Электронное строение молекул органических веществ

Все органические молекулы, в том числе и молекулы асфальтенов, обладают общим свойством — поглощать электромагнитное излучение. Поглощение весьма селективно, т. е. излучение определенной длины волны данной молекулой сильно поглощается тогда как излучение других длин волн поглощается слабо или совсем не поглощается. Область поглощения называется полосой, а совокупность полос поглощения данной молекулы является характеристичной для этой молекулы и не может быть продублирована никакой другой молекулой, даже весьма близкого строения. Однако в молекулах органических соединений, особенно сильно выраженной ароматической природы, бывают случаи когда способностью поглощать электромагнитную энергию обладает не вся молекула, а только определенная группа атомов, входящих в ее состав в то время как остальная часть молекулы остается инертной в отношении этого излучения. Важно подчеркнуть, что характер поглощения этой группой атомов не изменяется существенно даже при структурном видоизменении всей молекулы. Это дает возможность определять некоторые структурные элементы в молекулах просто сравнением их спектра со спектрами молекул известного строения. Поэтому для успешного решения молекулярно-структурных проблем с помощью электронных спектров необходимо весьма подробно знать спектральные характеристики различных поглощающих групп атомов. Это положение напоминает положение хромофорных групп в молекулах органических веществ, ответственных за их окраску. [c.211]

Понятия электронного строения электронная природа химических связей в органических соединениях, понятия о гибридизации орбиталей атома углерода, я- и а-связях, об электронных влияниях атомов в молекулах органических веществ, длине связи. [c.265]

ЭЛЕКТРОННОЕ СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ [c.19]

Химическое строение молекул органических веществ записывают нри помощи структурных формул, в которых указываются все их химические связи между атомами, связь изображается черточкой. В соответствии с электронной теорией одна черточка в структурных формулах означает электронную пару, связывающую атомы. [c.295]

В книге теоретические положения органической химии рассмотрены с позиций электронной теории строения вещ,еств. В доступной форме автор раскрывает физический смысл квантовых чисел, на примерах рассматривает химическую связь в молекулах органических веществ, направленность, гибридизацию электронных орбиталей, строение (У- и я- связей. [c.2]

Атом углерода, имеющий во внешней оболочке 4 электрона, отличается от других атомов постоянной валентностью, так как он не вносит в электронную структуру молекулы ни неподеленных пар электронбв, йи вакантных низколежащих орбиталей. Поэтому молекулы его соединений не способны к образованию донорно-акцепторных связей с другими молекулами через атом углерода В то же время между атомами С могут возникать прочные связи, так как малые размеры электронной оболочки благоприятствуют хорошему перекрыванию атомных орбита-лей углерода. Благодаря этому углерод обладает уникальной способностью образовывать из одинаковых атомов длинные цепочки, составляющие углеродный скелет бесчисленных молекул органических веществ. Указанные свойства углеродного атома привели к выделению химии его соединений в особую науку — органическую химию. Рассмотрим особенности строения молекул и электронной структуры некоторых родоначальников важнейших классов органических соединений. [c.204]

Темплатные синтезы всегда представляют собой превращения, в которых по сути атом металла (непосредственно в виде определенного, в том числе и нулевого заряда, иона или в виде комплекса, содержащего выгодные для реакции свободные или занятые лигандами позиции), обладающий необходимой стереохимией и электронным состоянием (строением), играет роль агента, направляющего реакцию по заданному или преимущественно по заданному руслу [79, с 147]. Ориентируя и активируя за счет комплексообразования молекулы конденсируемых веществ, ион металла выполняет роль своеобразной матрицы, определяющей строение образующегося соединения. Можно выделить две разновидности темплатного эффекта. В том случае, когда ион металла ускоряет протекание тех или иных стадий реакции, способствуя образованию конечного продукта, принято говорить о кинетическом темплатном эффекте. Если роль иона металла заключается в смещении равновесия за счет связывания образующегося продукта, это классифицируется как термодинамический темплатный эффект Конечный результат в обоих случаях одинаков- добавка темплатного агента позволяет получить соединение, которое без такой добавки не образуется или образуется с более низким выходом Следовательно, роль иона металла состоит не только и не столько в прямом подавлении побочных процессов, сколько в направлении реакции по выгодному для него пути В случае термодинамического темплатного эффекта синтезируемое соединение представляет собой весьма прочный комплекс При кинетическом темплатном эффекте может наблюдаться выделение свободного органического макроциклического соединения. Иными словами, ион металла, выполнив функции активирования и ориентации конденсирующихся групп А и В (уравнение (2.1)), может выйти из макроциклического окружения и снова координировать исходные вещества (кинетический темплатный эффект) или остаться внутри полости макроцикла (термодинамический темплатный эффект) [c.28]

Характер взаимодействия неорганических ионов с органическими реактивами зависит от положения соответствующих элементов в периодической системе, от электронных структур ионов и строения молекул органических веществ. Многие органические реактивы с неорганическими ионами дают окрашенные комплексные соединения, цветные осадки получаются вещества, изменяющие свою окраску под действием окислителей и восстановителей. Органические реактивы, как пра- [c.64]

Кристаллохимическое строение — порядок расположения и природа связи атомов в пределах элементарной ячейки, их взаимное влияние друг на друга, а также распределение электронной плотности, величины эффективных зарядов. Как видно из этого определения, понятие кристаллохимического строения представляет собой превращенную форму химического строения молекул применительно к координационным решеткам. Вот почему теория химического строения Бутлерова — общехимическая теория, в одинаковой степени приложимая как к органическим, так и неорганическим объектам. На рис. 6, а приведена кристаллическая структура высокотемпературной модификации стехиометрического оксида титана ТЮ. Она показывает только порядок размещения атомов в элементарной ячейке и не отображает природу межатомных связей, а также их взаимное влияние. Вообще кристаллическая структура в той мере отражает кристаллохимическое строение вещества, в какой структурная формула — химическое строение молекулы. В действительности химическое и кристаллохимическое строение — понятия динамические, а не статические. [c.26]

Проблемы электронного строения — разных видов гибридизации, образования а- и я-связей и т. д. — рассматриваются в тесной связи с предыдущими. На этой основе раскрываются вопросы о взаимном влиянии атомов, геометрии молекул, даются основные характеристики ковалентной связи в молекулах органических веществ. [c.293]

В рассмотренной выше теории строения органических соединений А. М, Бутлерова говорилось о взаимном влиянии атомов и атомных групп в молекулах органических веществ друг иа друга. Современные представления об электронном строении молекул позволяют объяснить это взаимное влияние. [c.445]

Самый характер взаимодействия неорганических ионов с органическими реагентами зависит от положения соответствующих элементов в периодической системе, от электронных структур ионов и строения молекул органических веществ. [c.28]

Одним из наиболее эффективных методов исследования можно считать оптическую спектроскопию. При прохождении света (УФ, видимого или ИК, т. е. электромагнитных волн с определенной энергией) через раствор органического вещества происходит его частичное или полное поглощение (это зависит от энергии светового пучка и от строения органического вещества). Другими словами, оптическая спектроскопия исследует зависимость интенсивности поглощения света от длины волны (энергии). Поглощенная молекулой энергия может вызвать или переход электрона с одного энергетического уровня на другой, энергия которого выше (УФ-спектро-скопия), или привести к колебанию и вращению атомов (ИК-спек-троскопия). Поскольку спектры поглощения в УФ и видимой областях связаны с электронными переходами, то эти спектры называются также электронными спектрами. В общем спектре электромагнитных волн они находятся в интервале от 200 до 1000 нм. [c.33]

При изучении химической связи формируются понятия о ковалентной полярной и неполярной связи, о а- и я-связях, о ионной связи и поведении ионов в растворах, а также о металлической связи и строении молекул органических веществ. Особое внимание уделяется при этом единой электронной природе любой химической связи, образованной частичным перекрыванием электронных облаков. Именно поэтому изучение начинается с рассмотрения ковалентной неполярной связи, затем полярной и ионной — как крайнего случая полярной связи. Опорным при изучении полярной связи является понятие об электроотрицательности элементов, которое дает ключ к пониманию причин смещения электронных пар. [c.231]

Чтобы возможно более полно исключить роль протекающих при температуре облучения вторичных процессов, в Институте химической физики Академии наук СССР был сконструирован специальный спектрометр ЭПР, давший возможность проводить определение структуры Р и измерять их концентрации непосредственно в ходе облучения исследуемых образцов быстрыми электронами. Эти работы позволили подойти к решению очень важного и принципиального вопроса — установлению зависимости эффективности радиационного поражения от строения молекул органических веществ. Было показано, что наименее подвержены действию облучения молекулы, у которых длинноволновая граница электронного спектра поглощения наиболее сдвинута в сторону длинных волн. Оказалось, что насыщенные углеводороды примерно в 20—30 раз менее устойчивы к действию ионизирующей радиации, чем, например, бензол, а такие молекулы, как терфенилы и некоторые другие сильно сопряженные системы, в 10—20 раз устойчивее бензола. Эффективность первичных разрывов химических связей, определяемая при низких температурах, является, по-видимому, весьма надежным критерием, характеризующим радиационную устойчивость веществ различного строения. [c.336]

Пути распада молекулярного иона и последующие распады осколочных ионов определяются уже строением самой молекулы органического вещества, т. е. набором и последовательностью в нем атомов, групп и связей. Характер масс-спектра достаточно точно отражает строение молекулы и может служить для определения ее структуры. Распад (так называемая фрагментация) включает в себя как гомолитические, так и гетеро-литические разрывы связей, хотя чаще наблюдаются первые. Таким образом, в отличие от других физико-химических методов исследования органических веществ, масс-спектрометрический метод основан на деструкции молекулы, точнее, возбужденного положительного иона, возникающего из молекулы органического вещества под действием удара электрона. Этим самым масс-спектрометрический метод близок к классическим методам установления строения органических веществ путем деструкции молекулы, но в данном случае весь ход деструкции регистрируется сразу и для всего сложного распада нужно менее одного миллиграмма вещества. [c.589]

Принцип историзма также создает условия для проблемного обучения. Например, поиск путем систематизации химических элементов, приведший в конечном счете Д. И. Менделеева к открытию периодического закона. Многочисленные проблемы, связанные с объяснением взаимного влияния атомов в молекулах органических веществ на основе электронного строения, также являются отражением вопросов, возникавших в истории развития органической химии. [c.59]

Окраска вещества связана с его способностью поглощать из видимой части спектра (в интервале длин волн от 800 до 400 нм) только лучи с определенными длинами волн, т. е. с определенной энергией. При этом непоглощенные лучи спектра, являясь дополнительными к поглощенным, воспринимаются как видимые и вещество (тело) становится окрашенным. Поглощение света молекулой красителя определяется состоянием ее электронов. Так как энергия поглощенных лучей расходуется на возбуждение валентных электронов, состояние которых может быть различным (а- или л-электроны), то, изменяя химическое строение молекулы, можно в широком интервале изменять интенсивность и характер поглощения света. Соединения, содержащие кратные связи, поглощают в видимой области или на ее границе, так как входящие в молекулу я-электроны требуют для своего возбуждения меньшей энергии. Поэтому органические красители — это вещества, в состав молекул которых входят ненасыщенные группировки, поглощающие,свет и, следовательно, вызывающие появление окраски хромофоры), и группы, которые увеличивают интенсивность этого поглощения ауксохромы). [c.235]

Масс-спектрометрия. Исследование органических соединений с помощью масс-спектрометрии основано на бомбардировке их пучком электронов средних энергий в высоком вакууме и анализе образующихся при этом заряженных частиц и фрагментов ( осколков ). Положительные ионы, образующиеся при бомбардировке электронами, разгоняются отрицательно заряженными ускоряющими пластинками, и поток их попадает в канал анализатора, где они рассортировываются анализирующим магнитом в зависимости от отношения их массы к заряду. В результате на масс-спектрограмме образуются отдельные пики, соответствующие ионам с одинаковым отношением массы электрона к заряду. Таким образом, по характеру масс-спектра можно судить о строении молекулы органического вещества. [c.19]

Действие органических реактивов на неорганические соединения обусловливается положением последних в периодической системе элементов, а именно, зависит от электронных структур ионов. Большую роль играет строение молекул органических веществ. В ре- [c.64]

Для исследования органических соединений используются различные области электромагнитного спектра Излучение, соответствующее ультрафиолетовой и видимой областям спектра(1000—8000° А), вызывает переходы внешних, валентных, электронов на более высокие энергетические уровни, а также изменение колебательной и вращательной энергии молекул. Поэтому ультрафиолетовые и видимые спектры молекул состоят из широких полос поглощения. Положение полос поглощения, их форма и интенсивность определяются строением молекулы (наличие кратных связей, функциональных групп). В ряде случаев УФ и видимые спектры бывают настолько характерны, что могут служить для идентификации соединений. Многие полосы поглощения в УФ и видимых спектрах имеют очень высокую интенсивность, что позволяет работать с очень малыми количествами веществ. Количественная зависимость между интенсивностью поглощения и концентрацией веществ позволяет применять УФ и видимые спектры в количественном анализе. [c.213]

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]

Основные первичные акты ионизации и фрагментации органических молекул в условиях воздействия ЭУ рассмотрены в гл. 1. Напомним, что молекулы при взаимодействии с ионизирующими электронами даже близкой энергии приобретают различную избыточную энергию, т.е. переходят на различные электронно-возбужденные и колебательные уровни, в результате чего они имеют различное время жизни. Часть из них (долгоживущие) достигает коллектора, часть распадается в ионном источнике, а часть - по пути от источника до коллектора ионов. Направления распада ионизованных молекул и образующихся из них фрагментов, определяющие характер масс-спектров, зависят от строения молекул анализируемого вещества, а также от термодинамических и кинетических факторов. [c.88]

В результате отрыва одного электрона от молекулы органического соединения при бомбардировке ее пучком электронов достаточной энергии образуется молекулярный ион М+. Присутствие в масс-спектре пика молекулярного иона имеет большое значение, так как позволяет определить молекулярный вес соединения. Кроме того, понимание процесса ионизации органической молекулы дает возможность объяснить последующую фрагментацию соединения данной структуры. В случае карбонильных соединений было установлено, что наиболее легко процесс ионизации протекает с отрывом одного из электронов неподеленной электронной пары атома кислорода [1]. Действительно, карбонильные соединения имеют три потенциала ионизации в небольшом диапазоне энергий (например, для ацетона 9,8 10,6 и 11,5 эв соответственно). Считают, что первая из этих величин (9,8 эв) соответствует энергии, необходимой для отрыва одного электрона из неподеленной пары электронов атома кислорода, тогда как 10,6 и 11,5 эв — энергии, необходимые для отрыва я- и сг-электрона С = 0-связи соответственно. Молекулярный ион, образующийся при ионизации карбонильных соединений под действием электронов низких энергий, может быть представлен формулой I. На практике, однако, оптимальная энергия электронов, необходимая для получения масс-спектра, пригодного для изучения строения органических веществ, равна примерно 70 эв. В случае сложных органических молекул число разнообразных типов первичных ионов велико, поэтому образуется много фрагментов. Однако в случае карбонильных соединений молекулярный ион преимущественно имеет строение, изображаемое формулой I, и именно строение этого иона главным образом определяет направление последующих процессов фрагментации. Нетрудно видеть, что фрагментация иона I будет протекать предпочтительно с разрывом связи между карбонильной группой и а-углеродным атомом (а-разрыв) при [c.15]

Ароматичность — это совокупность особых свойств, которыми обладают органические вещества, содержащие в молекуле бензольное кольцо или некоторые гетероциклические структуры. Эти свойства обусловлены равномерным распределением л-электронной плотности в кольце и плоскостным строением молекулы. Несмотря на формальную насыщенность, бензол и его производные более склонны к реакциям замещения, чем присоединения, и обладают высокой устойчивостью. [c.89]

Современное состояние учения о химической связи и строении молекул позволяет рассмотреть вопросы взаимного влияния атомов в составе молекул органических веществ более подробно и конкретно. Если сопоставить между собой связи, образованные атомом углерода и атомами других элементов, обладающих различной электроотрицательностью (ЭО), то можно оценить искажение электронного облака атома углерода, образовавшего связь (табл. 14.1). Следовательно, образуя ковалентно-полярные связи, [c.448]

Молекулы органических веществ представляют материальные частицы, отличающиеся определенным для каждого индивидуального вещества химическим строением — последовательным порядком соединения образующих данную молекулу атомов, их взаиморасположением в пространстве и характером химических связей, соединяющих атомы. Химические связи атомов, соединенных в молекулу, осуществляются путем взаимодействия валентных электронов. [c.29]

Метод ЯМР получил очень широкое распространение. По мере накопления данных, необходимых для построения шкалы химических сдвигов, положение резонансной линии в спектре исследуемого вещества все больше может служить для характеристики окружения, в котором находится данный протон в молекуле, и для идентификации его. Интенсивность сигнала характеризует число протонов данного вида в молекуле и тонкая структура — спин-спиновое взаимодействие. ЯМР используют при изучении строения сложных молекул органических веществ или для определения конформации молекул, распределения электронной плотности, при изучении свободных радикалов, водородных связей, гидратации ионов в растворах, процессов комплексообразования, структуры кристаллов, стекол и жидкостей и др. [c.113]

Согласно развитой им теории, способность органических красителей и других окрашенных соединений поглощать свет определяется главным образом не наличием тех или иных хромофорных групп, а теми изменениями в строении молекулы, которые происходят вследствие сопряжения отдельных хромофоров и электронных взаимодействий в сопряженных системах. Для обозначения особого характера связей в подобных молекулах был предложен термин X р о м о с о с т о я н и е. Таким образом, задачей исследования является выяснение тех особенностей электронного строения молекулы, которые определяют хромосостояние. Решение этой задачи дает возможность в известной мере предвидеть, какое влияние должны оказывать на окраску и спектр вещества природа хромофорных групп и порядок их сочетания. [c.34]

Кроме нахождения дипольных моментов молекул в парах и в разбавленных растворах полярных веществ в неполярных растворителях (так называемые первый и второй метод Дебая), возможно определение их спектроскопическими методами, которые позволяют также (хотя и не совсем бесспорно) получать значения дипольных моментов отдельных связей (см. ниже). Основное применение данных по дипольным моментам в органической химии относится к решению некоторых стереохимических проблем, а также вопроса об электронном строении молекул [27, с. 373 28, гл. V]. [c.215]

Действие органических реактивов на неорганические соединения обусловливается положением последних в периодической системе элементов, а именно, зависит от электронных структур ион в. Большую роль играет строение молекул органических веществ. В результате взаимодействия веществ образуются органические, комплексные или внутрикомнлексные соединения в виде цветных осадков или растворов, которые меняют свою окраску под действием окислителей или восстановителей. [c.55]

Атом обладает способностью рассеивать падающее на него излучение. Лучи света, потоки электронов, нейтронов, рентгеновское излучение — все известные виды излучения, падая на атом, рассеиваются им. Лучи, рассеянные отдельными атомами, усиливают или ослабляют друг друга в зависимости от взаимного расположения. Это явление называется дифракцией излучения на атомах. Ясно, что дифракция излучения приносит нам сведения о строении вещества. Определяя направления и интенсивность рассеянных лучей, можно получить ценные сведения о строении молекулы, и прежде всего о ее геометрии, т. е. о взаимном расположении центров атомов. Наиболее плодотворным в последнем отношении способом исследования является метод рентгеноструктурного анализа кристаллов органических веществ. [c.352]

Электронное строение атома углерода определяет ряд особых свойств органических соединений. В частности, органи1 еские молекулы не образуют прочных кристаллических решеток, отличаются значительной подвижностью, и органические вещества способны растворяться друг в друге. Благодаря этому, можно очень тонко варьировать оказываемые на них химические во.1дейст-вия и добиваться строго определенных, локальных изменений структуры (а ие полного разрушения вещества). [c.363]

В работах, посвященных этому вопросу, отмечалось, что адсорбция поверхностно-активных органических веществ воэрастает с увеличением их молекулярного веса и дипольного момента. Лучшей адсорбируемостью обладают молекулы асимметричного строения. По степени адсорбируемости алифатические соединения различных классов располагаются в следующий ряд кислоты > амины> спирты> эфиры. Молекулы органических веществ, содержащих активные группы — доноры электронов (— N, — NS, — NO, =С0, —СНО, —NHj) — хемосорбируются на поверхности металла, имеющего незаполненные электронные орбиты (например, d-орбиты). R-Заместители в углеводородной цепи оказывают влияние на активность этих групп. Их влияние уменьша- [c.218]

Химические превращения органических веществ в немалой степени зависят от строения молекулы исходного или промежуточного соединения, в частности от характера и положения в них заместителей, не принимающих непосредственного участия в процессе. Это обстоятельство может приводить к существенным различиям в ходе процесса электролиза даже близких по составу соединений, например изомеров. Так, катодное восстановление нитробензола и метанитроанилина на ртутном капельном электроде в щелочных водных растворах характеризуется волной на полярограмме, соответствующей присоединению четырех электронов и образованию гидроксиламиновых производных [c.192]

Пособие содержит изложение основных понятий, законов и методов физической химии, необходимых для углубленного и ускоренного усвоения неорганической, органической и биологической химии. Книга состоит из 2-х частей. Первая посвящена рассмотрению строения и состояния вещества, причем материал излагается в рамках единого подхода к вещсству как к. системе из взаимодействующих электронов и ядер, из которых образуются молекулы, а затем и макроскопические системы. Строго и достаточно просто разбирается ряд пс1Ложений квантовой механики и статистической физики, на которых базируется изучение строения и состояния вещества в современной химии. Во второй части рассмотрены термодинамика и кинетика химических процессов. [c.335]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология