Главная > Разное > Биология и квантовая механика
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

5.2. Неполная локализация химических связей

В предыдущем разделе рассматривались химические соединения, в которых приближенно можно указать число связей, удерживающих каждый атом в молекуле. В этом случае можно говорить о локальном характере связей и изображать черточкой каждую связь в структурной формуле молекулы. Такая возможность осуществляется не всегда.

Имеется большое число так называемых ароматических соединений и молекул с сопряженными связями, в которых локализация связей нарушена. Такие делокализованные связи осуществляются обычно -электронами.

Типичным представителем ароматических молекул является молекула бензола, в состав которой входят шесть атомов углерода и шесть атомов водорода. Молекула бензола является плоской. Шесть атомов углерода располагаются в углах правильного шестиугольника. Валентное состояние этих атомов соответствует функциям (5.4). Три валентных электрона в состояниях

участвуют в образовании локальных -свяэей, составляющих между собой углы, равные 120°. Одна связь удерживает водород, а две другие — соседние атомы углерода. Четвертый валентный электрон в состоянии с осью z, перпендикулярной плоскости молекулы, является -злектроном. Он участвует в образовании дополнительной связи одовременно с двумя соседними атомами углерода, а не с одним, как в случае локализованной связи в молекуле этилена и других аналогичных молекулах. Такая «делокализация» связи приводит к возможности перемещения -злектронов в бензольном кольце от одного атома углерода к другому с образованием кольцевого тока при включении магнитного поля, перпендикулярного плоскости кольца.

Если условиться изображать дел ока лизованные связи штриховыми линиями, то структурная формула бензола будет иметь вид

Существенно, что во всех связях электронная плотность распределена одинаковым образом. Расстояние между всеми атомами углерода одинаково и равно 1,40 А. Часто, однако, для простоты используют условное обозначение молекулы бензола с чередующимися одинарными и двойными связями без обозначения групп

При изображении многочисленных производных бенвола, образуемых замещением одного или нескольких водородных атомов радикалами, указываются только заменители. Например, изображение молекулы метилбензола (толуола) имеет вид

К ароматическим соединениям с делокализованными связями относятся также соединения с конденсированными бензольными ядрами: нафталин антрацен фенантрен и др.

Их краткие изображения имеют такой вид:

Делокализованные связи -электронов проявляются и в углеводородных молекулах, которые принято изображать в виде цепей углеродных атомов с чередующимися двойными и ординарными связями. Простейшим примером такой молекулы является плоская молекула бутадиена, которая может находиться в транс- и цис-конфигурациях

Валентные состояния атомов углерода в этих молекулах соответствуют функция (5.4). Расстояние между средними атомами углерода (1,46 А) меньше, чем расстояние между атомами углерода при образовании одинарной связи (1,54 А). Расстояния же между крайними парами углеродных атомов (1,34 А) несколько больше расстояний между атомами, связанными обычными двойными связями (1,32 А). Это указывает на то, что -электроны. средних атомов углерода вызывают дополнительное взаимодействие между ними. Такое заключение подтверждается плоской структурой молекулы, которая стабилизируется взаимодействием -электронов средних атомов углерода.

Примером молекулы с сопряженными связями может также служить ретинал участвующий в фоторецепторной системе зрения

Важнейшей особенностью соединений с сопряженными связями является их более высокая реакционная способность по сравнению с соединениями, имеющими изолированные связи.

К соединениям с сопряженными связями относятся и гетероциклические соединения. Их молекулы содержат кольца (из трех, четырех, пяти и большего числа атомов), в образовании

которых принимают участие атомы других элементов. Наиболее часто такими атомами являются атомы азота, кислорода и серы. В гетероциклических соединениях электронное строение связей в кольце такое же, как и в ароматических молекулах и условно обозначается в формулах, как и в формуле бензола, чередующимися двойными и одинарными связями. Примером шестичленного гетероцикла с одним гетероатомом азота является пиридин

В этой молекуле электронная конфигурация пяти внешних электронов атома азота соответствует функциям (5.4). Один электрон в состоянии (ось z перпендикулярна плоскости кольца) входит в состав -электронов кольца. Два электрона с противоположными спинами находятся в состоянии и не участвуют в химических связях. Иногда их называют теподеленной парой» электронов. Два других электрона находятся в состояниях и образуют две -связи с соседними атомами углерода. Молекулу пиридина принято условно обозначать формулой

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление