Тетраэдрическая конфигурация углеродного атома

В молекуле этана атомы углерода связаны с атомами водорода и друг-с другом ковалентными связями (а-связями). Это обусловливает тетраэдрическое расположение заместителей, причем угол между направлениями, о-связей (валентный угол) составляет 109° 28. Двойная связь осуществляется двумя парами электронов, принадлежащими связываемым углеродным ато.мам. Одна пара электронов при этом образует обычную ковалентную а-связь, вторая пара — л-связь. Особая конфигурация электронного облака л-связи обусловливает фиксированное направление остальных четырех ковалентных а-связей при двух углеродных атомах. Эти связи расположены в одной плоскости под углом 120° относительно друг друга и относительно направления а-связи между атомами углерода, связанными двойной связью. [c.54]

Кристаллические структуры, частицы которых соединяются друг с другом в результате обобществления электронных пар, относятся к совершенно иному типу твердых веществ, называемых ковалентными кристаллами. Силы взаимодействия между атомами в таких кристаллах аналогичны силам, действующим между атомами в ковалентных молекулах, как, например, СО2, ССЦ или КНз. Однако ковалентные кристаллы в отличие от молекул простираются на несравненно большие расстояния во всех трех измерениях, и поэтому говорят, что в них существует протяженный трехмерный каркас ковалентных связей между соседними атомами. Наиболее известным представителем ковалентных кристаллов является алмаз (рис. 10.16). В кристаллической структуре алмаза каждый атом углерода ковалентно связан с четырьмя соседними атомами углерода, располагающимися вокруг него в тетраэдрической конфигурации. Ориентация четырех возникающих в этом случае связей ничем не отличается от существующей в молекулах с простыми углерод-углеродными связями, поэтому весь кристалл алмаза можно рассматривать как одну молекулу. Поскольку протяженность системы углерод-углеродных связей в алмазе чрезвычайно велика, этот кристалл и подобные ему кристаллические ковалентно связанные вещества иногда называют гигантскими молекулами. [c.179]

Химическое поведение насыщенных углеводородов определяется характером и прочностью имеющихся в их молекулах связей. Устойчивость углерод-углеродной (С—С) связи обусловлена малым размером атома углерода и его тетраэдрической конфигурацией в состоянии 5р -гибридизации, что способствует максимальной концентрации электронного заряда между ядрами. Прочность угле-род-водородной (С—И) связи объясняется тем, что при ее образовании sp -орбиталь углерода подходит близко к ядру атома водорода, так как атом водорода в отличие от атомов других элементов не имеет внутренних электронов, которые могли бы отталкивать электронный заряд атома углерода. а-Связь в молекулах алканов мало поляризована вследствие близкой электроотрицательности углерода и водорода (2,5 и 2,1 соответственно). В силу этого предельные углеводороды — вещества мало полярные и трудно поляризуемые. Они не проявляют склонности к гетеролитическому разрыву. Атаки нуклеофильных и электрофильных реагентов затруднены, поэтому к ионным реагентам парафины устойчивы. На них не действуют концентрированные кислоты (азотная, серная и др.),. расплавленные и концентрированные щелочи, обычные окислители (перманганат калия, хромовая смесь). Металлы, даже щелочные, не вытесняют водород из этих соединений. Эти свойства используются на практике, например щелочные металлы хранят в керосине, различные металлические изделия с целью предохранения их от коррозии покрывают смазочными маслами, концентрированную серную кислоту и концентрированные щелочи используют для очистки нефтепродуктов и др. [c.55]

Уже рассмотрение этого уравнения показывает, что реакция не может быть простой, так как должна включать по крайней мере два перехода протона. Изучение механизма этого процесса дополнительно осложняется тем, что углеродный атом переходит при этом из тетраэдрической конфигурации, соответствующей хр -гибридизации, в плоскостное состояние, характерное для карбонильной группы. Изменение углов особенно сказывается при изучении влияния заместителей на эту реакцию. [c.19]

Такое состояние с двумя полными положительными зарядами на соседних атомах азота неустойчиво. Поскольку каждый азот приобретает тетраэдрическую конфигурацию, противоположные (пара-) концы бензольных ядер сближаются друг с другом. Для гомолитического разрыва связи Ы—N требуется по одному дополнительному электрону на каждый атом азота. Эти электроны доставляются от пара-углеродных атомов, которые в свою очередь приобретают свободнорадикальный характер. Бензольные ядра спаиваются своими пара-углеродными свободно-радикальными атомами в систему дифенила [c.74]

Эти функции, подобно < >1 и г, имеют максимальные значения, равные 2,0, в направлениях, образующих тетраэдрические углы как между собой, так и с направлениями, соответствующими максимальным значениям двух других связывающих собственных функций. Поэтому ясно, что комбинация, или гибридизация, х- и р-орбит, приводя к образованию так называемых тетраэдрических орбит, составляет кваптовомеханиче-скую основу хорошо известной тетраэдрической конфигурации углеродного атома, встречающейся в алмазе и в алифатических соединениях. Значение валентных углов будет, повидимому, точно совпадать с величиной угла правильного тетраэдра только в том случае, когда углеродный атом связан с четырьмя одинаковыми атомами или группами. Если же группы различны, то углы могут отличаться в небольшой степени от идеального значения 109° 28. [c.128]

Тип подхода предопределяется кулоновским и стереохимич. взаимодействием и зависит в значительной степени от среды и структурных особенностей мономера. Изменение структуры мономера и среды оказывает значительное влияние на стереорегулярность полимера. Тип атаки может меняться при изменении условий реакции. Растущий радикал или ион предположительно имеет плоскую или близкую к ней структуру. Следовательно, в свободной форме активный центр должен свободно вращаться вокруг своей оси, что приводит к равной вероятности присоединения очередного мономерного звена в цис- или тракс-положение. После присоединения очередного мономерного звена этот углеродный атом изменяет свою конфигурацию на тетраэдрическую с фиксацией изо- или сииймо-изомера. Согласно Фордхэму, вероятность присоединения в изо- и синдио-положения определяется соответственно ур-ниями [c.260]

ОЭ может образовывать Н-связи с протоподонорными молекулами, как со стороны гетероатома, так и по линии связи углеродных атомов. Из расчетов также следует, что кислородный атом эпоксицнкла имеет тенденцию к взаимодействию с дву.мя электрофилами и образованию тетраэдрической конфигурации своих связей. Таким образом, в первую сольватную оболочку ОЭ в кисло-водной среде должно входить две молекулы. [c.8]

В отличие от процессов, протекающих по механизму Sn2b жирном ряду (стр. 111), при которых происходит одновременное присоединение заместителя и отщепление замещающей группы, при реакциях обычного нуклеофильного замещения в ароматическом ряду образуется метастабильный промежуточный продукт, в котором замещаемый атом и новый заместитель одновременно связаны с бензольным кольцом. Образование этого продукта сопровождается потерей бензольного сопряжения и, следовательно, устойчивости. Бензольное сопряжение заменяется сопряжением пентадиенат-ного иона. Углеродный атом, при котором происходит замещение, приобретает тетраэдрическую конфигурацию [c.408]

Протона к различным ароматическим углеводородам в присутствии жидкого НР. На рис. 8 изображена масштабная модель 1,2-бензантрацена, в которой окружностями обозначены вандерваальсовы сферы для Н и СНз. Очевидно, что в исходной молекуле имеется перекрывание в положениях 9 и Г и что метильные группы в положениях 5 и 8 будут вызывать дополнительное перекрывание в реакционноспособных мезо-положениях 9 и 10. Предположим, что протон присоединился в положении 9. При этом углеродный атом должен стать тетраэдрическим. Но при тетраэдрической конфигурации два водородных атома лежат заведомо вне плоскости молекулы, вне пределов досягаемости вандерваальсовых сфер в положениях 8 и V. Таким образом, если первоначально имело место перекрывание, то изменение углеродного [c.78]

Классическая теория пространственных затруднений проста, и основная идея ее правильна. Однако в течение 50 лет эта идея, несмотря на многие дополнительные данные, не развивалась далее, что объясняется глубокими причинами. Приблизительно с 1890 по 1940 г. пространственные затруднения рассматривались только с геометрической точки зрения при этом неправильно ограничивались нормальными молекулами и в основном тетраэдрической моделью атома углерода. Пространственные затруднения как кинетическое явление связаны, с одной стороны, с начальным состоянием исходных реагентов, а с другой — с переходным состоянием реакции именно последнее играет решаюш ую роль в тех случаях, когда в этой стадии необходимо геометрически сблизить между собой большее число атомов, чем в любой обычной молекуле в исходном состоянии. Пространственное строение пере-ходпого состояния другое, чем у обычных молекул как отмечалось, углеродный атом в зоне реакции не обязательно соответствует тетраэдрической модели. Только с того времени, как подробное изучение вальденовского обраш ения раскрыло конфигурации переходного состояния при различных механизмах реакции (разд. 7), появилась возможность рассматривать пространственные затруднения с геометрически правильной точки зрения. Пространственные затруднения зависят от пространственной ориентации реакции, последняя же зависит от механизма реакции. Легко понять, почему изучение пространственных затруднений, как и пространственной ориентации, не могло быть успешным вплоть до 1935 г., когда впервые было получено достаточное количество данных о механизме реакций и в связи с этим появилась возможность рассматривать эти явления. [c.448]

Гибридизация одной s- и трех р-орбиталей (sp -гибридизация), как уже указывалось, объясняет валентности углеродного атома. Образование sp -гибридных связей характерно также и для аналогов углерода — кремния и германия валентности этих элементов также имеют тетраэдрическую направленность. Может возникнуть вопрос — если гибридные орбитали обеспечивают большую концентрацию электронного облака между ядрами и, следовательно, более прочную связь, то почему они не возникают в НаО л NH3 На да шый вопрос следует ответить, что направленность связей в этих соединениях также можно объяснить sp -гибридизацией. Такой подход является даже более точным, чем изложенный на стр. 161 и 162. Не следует, однако, забывать, что оба подхода являются приближенными. При образовании молекулы HjO атом кислорода люжет приобретать конфигурацию наружного слоя где Ф2, Фз и — sp -гибридные волновые функции верхние индексы указывают количество электронов, занимающих данную орбиталь. Таким образом, две из четырех гибридных орбиталей атома кислорода заняты неспаренньши электронами и могут образовать химические связи угол между этими связями должен составлять 109,5°. Это значение ближе к экспериментальному (104,5°), чем величина 90°, даваемая схемой, рассмотренной на стр. 161. Однако если на стр. 161—162 пришлось объяснять отклонение теоретической величины от экспериментальной для молекулы HjO, то здесь нужно объяснить, почему углы между связями у аналогов воды HjS, HaSe и НаТе заметно отличаются от 109,5°. Это объясняется действием ряда факторов. В частности, в соединениях, содержащих большие атомы, связь слабая и выигрыш энергии в результате образования связи гибридными орбиталями не компенсирует некоторое возрастание энергии s-электронов, обусловленное их переходом на sp -гнбридные орбитали. Это препятствует гибридизации. Кроме того, как показали точные расчеты, при образовании связи Э—Н 25-орбитали кислорода (и азота) сильнее перекрываются с ls-орбиталями водорода, чем 2р-орбита-ли. Для аналогов кислорода, наоборот, сильнее перекрываются р-орбитали. Это обусловливает больший вклад s-состояний (гибридизацию) в образование химической связи в молекуле Н О, чем в ее аналогах. Поэтому валентные углы в H2S, HjSe и НаТе близки к 90°. [c.168]

В некоторых рассматривавшихся вьппе экзотических структурах (например, в кубанеидр.), несмотря на значительные искажения валентных углов, 5р -угле-родные атомы сохраняют свою пусть и искаженную, но все-таки близкую к тетраэдрической, пирамидальную конфигурацию. Идя далее по пути искажения канонического углеродного тетраэдра, человеческая любознательность вызвала к жизгш такой вопрос можно ли поместить 5/ -атом углерода в такое положение молекулы, где он вьшуждето примет плоскую конфигурацию [как переходное состояние рацемизации, представленное на схеме 4.45 (В)][22а] Размышления, вызванное таким детским любопытством , привели к дизайну молекулярных конструкций, специально приспособленных для изучения этого вопроса. Теоретический анализ привел к заключению о том, что такая планарная конфигурация должна быть исключительно нестабильна, и потому может реализоваться только в очень специфическом структурном контексте, вроде представленных на схеме 4.46 гипотетических структур 133—135 [22Ь]. До сих пор ни одна из таких структур не была синтезирована. [c.435]

Вайссенберг считает возможным идти вторым путем, т. е. принять пирамидальную модель вместо тетраэдрической в качестве основы для построения единообразной (einheitli he) стереохимии, поскольку, по его мнению, все факты, объясняемые с помощью тетраэдрической модели или подтверждающие ее, могут с таким же успехом быть объяснены и с помощью новой модели. Но в то же время Вайссенберг, учитывая, что тот же рентгенографический метод дал ясные доказательства существования в СВГ4 (кубическая модификация) и в С(СНд)4 углеродных тетраэдров, говорит Конфигурация правильного тетраэдра — даже для высокосимметричных замещенных производных метана — не универсальна [там же, стр. 1538],— центральный атом углерода может лежать и по одну сторону от всех четырех заместителей. Вайссенберг стремится до- [c.160]

В то время теория тетраэдрического углеродного атома уже завоевала признание и успешно применялась для объяснения оптической и цис-транс-нзомерии. В то же время среди азотсодержащих веществ, главным образом оксимов, были известны случаи изомерии, необъяснимые ни различием в химическом строении, ни расположением заместителей вокруг атома углерода. Заслуга Ганча и Вернера состоит в том, что они логически развили взгляды Вант-Гоффа, приложив их к объяснению изомерии азотсодержащих соединений. Они считали, что три валентности трехвалентного азота не лежат в одной плоскости с атомом азота. Наглядно Ганч и Вернер выразили это, придав атому трехвалентного азота пирамидальную конфигурацию [c.171]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология