทบจากเอฟเฟกต์ mesomeric เชิงบวก (การฉีดความหนาแน่นของอิเล็กตรอน) จาก C H 3 -กลุ่ม ดังนั้นจึงเป็นการยากที่จะทำลายพันธะ O–H ในแอลกอฮอล์มากกว่าในโมเลกุลของน้ำและฟีนอลด้วย

สารเหล่านี้จัดเรียงลำดับตามความเป็นกรด:

ค 2 ชั่วโมง 5 โอ้ 2 โอ 6 ชม. 5 โอ้

ภารกิจที่ 2 จัดเรียงสารต่อไปนี้ตามลำดับการเพิ่มอัตราการทำปฏิกิริยากับโบรมีน: เอทิลีน, คลอโรเอทิลีน, โพรพิลีน, บิวทีน-1, บิวทีน-2

สารละลาย

สารเหล่านี้ทั้งหมดมีพันธะคู่และจะทำปฏิกิริยากับโบรมีน แต่ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของพันธะคู่และองค์ประกอบทดแทนใดที่ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของอิเล็กตรอน อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะแตกต่างกัน พิจารณาสารทั้งหมดเหล่านี้เป็นอนุพันธ์ของเอทิลีน:

คลอรีนมีผลเสียต่อการเหนี่ยวนำ โดยดึงความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจากพันธะคู่ ดังนั้นจึงลดการเกิดปฏิกิริยา

สารสามชนิดมีส่วนประกอบของอัลคิลที่มีผลอุปนัยเชิงบวกดังนั้นจึงมีปฏิกิริยามากกว่าเอทิลีน ผลเชิงบวกของเอทิลและกลุ่มเมทิลสองกลุ่มนั้นมากกว่ากลุ่มเมทิลหนึ่งกลุ่มดังนั้นปฏิกิริยาของบิวทีน-2 ​​และบิวทีน-1 มีค่ามากกว่าโพรพีน

บิวทีน-2 ​​เป็นโมเลกุลที่สมมาตร และพันธะคู่ของ C–C นั้นไม่มีขั้ว ใน 1-บิวทีน พันธะจะถูกโพลาไรซ์ ดังนั้นสารประกอบโดยรวมจึงมีปฏิกิริยามากกว่า

สารเหล่านี้เรียงตามลำดับการเพิ่มอัตราการทำปฏิกิริยากับโบรมีนดังนี้

คลอโรเอทีน

ภารกิจที่ 3 กรดใดจะแข็งแกร่งกว่า: กรดคลอโรอะซิติก, กรดไตรคลอโรอะซิติกหรือกรดไตรฟลูออโรอะซิติก

สารละลาย

ความแรงของกรดจะยิ่งแรง ยิ่งแยก H ได้ง่ายขึ้น+ :

CH 2 ClCOOH CF 3 COO – + H +

กรดทั้งสามมีความแตกต่างกันตรงที่มีจำนวนสารทดแทนต่างกัน คลอรีนเป็นองค์ประกอบทดแทนที่มีผลเชิงลบต่อการเหนี่ยวนำที่ค่อนข้างรุนแรง (ดึงความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเข้าหาตัวมันเอง) ซึ่งช่วยลดพันธะ O–H อะตอมของคลอรีนสามอะตอมยังแสดงให้เห็นถึงผลกระทบนี้อีกด้วย ซึ่งหมายความว่ากรดไตรคลอโรอะซิติกจะแรงกว่ากรดคลอโรอะซิติก ในชุดของอิเลคโตรเนกาติวีตี้ ฟลูออรีนจะอยู่ในตำแหน่งที่รุนแรงที่สุด โดยเป็นตัวรับอิเล็กตรอนที่มากกว่า และพันธะ O–H จะอ่อนลงอีกเมื่อเทียบกับกรดไตรคลอโรอะซิติก ดังนั้นกรดไตรฟลูออโรอะซิติกจึงแรงกว่ากรดไตรคลอโรอะซิติก

สารเหล่านี้จะถูกจัดเรียงตามลำดับต่อไปนี้เพื่อเพิ่มความแรงของกรด:

CH2ClCOOH 3 ซีโอโอ 3 ซีโอโอ

ภารกิจที่ 4 จัดเรียงสารต่อไปนี้ตามลำดับความเป็นพื้นฐานที่เพิ่มขึ้น: อะนิลีน, เมทิลลามีน, ไดเมทิลลามีน, แอมโมเนีย, ไดฟีนิลามีน

สารละลาย

คุณสมบัติหลักของสารประกอบเหล่านี้เกี่ยวข้องกับคู่อิเล็กตรอนเดี่ยวบนอะตอมไนโตรเจน ถ้าความหนาแน่นของอิเล็กตรอนถูกปั๊มเข้าไปในคู่อิเล็กตรอนนี้ในสารหนึ่ง สารนี้จะเป็นเบสที่แรงกว่าแอมโมเนีย (ลองทำกิจกรรมเป็นหนึ่งเดียว) ถ้าความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในสารถูกดึงออกไป สารนั้นจะเป็น ฐานอ่อนกว่าแอมโมเนีย

อนุมูลเมทิลมีผลอุปนัยเชิงบวก (เพิ่มความหนาแน่นของอิเล็กตรอน) ซึ่งหมายความว่าเมทิลลามีนเป็นเบสที่แข็งแกร่งกว่าแอมโมเนีย และสารไดเมทิลลามีนนั้นเป็นเบสที่แข็งแกร่งกว่าเมทิลลามีนด้วยซ้ำ

วงแหวนเบนซีนจะดึงความหนาแน่นของอิเล็กตรอนมาสู่ตัวมันเองผ่านเอฟเฟกต์การผันคำกริยา (ผลการเหนี่ยวนำเชิงลบ) ดังนั้นอะนิลีนจึงมีเบสที่อ่อนกว่าแอมโมเนีย ส่วนไดฟีนิลามีนก็มีเบสที่อ่อนกว่าอะนิลีนด้วยซ้ำ

สารเหล่านี้จัดเรียงตามความเป็นพื้นฐาน:

ภารกิจที่ 5 เขียนแผนการขาดน้ำเอ็น-บิวทิล, เซค-บิวทิล และเติร์ต -บิวทิลแอลกอฮอล์ต่อหน้ากรดซัลฟิวริก จัดเรียงแอลกอฮอล์เหล่านี้ตามลำดับการเพิ่มอัตราการคายน้ำ ให้คำอธิบาย.

อัตราการเกิดปฏิกิริยาหลายอย่างได้รับผลกระทบจากความเสถียรของสารประกอบกลาง ในปฏิกิริยาเหล่านี้ สารตัวกลางคือคาร์โบแคต และยิ่งเสถียรมากเท่าไร ปฏิกิริยาก็จะยิ่งเร็วขึ้นเท่านั้น

คาร์โบไฮเดรตระดับตติยภูมิมีเสถียรภาพมากที่สุด แอลกอฮอล์เหล่านี้สามารถจำแนกตามอัตราการเกิดปฏิกิริยาคายน้ำได้เป็นลำดับต่อไปนี้:

โมเลกุลของสารประกอบอินทรีย์คือกลุ่มของอะตอมที่เชื่อมโยงเข้าด้วยกัน ในลำดับที่แน่นอนมักจะเกิดจากพันธะโควาเลนต์ ในกรณีนี้อะตอมที่ถูกพันธะอาจมีขนาดแตกต่างกัน อิเลคโตรเนกาติวีตี้. ปริมาณ อิเลคโตรเนกาติวิตีส่วนใหญ่กำหนดลักษณะพันธะที่สำคัญเช่นขั้วและความแข็งแรง (พลังงานของการก่อตัว) ในทางกลับกัน ขั้วและความแข็งแรงของพันธะในโมเลกุลจะกำหนดความสามารถของโมเลกุลในการเข้าสู่ปฏิกิริยาเคมีบางอย่าง

อิเล็กโทรเนกาติวีตี้ของอะตอมคาร์บอนขึ้นอยู่กับสถานะของการผสมพันธุ์ นี่เป็นเพราะการแบ่งปันส- วงโคจรในวงโคจรลูกผสม: มีขนาดเล็กกว่า y sp 3 - และอีกมากมายสำหรับ sp 2 - และ sp - อะตอมไฮบริด

อะตอมทั้งหมดที่ประกอบเป็นโมเลกุลนั้นเชื่อมโยงกันและมีอิทธิพลซึ่งกันและกัน อิทธิพลนี้ส่วนใหญ่ถูกส่งผ่านระบบพันธะโควาเลนต์โดยใช้สิ่งที่เรียกว่า เอฟเฟกต์อิเล็กทรอนิกส์

เอฟเฟกต์อิเล็กทรอนิกส์เรียกว่าการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในโมเลกุลภายใต้อิทธิพลขององค์ประกอบแทนที่/>

อะตอมที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะขั้วโลกจะมีประจุบางส่วน แสดงด้วยอักษรกรีกเดลต้า (ง ). อะตอม "ดึง" ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนส-เมื่อเชื่อมต่อไปในทิศทางเดียวกันจะได้ประจุลบง -. เมื่อพิจารณาอะตอมคู่หนึ่งที่ถูกพันธะกัน พันธะโควาเลนต์ยิ่งเรียกว่าอะตอมอิเลคโตรเนกาติวิตี้มากขึ้น ตัวรับอิเล็กตรอน. คู่หูของเขาส - พันธะจะมีการขาดดุลความหนาแน่นของอิเล็กตรอนที่มีขนาดเท่ากัน กล่าวคือ บวกบางส่วนค่าใช้จ่ายง +, จะถูกเรียก ผู้บริจาคอิเล็กตรอน.

การเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของอิเล็กตรอนตามสายโซ่ส-การเชื่อมต่อถูกเรียกว่า ผลอุปนัยและถูกกำหนดไว้ฉัน.

ผลอุปนัยจะถูกส่งผ่านวงจรพร้อมการลดทอน ทิศทางการเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนทั้งหมดส-การเชื่อมต่อจะแสดงด้วยลูกศรตรง

ผลอุปนัยเรียกว่าผลลบ (-ฉัน ) หรือบวก (+I) เครื่องหมายและขนาดของผลอุปนัยถูกกำหนดโดยความแตกต่างใน อิเลคโตรเนกาติวีตี้ระหว่างอะตอมของคาร์บอนที่ต้องการกับกลุ่มที่ก่อให้เกิดอะตอมนั้น

สารทดแทนที่ดึงอิเล็กตรอนออกมา เช่น อะตอมหรือกลุ่มของอะตอมที่เปลี่ยนความหนาแน่นของอิเล็กตรอนส-พันธะจากอะตอมคาร์บอนถึงตัวมันเองแสดงออกมา ผลอุปนัยเชิงลบ (- ฉัน-ผลกระทบ)

อิเล็กโทรดอนเนอร์สารทดแทนเช่น อะตอมหรือกลุ่มของอะตอมที่เปลี่ยนความหนาแน่นของอิเล็กตรอนไปเป็นอะตอมคาร์บอนให้ห่างจากตัวมันเอง ผลอุปนัยเชิงบวก(+I-เอฟเฟกต์)

เอฟเฟกต์ I แสดงโดยอนุมูลอะลิฟาติกไฮโดรคาร์บอน เช่น อนุมูลอัลคิล (เมทิล, เอทิล ฯลฯ ) กลุ่มการทำงานส่วนใหญ่แสดง -ฉัน -ผลกระทบ: ฮาโลเจน, หมู่อะมิโน, ไฮดรอกซิล, คาร์บอนิล, หมู่คาร์บอกซิล

ผลอุปนัยยังปรากฏให้เห็นในกรณีที่อะตอมของคาร์บอนที่ถูกพันธะแตกต่างกันในสถานะของการผสมพันธุ์

เมื่อผลอุปนัยของกลุ่มเมทิลถูกถ่ายโอนไปยังพันธะคู่ มือถือจะสัมผัสอิทธิพลของมันเป็นครั้งแรกพี—การเชื่อมต่อ.

อิทธิพลขององค์ประกอบทดแทนต่อการกระจายความหนาแน่นของอิเล็กตรอนที่ส่งผ่านพี—การเชื่อมต่อถูกเรียกว่า เอฟเฟ็กต์ความทรงจำ (M)เอฟเฟ็กต์ mesomeric อาจเป็นค่าลบและค่าบวกก็ได้ ในสูตรโครงสร้าง จะแสดงเป็นลูกศรโค้งโดยเริ่มต้นที่จุดศูนย์กลางของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนและสิ้นสุดที่จุดที่ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเปลี่ยนไป

การมีอยู่ของผลกระทบทางอิเล็กทรอนิกส์ทำให้เกิดการกระจายตัวของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในโมเลกุลและการปรากฏตัวของประจุบางส่วนในแต่ละอะตอม สิ่งนี้จะกำหนดปฏิกิริยาของโมเลกุล