Электронное и пространственное строение органических соединений

ЭЛЕКТРОННОЕ И ПРОСТРАНСТВЕННОЕ СТРОЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ [c.30]

Только после создания рентгено- и электронографического методов определения абсолютных значений геометрических параметров и форм молекул, а также применения для этой цели спектроскопии химики-органики смогли получить детальную и, главное, убедительную картину пространственного строения органических соединений. К тому же электронно-вычислительные машины необычайно расширили возможности рентгенографии. [c.196]

На втором месте по значению находилось применение этих методов для объяснения и расчета пространственного строения органических соединений. В связи с этим были введены и в методе валентных связей, и в методе молекулярных орбиталей понятия о порядках связей. Для трактовки химических свойств органических соединений кроме порядков связей были предложены новые теоретические характеристики атомов свободные валентности или индексы свободной валентности . Структурные формулы с обозначением численных значений порядков связей и свободных валентностей получили название молекулярных диаграмм. Уже в 30-х, а затем все более и более интенсивно с середины 40-х годов оба метода квантовой химии стали применять для расчета электронных характеристик (зарядов) сначала атомов, а затем и связей и для построения электронных диаграмм органических соединений аналогичных молекулярным. [c.77]

Первые электронные теории строения органических соединений были основаны на понятии ионной связи и, следовательно, закономерно сошли со сцены. Но их авторы в свое время придавали им преувеличенное значение. И, например, тот вытекавший из электростатической электронной теории вывод, что двойная связь может быть образована двумя путями С 1 С и С С, где стрелки означают переход электрона от одного атома к другому, Фальк и Нельсон в 1909 г. [Б И, стр. 33 и 35] трактуют как возможность объяснения изомерии этиленовых соединений и не прибегая к понятию о различных пространственных конфигурациях. Беркенгейм, автор еще более широкой электронной теории того же типа, вопроса о объяснении геометрической изомерии, однако, не поднимает даже в параграфе о сущности двойной и тройной связи [28, стр. 55 и сл.], но четыре валентных электрона атома углерода располагает в вершинах правильного тетраэдра. [c.167]

Минуло еще 75 лет успешного развития стереохимии. Она обогатилась электронными и квантовохимическими представлениями. Созданы конформационный анализ и динамическая стереохимия. Плодотворно развивается учение о пространственном строении органических радикалов, ионов и переходных комплексов. Богатый теоретический и экспериментальный материал по изучению пространственного строения соединений нашел широкое практическое применение. Ничто из того, что было получено стереохимией XX в., не поколебало основных понятий классической теории Вант-Гоффа. Они и сейчас, как устои, держат мост, который соединяет прошлое и настоящее, настоящее и будущее стереохимии. [c.238]

Ни в одном из опубликованных руководств по дипольным моментам не был изложен систематически расчетный аппарат метода, необходимый для структурной интерпретации результатов определений. По нашему мнению, отчасти по этой причине нередко можно было встретиться с представлением об излишней ограниченности метода при изучении тонких особенностей пространственного и электронного строения органических соединений. Материал, собранный в главе III, должен в известной мере восполнить отмеченный [c.3]

В предыдущих главах использовались структурные формулы, в которых ковалентные химические связи изображались линиями или парами точек, обозначавшими пары электронов. Такие формулы позволяют изучить и понять многое в химии органических сочинений но гораздо большего понимания можно достигнуть при более глубоком рассмотрении того, каким образом химическая связь связана с электронным строением атома и электрическими силами, действующими между электронами и ядрами. В результате становится возможным объяснить величину валентных углов в органических соединениях и предсказать их. Рассмотрение связей и валентных углов было отложено до настоящей главы по той причине, что эти вопросы обычно лучше воспринимаются после некоторого ознакомления с особенностями пространственного строения органических молекул и концепциями углового напряжения и пространственных препятствий. [c.146]

Таким образом, нет ни малейшего сомнения в огромной важности теории строения органических соединений для органической химии, а вместе с тем и для многочисленных приложений, как в смежных науках, так и в технике. Перефразируя слова Бутлерова факты без теории — не наука , можно сказать органическая химия без теории строения — не наука . Термин строение имеет только один недостаток — чисто лингвистический от слова строение нельзя произвести соответствующего прилагательного в этом отношении удобнее синонимичный термин структура . Поэтому дальше мы будем говорить в одном и том же смысле о структурной теории и о теории строения . Правильнее даже употреблять термин общая структурная теория или структурная теория в органической химии , потому что теория химического строения, теория пространственного строения (стереохимия) и теория электронного строения органических соединений — все они также структурные теории [c.344]

Органические соединения остальных переходных элементов. Переходные элементы остальных (кроме ПБ) побочных подгрупп периодической системы в проявляемых их атомами степенях окисления имеют незавершенные электронные -подоболочки предвнешнего уровня. Поэтому, наряду с образованием ординарной полярной ковалентной связи с углеродом за счет вклада внешних з- и р-орбиталей, они способны образовывать совершенно иные по строению и свойствам соединения за счет участия ( -орбиталей. В таких соединениях металл можно так же, как и соединения магния, бора, алюминия (см. выше), считать координационно ненасыщенным. Данная ненасыщенность металла теперь определяется наличием вакантных орбиталей не только на внешнем, но и на втором снаружи энергетических уровнях его атома. Природа вакантных орбиталей атома переходного элемента также отличается от орбиталей в- и р-элементов. Симметрия и пространственная протяженность -орбиталей переходного элемента позволяет им эффективно перекрываться с орбиталями большего числа атомов и удаленных на большее расстояние от металла, чем это возможно для з-или р-элемента. Поэтому часто органические соединения переходных металлов являются комплексными. С примерами таких комплексных элементоорганических соединений мы уже встречались ферроцен, дибензолхром, хелаты и др. (разд. 13.4). [c.599]

Электронное и пространственное строение. В органических соединениях углерод в основном находится в возбужденном состоянии (2з 2р% возбуждение — явление, сопровождающееся разъединением спаренных 2х-электронов, т. е. в возбужденном состоянии атом углерода имеет четыре неспаренных электрона. Это позволяет присоединить, например, 4 атома водорода. [c.185]

Циклобутадиен (IV)—одно из самых интригующих органических соединений. Это простейшая циклическая сопряженная система с четным числом я-электронов, однако электронное и пространственное строение циклобутадиена до настоящего времени составляет предмет оживленной теоретической дискуссии [c.215]

С современной точки зрения основные положения теории строения требуют некоторого дополнения — указания о пространственном и электронном строении. Тогда в пункте 2 основных положений теории строения следует подчеркнуть, что свойства органических соединений определяются составом их молекул, а также их химическим, пространственным и электронным строением. [c.276]

Рассмотренные в этой главе методологические вопросы теоретического конформационного анализа были разработаны для исследования пространственного строения низкомолекулярных органических соединений. Что же касается нашей темы - структурной организации белков, то задача такого масштаба перед расчетным методом не ставилась, и поэтому многие важнейшие вопросы, вставшие на пути к априорному расчету нативных конформаций белковых макромолекул, остались незатронутыми. Так, даже в принципе не была обсуждена сама возможность использования классического подхода, предполагающего независимость электронного и конформационного состояний молекулы. Если считать справедливыми изложенные в этой главе бифуркационную и физическую теории структурной организации белка, то доказательство применимости механической модели к данному объекту является самой главной и прежде всего требующей ответа задачей. Однако принципиальная возможность использования полуэмпирического конформационного анализа в исследовании белков также еще не предопределяет положительного решения других вопросов. Необходима методология, специально разработанная для расчета пространственного строения белковых молекул. Верхним пределом применимости изложенного метода конформационного анализа, как показано ниже, являются лишь три- и в простейших случаях тетра- и пентапептиды. Таким образом, второй важнейший вопрос на пути к решению проблемы структурной организации белка заключается в создании специфического методологического подхода, в который существующий метод конформационного анализа вошел бы как составная часть. [c.107]

Система понятий о закономерностях химических реакций в органической химии наполняется своим особым содержанием. Например, при развитии понятия скорость химических реакций , помимо влияния изученных ранее факторов, отмечается еще влияние энергии связи, а также электронного и пространственного строения на скорость реакции. При изучении катализа в органической химии учащимся сообщают о теории промежуточных соединений, о действии ферментов и т. д. [c.279]

Характеристика каждого класса органических соединений включает особенности электронного и пространственного строения соединений данного класса, закономерности изменения физических и химических свойств в гомологическом ряду, номенклатуру, виды изомерии, основные типы химических реакций и их механизмы. [c.503]

Спектроскопия ЯМР имеет на сегодняшний день наиболее богатый и успешный опыт установления как химической структуры индивидуальных органических соединений природного и синтетического происхождения, так и деталей их электронного и пространственного строения Рассмотрим, опираясь на этот опыт, основные предпосылки использования метода для количественного анализа многокомпонентных природных объектов. [c.9]

В повседневной практике химика-органика несравненно большее значение имеют спектроскопические методы, и здесь на первое место выдвинулся (открыт в 1946 г.) метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР), основанный на взаимодействии магнитных моментов ядер (например, ядра водорода) с внешним магнитным полем. Метод протонного магнитного резонанса дает исчерпывающие сведения о химической природе, пространственном положении и числе атомов водорода в молекуле и тем самым о ее строении. Методы инфракрасной (ИКС) и электронной спектроскопии в ультрафиолетовой и видимой областях спектра, а также спектров комбинационного рассеяния света (СКР) выявляют функциональные группы, распределение электронной плотности, пространственное строение молекул органических соединений. Метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) для определения природы свободных радикалов, образующихся при химических реакциях, обусловлен взаимодействием неспаренного электрона парамагнитного соединения со внешним магнитным полем. Масс-спектроскопия (спектрометрия) путем определения массы и относительных количеств ионов, возникающих при бомбардировке электронами молекул, исследует их строение. Метод дипольных моментов устанавливает конфигурацию молекул и отчасти распределение в них электронной плотности. Повысился интерес исследователей к методу полярографии органических соединений (изучение пространственного строения, кинетики, таутомерии и т. д.). Большое значение имеет исследование термодинамических свойств органических соединений (например, при оценке их взрывчатых свойств). [c.10]

Содержание современного курса органической химии весьма велико по объему и достаточно сложно. В связи с этим следует еще раз напомнить о том, что основой успешного усвоения материала является в первую очередь глубокое понимание теории химического строения А. М. Бутлерова, что позволит читателю сознательно подойти к каждой структурной формуле органического соединения и по ней представить себе его физические и химические свойства. В то же время надо всегда помнить о том, что только по одной структурной формуле, верно, но не всегда полно отражающей действительное строение молекулы, нельзя представить себе такие важные факторы, влияющие на свойства молекулы, как, например, ее электронное строение, пространственное расположение атомов в ней и др. [c.393]

Метод ЯМР — наиболее мощный из применяемых в настоящее время методов исследования органических соединений. Он дает информацию не только о химическом и пространственном строении вещества, но часто позволяет экспериментально оценить электроотрицательность отдельных групп, направление и силу индукционных и мезомерных электронных сдвигов. [c.481]

Пространственное и электронное строение углеводородов ряда метана. Теория химического строения А. М. Бутлерова раскрыла последовательность соединения атомов в молекуле органического соединения, в частности углеводородов. Эта последовательность выражается химическим строением молекулы органического соединения. Двухатомные молекулы линейны, так как перекрывание электронных облаков при образовании связи происходит по прямой, соединяющей ядра обоих атомов. Для многоатомных молекул, в частности молекул метана, характерна геометрическая, простран- [c.242]

Правда, для завершения такой истории структурной теории нужна была бы еще специальная глава об установлении зависимостей между строением (химическим, пространственным и электронным) органических соединений и различными (химическими, физико-химическими и физическими) их свойствами, начиная с последней четверти прошлого века и до наших дней, но разработка этой темы скорее относится к истории физической органической химии. [c.5]

Обнаружение функциональных груни в молекуле ранее неизвестного соединения также не представляет в настоящее время иринцини-альных трудностей. Значительно сложнее, однако, получить информацию о строении углеродного скелета. Для этого следует провести химическую деструкцию соедииеиия и идентифицировать образующиеся осколки. Так, озонирование и последующее разложение образующихся озонидов позволяет определить положение кратной связи у большого числа алкенов. В качестве других примеров подобного рода следует упомянуть химическую деградацию альдоз (см. раздел. 3.1.1) или деструкцию алкалоидов (см. раздел 2.3.4). Однако химические методы зачастую требуют очень много времени и на их осуществление необходимы относительно большие количества вещества. В связи с интенсивным развитием приборной техники за последние 20 лет получил широкое распространение целый ряд спектральных методов оиределения строения органических соединений, такие как инфракрасная спектроскопия (ИК), раман-снектроскония, электронная спектроскопия (УФ- и видимая области), снектроскония ядерного магнитного резонанса (ЯМР), спектроскопия электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), масс-сиектрометрия (МС), рентгенография, электронография и т.д. Эти методы часто в значительно более короткие сроки позволяют получить информацию о структуре и пространственном строении молекулы. Их распространение зачастую сдерживается лишь весьма высокой стоимостью приборов. В рамках настоящего учебника будут обсуждены основы важнейших из этих методов, и на некоторых примерах будет продемонстрирована получаемая с их помощью информация. Более глубоко с этим вопросом можно познакомиться в специальной литературе. [c.36]

Обратимся теперь к современной стереохимии. Рассмотрим в первую очередь ее, если можно так сказать, параметрический аспект. Методы изучения геометрии молекул дали очень много материала по межатомным расстояниям и валентным углам. В связи с этим появились феноменологические обобщения этого материала при помощи эмпирических формул, путем установления зависимостей между этими параметрами и типами и подтипами связей, а также посредством аддитивных схем, построенных на понятиях ковалентного и вандерваальсова радиуса. Те же физические методы исследования позволили установить, например, и строение наиболее устойчивых поворотных изомеров, обусловленных существованием потенциалов торможения вокруг простой С — С- связи, и даже величину этих потенциалов. С другой стороны, те же методы вместе с совокупностью данных, полученных химическими способами исследования, позволили далеко продвинуть вперед учение о конформациях циклогексана, его производных и других алициклов и подготовить почву для введения конформационного анализа, занимающегося изучением Зависимости свойств молекул от строения преимущественных конформаций. Далее, было установлено искажение требуемого классическими или даже электронными теориями копланарного строения многих типов соединений. Сюда относится отступление от копланарности алициклов — циклобутана и циклопентана — и молекул с сопряженной системой связей, причем характер такого искажения,например,в случае дифенила,бензфенантрена,гексаметилбензола и их аналогов неодинаков и обусловлен игрой различных структурных факторов. Характерной чертой, в буквальном смысле слова, современной стереохимии является также изучение пространственного строения органических радикалов и ионов, а также, хотя и в меньшей степени — здесь больше гипотез, и переходных комплексов. [c.353]

Большие изменения претерпели и разделы органической химии. Классическая теория строения элементов А. М. Бутлерова дополнена представлениями о пространственном строении молекул. С новых позиций рассматривается номенклатура и изомерия органических соединений. Особое внимание уделено применению электролной теории в органической ХИМИИ. Дается понятие об электронном строении простых и кратных- связей, бензольного ядра, функциональных групп. Переработана и дополнена глава Углеводы . Дается пред- [c.3]

Выдающееся значение проблемы электронного и пространственного строения молекулы бензола хорошо известно. Особая термическая устойчивость бензола и его производных, стремление молекул этих соединенир сохранять в различного рода химических превращениях неизменной свою главную структурную единицу — шестичлсиное сопряженное кольцо — привели к выделению этих соединений в самостоятельный широко разветвленный класс ароматических соединений. Сопряженные циклические углеводороды и гетероциклические соединения, характеризующиеся свойствами, подобными бензолу термодинамической стабильностью и склонностью к реакциям замещения, а не присоединения или расщепления, получили название бензоидных, а соединения, ие обладающие этими свойствами,— небензоидных. Наконец, еще более общее и концептуально важное понятие органической химии — ароматичность— также выведено из анализа свойств бензола и его аналогов. [c.220]

Каждый из разделов сборника включает задачи и упражнения по изомерии, структуре, номенклатуре [рациональной и современной международной (1иРАС)], синтезу и анализу органических соединений и моделированию пространственных структур. Учитывая общие тенденции развития преподавания органической химии, а также характер программы и указанного учебного пособия, авторы помимо задач традиционного типа включили определенную часть упражнений теоретического плана (электронное и пространственное строение соединений, механизмы реакций, связ строения и реакционной способности вен еств). В виде домашних заданий и кружковой работы рекомендуется изготовление пространственных моделей молекул изготовленные модели могут быть затем использованы как иллюстративны материал на зэнятиях. [c.4]

Основное положение теории химического строения, четко сформулированное А. М. Бутлеровым, требует с наших современных позиций лишь небольшого дополнения, чтобы остаться вполне приемлемым для науки конца XX в. физические и химические еаойстаа органических соединений определяются составом их молекул, а также химическим, пространственным и электронным строением. [c.33]

На основе описанных ранее электронного и пространственно строения и общих принципов реакционной способности важне щих функциональных производных органических соединений настоящей главе рассмотрено строение и свойства органическ веществ, участвующих в метаболизме. Подавляющее больщи ство этих веществ принадлежит к полифункциональным или г терофункциональным соединениям (см. 1.1). Ниже приведен функциональные группы, наиболее часто встречающиеся у соед нений, участвующих в процессах жизнедеятельности. [c.230]

Огромное число химических соединений (например, практически все органические молекулы) образованы ковалентными связями, которые являются направленными. Благодаря этому молекулы с ковалентной связью имеют вполне определенное геометрическое (пространственное) строение. Геометрию (структуру) молекул в первую очередь определяют электронные конфигурации атомов, образующих молекулу для объяснения структуры многих молекул оказывается очень важным понятие гибридизации атомных орбита-лей (зр , зр , зр и др.). Структура молекул, в свою очередь, определяет полярность молекулы (не путать с полярностью отдельной химической связи ), количественно выражаемую диполъным моментом. Для оценки полярности связи очень полезным оказалось понятие электроотрицательности (ЭО) атомов. Л. Полинг определил ЭО как способность атомов в молекуле притягивать электроны. [c.31]

Основные задачи выделение в индивидуальном состоя -нии изучаемых соединений с помощью кристаллизации, перегонки, различных видов хроматографии, электрофореза, ультрафильтра-цни, ультрацентрнфугирования, противоточного распределения и т. п. установление структуры, включая пространственное строение, на основе подходов органической и физико-органической химии с применением масс-спектрометрии, различных видов оптической спектроскопии (ИК, УФ, лазерной и др.), рентгеноструктурного анализа, ядерного магнитного резонанса, электронного парамагнитного резонанса, дисперсии оптического вращения и кругового дихроизма, методов быстрой кинетики и т. п. в сочетании с расчетами на ЭВМ химический синтез и химическая модификация изучаемых соединений, включая полный синтез, синтез аналогов и производных,— с целью подтверждения структуры, выяснения связи строения и биологической функции, получения практически ценных препаратов биологическое тестирование полученных соединений in vilro и in vivo. [c.11]

В основе учебника лежит курс органической химии, излагаемый по классам. Взаимоотношения между классами органических соединений столь многообразны, что практически любая последовательность классов, избираемая авторами современных учебников, с одной стороны, может быть логично обоснована, а с другой - правомерно оспорена. Однако независимо от последовательности изучения химиц отдельных классов студент должен освоить прежде всего грамматику органической химии познакомиться с классификацией и номенклатурой органических соединений, получить начальные знания о пространственном и электронном строении соединений с ковалентной связью, о типах разрыва ковалентных связей и классификации органических реакций. Все эти знания читатель может получить в главе 1 учебника, где они изложены на примере простейших реакций между кислотами и основаниями. Кислотно-основные реакции избраны для этой цели неслучайно. Согласно современным представлениям о природе кислот и оснований, подавляюш ее большинство органических реакций включает кислотно-основные взаимодействия, по крайней мере в качестве отдельных стадий. [c.7]

Поразительно, что еще в XIX в. химики сумели ввести такие понятия о структуре вещества, которые хорошо согласуются с современными представлениями, основанными на квантовой теории химической связи и на непосредственном определении структуры соединений методами дифракции электронов или нейтронов либо при помощи рентгеноструктурного анализа. Еще более поразительно то, что в появившейся в 1916 г. теории Косселя и Льюиса решающая роль в развитии представлений о возникновении химической связи отводилась электронам. (Напомним, что электрон был открыт Томсоном лишь за 19 лет до этого и что всего пятью годами раньше Резерфорд предложил планетарную модель атома.) Основными понятиями этой весьма успешной и продуктивной теории были электровалентность и ковалентность— качественные представления, которые до настоящего времени хорошо служат химии. На указанных представлениях о химической связи основана теория мезомерного и индуктивного эффектов, которая успешно применялась для объяснения данных, полученных в органической и неорганической химии (Робинсон, Ингольд, Арндт, Эйстерт). Несомненно также важное значение работ выдающихся ученых прошлого Кекуле, Купера, Бутлерова, Вернера и (по пространственному строению) Ле Бела и Вант Гоффа. [c.11]

Научные исследования посвящены теории дифракции электронов и рентгеновских лучей, структурному анализу кристаллов, изучению строения белковых молекул. Один из создателей метода структурной электронографии и ее теоретических основ (1950). Определил положение водородных атомов в ряде кристаллов и расшифровал структуру многих комплексных органических соединений. Под его руководством осуществлена расшифровка пространственной структуры растительного белка леггемо-глобина (1975), ферментов асиар-таттрансамииазы (1978), каталазы [c.94]

Основное положение теории строения, четко сформулированное самим Бутлеровым, требует с наших современных позиций лишь небольшого дополнения физические и химические свойства органических соединений определяются составом их молекул, а также химическим, пространственным и электронным строением. От классической бутлеровской формулировки это определение отличается лишь заменой устаревших вьфа-жений на более современные и введением упоминания об электронном и пространственном строении. [c.272]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология