1. Сопряженные системы

В простейшем случае сопряженные системы — это системы с чередующимися двойными и одинарными связями. Они могут быть открытыми и закрытыми. Открытая система имеется в диеновых углеводородах (УВ).

Все атомы С находятся в состоянии sp гибридизации. Четыре негибридные р орбитами, перекрываясь между собой, образуют единую электронную систему. Этот вид сопряжения называется π, π сопряжением.

Происходит сопряжение р-электронов с S-электронами. Этот вид сопряжения называется р, π сопряжением. Закрытая система имеется в ароматических УВ.

Сопряжение — процесс энергетически выгодный, энергия (Е) при этом выделяется.

Энергия сопряжения бутадиена — 1,3 составляет 15 кДж/моль, энергия сопряжения бензола — 228 кДж/моль.

2. Ароматичность

Это понятие, включающее различные свойства ароматических соединений. Условия ароматичности:

1. плоский замкнутый цикл;
2. все атомы С находятся в sp² гибридизации;
3. образуется единая сопряженная система всех атомов цикла;
4. выполняется правило Хюккеля: в сопряжении участвуют 4n + 2 π электронов, где n = 1, 2, 3...

Простейший представитель ароматических углеводородов — бензол. Он соответствует всем четырем условиям ароматичности.

Правило Хюккеля: 4n + 2 = 6, n = 1.

Нафталин — ароматическое соединение 4n + 2 = 10, n = 2.

 

 

 

Пиридин — ароматическое гетероциклическое соединение.

 

 

 

 

 

Взаимное влияние атомов в молекуле

1861 г. русский ученый A. M. Бутлеров выдвинул положение: «Атомы в молекулах взаимно влияют друг на друга». В настоящее время это влияние передается двумя путями: индуктивным и мезомерным эффектами.

Индуктивный эффект — это передача электронного влияния по цепи p связи. Известно, что связь между атомами с различной электроотрицательностью (ЭО) поляризована, смещена к более электроотрицательному атому. Это приводит к появлению на атомах эффективных (реальных) зарядов (d). Такое электронное смещение называется индуктивным и обозначается буквой «I» и стрелкой «→».

δ+ δ –

СН₃ → СН₂ → X, Х = Ha^–_l, НО–, HS–, NH^–₂ и др. Индуктивный эффект может быть положительным или отрицательным. Если заместитель X притягивает электроны химической связи сильнее, чем атом Н, то он проявляет –I.I (H) = 0. В нашем примере X проявляет –I.

Если заместитель X притягивает электроны связи слабее, чем атом Н, то он проявляет +I. Все алкилы (R = СН^–_з, C₂H₅^— и т. д.), Меn⁺ проявляют +I.

Мезомерный эффект (эффект сопряжения) — это влияние заместителя, передаваемое по сопряженной системе π связей. Обозначается буквой «М» и изогнутой стрелкой. Мезомерный эффект может быть «+» или «–». Выше было сказано, что имеется два вида сопряжения π, π и р, π.

Заместитель, притягивающий электроны из сопряженной системы, проявляет –М и называется электроноакцептором (ЭА). Это заместители, имеющие двойную связь –С =.

Заместитель, отдающий электроны в сопряженную систему, проявляет +М и называется электронодонором (ЭД). Это заместители с одинарными связями, имеющие неподеленную элект ронную пару (–ОН, –NH₂, –Na_l, –OR и др).

Классификация органических реакций

Химические реакции — это процессы, сопровождающиеся изменением распределения электронов внешних оболочек атомов реагирующих веществ. В результате реакции в реагирующих молекулах веществ разрываются одни химические связи и образуются другие. Реакция идет в сторону образования стабильных частиц, т. е. обладающих меньшей внутренней энергией.

Классифицировать реакции можно по различным признакам.

1. 1. По типу разрыва химических связей в реагирующих частицах (субстрат и реагент). Субстрат — это реагирующее вещество, реагент — действующее вещество. Данное разделение условное.

Различают три типа реагентов:

1) радикалы (R) — это нейтральные атомы или частицы с не спаренным электроном (Н–, Сl–.–ОН, —СН₃ и др.);

2) нуклеофилы (Nu — «любящие ядра») — это частицы, имеющие электронную пару на внешнем электронном уровне атома;

3) электрофилы (Е — «любящие электроны») — это частицы, имеющие недостаток электронов — незаполненный валентный электронный уровень.

В реакциях нуклеофил атакует в субстрате реакционный центр с недостатком электронов, электрофил атакует реакционный центр с избытком электронов. Соответственно этому различают:

1)  радикальные реакции;

2) электрофилъные реакции;

3) нуклеофильные реакции.

1. 2. По количеству и характеру исходных и конечных продуктов различают типы реакций:

1) замещения; они подобны реакциям обмена в неорганической химии;

2) присоединения;

3) отщепления (элиминирования) — это отщепление двух атомов или групп атомов от соседних атомов углерода с образованием между ними π связи;

4) перегруппировки.

С учетом характера реагентов реакции замещения и присоединения могут быть нуклеофильными, электрофильными и радикальными и обозначаться следующим образом:

1)  реакции нуклеофильного замещения;

2) реакции электрофильного замещения;

3) реакции радикального замещения;

4) реакции электрофильного присоединения;

5) реакции нуклеофильного присоединения;

6) реакции оадикального присоединения.