Углерод тетраэдрическая направленность связей

По условию, введенному Фишером, связи, направленные вправо и влево на рис. 21-15, а, ведут от центрального атома к атомам, лежащим выше плоскости рисунка. Связи, указанные вверх или вниз от центрального атома, ведут к атомам, лежащим ниже плоскости рисунка. Изменение конфигурации групп вокруг любого асимметрического атома углерода в гексозе указывается на фишеровской диаграмме взаимной заменой положений групп —И и —ОН. Эту асимметрию легче заметить при представлении той же молекулы в виде плоского шестиугольника (рис. 21-15, б). Истинная форма молекулы с тетраэдрической геометрией связей вокруг каждого атома углерода изображена на рис. 21-15, в. Молекула глюкозы имеет конформацию кресла, с которой мы впервые познакомились на примере циклогексана. [c.310]

Когда углерод, проявляя валентность, равную четырем, соединяется простыми (ординарными) связями с четырьмя другими атомами, электронная плотность облаков всех четырех валентных электронов перераспределяется. Происходит гибридизация одного облака электрона в 5-состоянии и облаков трех электронов в р-состоянии. В результате электроны внешнего слоя связанного углеродного атома образуют четыре одинаковых гибридных облака. Каждое из них имеет вид деформированной восьмерки (рис. 6, схема III), большая часть которой направлена от ядра по линии связи с другим атомом. Такое состояние валентных электронов атома углерода называют хрз-гибридизацией (первое валентное состояние углерода). Все четыре гибридных облака имеют определенную направленность в пространстве под углом 109°28 друг к другу, что соответствует представлению о тетраэдрической направленности связей атома углерода (стр. 24). [c.30]

В органической химии при изучении пространственного строения молекул обычно пользуются их моделями, которые собирают из шариков различной величины и различных цветов, условно изображающих атомы элементов. Шарики соединяют стержнями, условно обозначающими валентные связи. Атомы углерода обычно изображают черными шариками. На рис. 2 представлена пространственная модель, изображающая тетраэдрическую направленность связей четырехвалентного атома углерода. [c.24]

Рис. 2. Пространственная модель, изображающая тетраэдрическую направленность связей атома углерода

Такой тетраэдрической направленности всех четырех одинаковых (по прочности и длине) ковалентных сг-связей атома углерода с другими атомами отвечает sp -гибридизация его валентных орбиталей (см. разд. 4.5.6 и рис. 29.2). Данная геометрия следует и из концепции отталкивания электронных пар валентной оболочки углерода, когда четыре связывающих электронные пары стремятся удалиться, как можно дальше друг от друга (см. разд. 4.5.5). Химическая связь в таких соединениях углерода в значительной мере локализована между парами атомов и двухэлектронна. В этой связи предполагается, что коллективные свойства молекулы, т. е. свойства, определяемые движением сразу всех электронов, будут аддитивными. Экспериментальные данные во многих случаях подтверждают это. В молекулах с тетраэдрическими связями атомов углерода длины химических связей и их прочность для одной и гой же пары атомов приблизительно постоянны. [c.552]

Теория Вант-Гоффа о тетраэдрическом направлении связей у атомов углерода в молекулах соединений жирного ряда получила позднее блестящее экспериментальное подтверждение в работе Брэгга, исследовавшего прохождение рентгеновских лучей через кристаллы алмаза. Эти исследования показали, что кристаллическая решетка алмаза построена таким образом, что каждый углеродный атом расположен в центре правильного тетраэдра, в вершинах которого находятся другие углеродные атомы (рис. 21). [c.160]

Вопрос о переносе представлений о строении органических соединений из плоскости в пространство назрел в начале семидесятых годов. В 1874 г. Ле-Бель [37] и, независимо от него, Вант-Гофф [38] развили идеи о пространственном строении. Они впервые отметили, что в соединениях, обладающих оптической деятельностью, содержатся атомы углерода, имеющие четыре различных заместителя. Вант-Гоффу принадлежит заслуга вывода почти всех следствий, которые можно было сделать из представления о тетраэдрической направленности связей углеродного атома . [c.45]

Вследствие тетраэдрической направленности связей углерода, его атомы, в.ходящие в цепь, располагаются не на прямой, а зигзагообразно, причем, благодаря возможности вращения атомов вокруг оси связи, цепь в пространстве может принимать различные формы (конформации) [c.456]

Вследствие тетраэдрической направленности связей углерода, его атомы, входящие в цепь, располагаются не на прямой, а зигзагообразно, причем благодаря возможности вращения атомов [c.441]

Геометрия расположения заместителей при атоме углерода, находящегося в данном валентном состоянии, определяется гибридизацией его электронных орбит. Например, насыщенный 5р -атом углерода имеет тетраэдрическую систему валентностей, а олефиновый зр -атом углерода — плоскую тригональную конфигурацию. Любые изменения в валентных углах, вызванные стерическими напряжениями, приводят к некоторому перераспределению вкладов 5- и р-орбит в отдельные связи. з-Орбиты являются сферическими и, вообще говоря, меньше, чем р-орбиты, обладающие цилиндрической симметрией, так что изменения в их соотношении при гибридизации приводят к изменениям длин отдельных связей и вызывают изменения частот колебаний. Поскольку олефиновый атом углерода имеет только одну 5-орбиту и две р-орбиты, способные гибридизоваться, то усиление 5-характера одной связи должно компенсироваться усилением р-характера другой связи. Простым примером, иллюстрирующим это положение, служит циклопропан, у которого валентные углы углерода с естественной тетраэдрической направленностью связей уменьшены вследствие напряжения цикла. Это означает, что несколько увеличивается кратность связей С — С, а у связей С — Н больше проявляется з-характер, вследствие чего они становятся более короткими и частоты их колебаний повышаются до 3030 см . [c.546]

Представление о тетраэдрической направленности связей и величине валентных углов атома углерода вполне согласуется с современными электронными представлениями о природе и пространственной направленности ковалентных связей (см.). [c.19]

Валентные углы атома углерода незначительно изменяются, если он соединен с неодинаковыми атомами или группами, так что тетраэдр теряет правильность, но принцип пространственной тетраэдрической направленности связей сохраняется. [c.19]

В л-комплексе еще не возникает новая ковалентная связь лишь постепенно, во второй стадии реакции электрофильная частица I+ как бы вытягивает необходимую пару электронов из ароматического секстета и связывается а-связью с одним из С-атомов кольца при этом отрывается С1 и л-комплекс медленно переходит в еще один нестойкий промежуточный продукт — а-комплекс. В последнем углерод, к которому присоединилась частица реагента (С1), приобретает тетраэдрическую направленность связей (как в неароматических циклах или в открытой-цепи). Ароматичность кольца нарушена (в формуле о-комплекса это условно показано разорванным кружочком), и оставшиеся четыре (из шести) л-электрона распределяются между пятью С-атомами. Вследствие недостатка л-электронов а-комплекс несет положительный заряд, т. е. является карбкатионом. Такая система не стабильна. В третьей стадии реакции от о-комплекса отделяется и освободившаяся пара электронов включается в ароматический секстет. Таким образом восстанавливается ароматичность бензольного кольца и а-комплекс быстро переходит в конечный продукт электрофильного замещения — в нашем примере хлорбензол. При этом Н связывается с ранее отделившимся С1 , образуя побочный продукт реакции H I (при реакциях нитрования и сульфирования связывается с ОН , образуя воду см. выше). В этом отличие реакций электрофильного замещения в бензольном ядре от реакций электрофильного присоединения по двойной связи в алкенах, при которых промежуточно образующийся карбкатион стабилизируется, присоединяя анион реагента. [c.359]

Кремний во многих элементооргаиических соединениях обычно имеет ковалентность близкую к четырем и так же, как и углерод, — тетраэдрическую направленность ковалентных связей. Связь его с углеродом малополярна. Связи кремния Si-Si и Si-Н легко разрушаются в полярных средах, а соответствуюшие соединения энергично реагируют с кислородом. Устойчивых кремнийорганических соединений, по своей структуре и составу аналогичных органическим соединениям с двойной или тройной связью между атомами кремния, не существует. Это связано с общим свойством для элементов третьего периода неспособностью к образованию прочных -связей. Поэтому отсутствуют устойчивые кремниевые аналоги органических соединений ароматических углеводородов, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот, сложных эфиров. [c.593]

Углеродные атомы, соединенные с четырьмя различными атомами или группами и в силу этого являющиеся центрами асимметрии молекул, называют асимметрическими атомами углерода. На рис. 22 показана тетраэдрическая направленность четырех валентных связей такого атома а, Ь, й и е — четыре различные атомные группы в вершинах тетраэдра. [c.198]

У предельных соединений все четыре ковалентные связи у атомов углерода относятся к типу а-связей. Это обусловливает тетраэдрическое расположение его заместителей, причем угол между направлениями а-связей должен составлять 109° 28. Следовательно, для этого случая мы и теперь вправе пользоваться тетраэдрической моделью Вант-Гоффа (см стр. 85). В случае двух атомов углерода связанных а-связью, мы получим модель изображенную на рис. 23. [c.438]

При первом способе написания формулы становится понятным, что в образовавшемся комплексном ионе электронные пары, обусловливающие связь, предоставлены азотом NHg (свободные молекулы NH3 имеют одну свободную электронную пару). При втором способе написания подчеркивается, что существзгюпще в уже образовавшемся комплексном ионе атомные связи по своей природе ничем не отличаются от каких-либо других атомных связей. Полинг сумел показать, что и здесь, так же как и у углерода, гибридизация приводит к выравниванию пространственно-направленных связей. При гибридизации двух -орбит, одной s- и трех />-орбит возникает шесть связей, направленных к вершинам, правильного октаэдра. Этим и объясняется октаэдрическая структура, предложенная Вернером на основе изучения явления изомерии типичных прочных комплексов с координационным числом 6 (см. т. II, гл. 5). При гибридизации трех -орбит и одной s-орбиты или (как в случае углерода) одной s-орбиты с тремя р-орбш-тами образуются чеигы е тетраэдрически направленные связи при гибридизации одной -орбиты с одной S- и двумя jo-орбитами возникают четыре, лежащие в одной плоскости связи, направленные к вершинам квадрата. Подобное плоскостное расположение четырех лигандов действительно было установлено для некоторых комплексов, например [c.444]

Полученный набор орбиталей полностью эквивалентен набору атомных орбиталей, из которых он построен, но преимущество его состоит в том, что он лучше описывает возможность атома углерода образовывать тетраэдрически направленные связи. Подобным образом можно построить гибридные орбитали, комбинируя одну s- и одну р-орбиталь [c.258]

Гибридизация одной 5- и трех р-орбиталей ( р - г и б р и д и 3 а ц и я), как уже указывалось, объясняет ва-ленпюсть атома углерода. Образование р -гнбридных связей характерно также дл я аналогов углерода — кремния и германия связи этих атомов также имеют тетраэдрическую направленность. [c.88]

Очевидно, что атом углерода при связывании с четырьмя другими атомами не использует одну освободившуюся 25-орбиталц и три 2р-атомные орбитали, поскольку это должно было бы приводить к образованию трех взаимно перпендикулярных связей (с тремя 2р-орбиталями) и одной отличной от них, не имеющей направления связи (со сферически симметричной 25-орбиталью), чего в действительности нет. В таком -соединении, как, например, метан, все четыре СН-связи, как известно, тождественны и расположены симметрично (тетраэдрически) одна по отношению к другой под углом 109°28 Это можно обг/ясиить тем, что одна 25- и три 2р-атомные орбитали объединяются с тем, чтобы образовать четыре новые идентичные орбитали, способные давать более прочные химические связи (см. стр. 21). Эти новые орбитали известны под названием 5/> -гибридных атомных орбиталей, а их возникновение называют, соответственно, гибридизацией. Следует, однако, иметь в виду, что вопреки приведенной выше схеме гибридизация не есть реально протекающий физический процесс термин гибридизация отражает лишь используемый нами способ рассмотрения реального распределения электронов в молекуле, который состоит в том, что реальные орбитали мы рассматриваем как результат объединения 5- и р-орбиталей. [c.20]

Гибридизация одной х- и трех р-о р -биталей (лр Г и б р и д и 3 а ц и я). Как уже указывалось, таким типом гибридизации объясняется валентность атома углерода. Образование 5р -гибридных связей характерно также для аналогов углерода - кремния и германия связи, образуемые этими атомами, также имеют тетраэдрическую направленность. [c.94]

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]

Кроме длины и энергии важными характеристиками химической связи являются насыщаемость и направленность. Однако эти свойства присущи лишь ковалентной связи. Ионная связь, природа которой обусловлена ненасыщенным и пространственно симметричным электростатическим полем центрального иона, ненасыщена и не имеет какого-либо определенного направления. Насыщаемость ковалентной связи выражается в ограничении числа валентных связей, которые может дать данный атом. Например, азот притягивает три атома водорода с образованием молекул ЫНз, молекул же МН4, ЫН5 и т. д. не существует. Согласно квантово-механическим соображениям в образовании связи могут участвовать только неспаренные электроны атома число их определяет валентность элемента. В простых случаях число неспаренных электронов в атоме находится с помощью принципа Паули и правила Гунда, в более сложных рассматривается возможность гибридизации волновых функций. Направленность связей объясняет стереохимию молекул, которая начала развиваться после того как Ле-Бель и Вант-Гофф (1874) выдвинули важнейший тезис о тетраэдрическом расположении валентностей углерода. [c.18]

Наряду с описанием двойной и тройной связей как сгл- и алл-связен возможно и другое ошсание. В нем исходят из тетраэдрической направленности валентностей углерода и представляют связь в этилене, возникающую при касании двух тетраэдров углерода гранями как изогнутую, направленную к вершинам тетраэдров — атомам углерода ( банановая связь , см. рис. 87, в). Если принять, что длина дуги изогнутой связи такая же, как и обычной ординарной связи С—С (1,54-10Г °м в алмазе), то расчет даег для расстояния С-—С в этилене и ацетилене [c.211]

Сопоставив известные к тому времени факты, Байер в 1885 г. выдвинул свою известную теорию напряжения. При замыкании циклов, рассуждал Байер, валентные связи атомов углерода вынуждены отклониться от своего нормального тетраэдрического направления, причем величина этого отклонения зависит от числа звеньев в цикле. Так, например, циклопропан должен представлять собой равносторонний треугольник, в котором угол между циклообразующими связями углеродного атома должен составлять 60°, а не 109° 28, как в правильном тетраэдре. [c.316]

В органических соединениях наиболее часто встречаются ковалентные связи, образованные обобществле-нисм пар электронов в результате перекрывания атомных электронных орбиталей двух взаимодействующих атомов, В зависимости от типа перекрывания орбиталей в органических соединениях существуют о- и я-связи. Образование а-связи наблюдается при перекрывании орбиталей двух атомов таким образом, что максимум их перекрывания (и, следовательно, максимум электронной плотности связи) находится на линии, соединяющей центры атомов. Атомы углерода образуют с-связи всегда при помощи гибридных орбиталей (sp , sp или sp). Атомы углерода образуют я-связь при боковом перекрывании р-орбиталей двух взаимодействующих атомов с образованием двух максимумов электронной плотности по обе стороны от линии, соединяющей центры атомов, я-связь менее прочная, чем а-связь, и образуется только тогда, когда между атомами уже есть о-евязь. Атом углерода в состоянии sp -гибридизации образует 4 а-связи, направленные в пространстве под углом 109.5 друг относительно друга. Такой атом называют тетраэдрическим (пример СН4 — метан). Атом углерода в состоянии sp -гибридизации образует 3 ст-связи, направленные в одной Плоскости под-углом 120 , и одну я-связь, направленную перпендикулярно этой плоскости (пример СН2=СН2 - [c.91]

Проводя аналогичные вычисления для гибридных волновых функций фз и ф4, убедимся, что в состоянии 25р -гибридизации валентные связи углерода имеют тетраэдрическую направленность. Образование П5р -гибридных связей характерно для аналогов углерода — кремния, германия и олова. Но у элементов Si, Ge и а — Sn в отличие от С в оболочке ns p имеются незанятые 3d-, 4d- и 5d-ypoBHH, которые могут проявляться при образовании связей с / атомами других элементов. [c.129]

При хрЗ-гибридизации четыре гибридных облака располагаются под тетраэдрическим углом, равным 109°28. Этот угол является оптимальным, обеспечивающим максимальное взаимное удаление и минимальную энергию отталкивания асимметричных гибридных облаков своими утолщенными частями, что обеспечивает минимум энергии системы. Поэтому строение молекулы метана представляет собой правильный тетраэдр, в центре которого находится возбужденный атом углерода с четырьмя тетраэдрически направленными гибридными облаками. Четыре атома водорода занимают вершины тетраэдра, химические связи направлены от центра к вершинам тетраэдра (рис. 42). Угол между связями равен точно тетраэдрическому. [c.106]

Как известно, атом углерода имеет четыре валентных электрона, из которых один находится на 5-атомной и три на р-атомных орбиталях. При образовании связей с четырьмя партнерами происходит 5рЗ-гибридизация и получаются четыре эквивалентные тетраэдрически направленные а-связи, характерные для насыщенных углеводородов. [c.17]

Следует отметить, что промежуточный гибридный ион изображен с атомом водорода под плоскостью и с атомом брома над плоскостью молекулы. Это показывает, что Вг+ атакует из области над (или под) плоскостью ароматического ядра, в результате чего подвергающийся замещению атом углерода становится тетраэдрическим. Превращение атома углерода, имеющего ароматические связи, лежащие в одной плоскости, в атом с четырьмя направленными к углам тетраэдра алифатическими связями пред1ста1вляет собой (переход от sp - к зр -тибридизован-ным электронным орбитам. Гибридный катион (I—И ) называется ионом арония (см. том I 9.7) комплекс, образующийся при взаимодействии иона арония с анионом, называется а-ко м п л е к с о м, так как и вступающий заместитель и атом водорода связаны с углеродом 0-связью. Цоллингер (1956) подчеркивает, что этот о-комплекс является промежуточным соединением, а не переходным состоянием. [c.133]

Теперь становится понятной четырехвалентность углерода, например, в парафинах. Если АО каждого атома углерода гибриди-зована тетраэдрически, то каждая связь С—Н будет образована перекрыванием одной из гибридных АО с орбиталью атома водорода, лежашего в соответствующем направлении связь С—С образуется перекрыванием двух тетраэдрических гибридных АО, по одной от каждого атома углерода. Для наших целей не имеет значения, будем ли мы пользоваться волновыми функциями типа МО или ВС существо дела одно и то же в обоих случаях. Аналогичное описание пригодно и для решетки алмаза, в которой каждый атом углерода окружен четырьмя другими атомами углерода, находящимися в вершинах тетраэдра. Именно по этой причине расстояние между атомами углерода в алмазе, которое может быть измерено с очень большой точностью с помощью рентгеновских лучей, часто принимается за нормальную длину простой связи С—С. [c.216]

Кристаллы второго типа называются ковалентными. Такое название объясняется тем, что силы, образующие эти структуры, почти не отличаются от рассмотренных нами сил, участвующих в образовании ковалентных связей. Если, например, известно, что атом углерода при гибридизации образует четыре сильные связи в тетраэдрических направлениях, то неудивительно, что в алмазе атомы углерода соединяются между собой в бесконечную тетраэдрическую рещетку (рис. 11.3). Очевидно, каждая [c.326]

Вероятно, вследствие конформационного сходства между простыми эфирами и алканами стало обычным предполагать зр -шб-ридизацию атома кислорода со связями С—О, включающую о-перекрывание хр -гнбридпых орбиталей атомов углерода и кислорода, и две свободные пары электронов эфирного атома кислорода принято изображать занимающими тетраэдрически направленные локализованные хр -орбитали, которые стерически эквивалентны электронным парам, образующим связи с атомами водорода в соответствующем алкане. Таким образом, диметиловый эфир может быть изображен, схемой (6) с поляризованными связями С—О вследствие большей электроотрицательности кислорода по сравнению с углеродом. [c.295]

В молекуле гидрохинона направления связей С—О в параположениях строго определено, что обусловливает и положение двух атомов кислорода, находящихся па расстоянии около 5,5 A друг от друга. Направления водородных связей от данной молекулы к двум соседним молекулам тоже строго определены как по отношению друг к другу, так и по отношению к направлению связи С—О. Точно так же определенным образом по отношению друг к другу расположены связи С—О двух соседних молекул гидрохинона. Одна из структур, которая удовлетворяет этим геометрическим требованиям, и показана на рис. 155. Каждый атом водорода в группах ОН образует одну водородную связь, и все водородные связи наклонены к ковалентной связи кислород — углерод под углом, приблизительно равным тетраэдрическому. Водородные связи сгруппированы в Правильные шес1 иугольники так, что каждый угол равен 120°. [c.416]

И углерод-водородную связи в таких молекулах, как этан СаНв. Одинарные связи образуются при обобществлении двух электронов (часто по одному от каждого из атомов), а образование двойной и тройной связи связано с обобществлением соответственно четырех или шести электронов. Ковалентные связи обладают направленным характером, как это видно на примере тетраэдрической конфигурации связей углерода в органических молекулах и в твердых телах, таких, как алмаз и кремний (рис. 2, б). [c.14]

В ковалентной связи обобществленные электроны обычно заполняют внешнюю валентную оболочку каждого атома. В алмазе, например, каждый атом углерода тетраэдрически окружен четырьмя ближайшими соседними атомами. Четыре валентных электрона каждого атома углерода с конфигурацией 25 2р обобществлены с электронами четырех ближайших атомов углерода, по одному электрону от каждого атома на одну связь. Такое обобществление приводит к заполнению валентной оболочки каждого атома, так как в образовании связи участвуют все восемь электронов. Все четыре связи равноценны, объясняется это смешиванием 25- и 2р-орбиталей ( 5р -гибридизация ). Спаренные электроны, осуществляющие связь, имеют противоположно направленные спины один обладает спином, направленным вверх , а другой—спином, направленным вниз . [c.14]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология