जमीनी अवस्था में, कार्बन परमाणु C (1s 2 2s 2 2p 2) में दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिसके कारण केवल दो सामान्य इलेक्ट्रॉन जोड़े बन सकते हैं। हालांकि, इसके अधिकांश यौगिकों में कार्बन टेट्रावैलेंट है। यह इस तथ्य के कारण है कि कार्बन परमाणु, थोड़ी मात्रा में ऊर्जा को अवशोषित करते हुए, एक उत्तेजित अवस्था में चला जाता है जिसमें उसके 4 अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं, अर्थात। बनाने में सक्षम चारसहसंयोजक बंधन और चार सामान्य इलेक्ट्रॉन जोड़े के निर्माण में भाग लेते हैं:

6 सी 1एस 2 2एस 2 2पी 2 6 सी * 1एस 2 2एस 1 2पी 3 .

↓

1

↓

पी

↓

पी

एस

एस

उत्तेजना ऊर्जा की भरपाई रासायनिक बंधों के निर्माण से होती है, जो ऊर्जा की रिहाई के साथ होती है।

कार्बन परमाणुओं में इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स के तीन प्रकार के संकरण बनाने की क्षमता होती है ( सपा 3, सपा 2, एसपी) और आपस में कई (डबल और ट्रिपल) बॉन्ड्स का बनना (सारणी 2.2)।

तालिका 2.2

अणुओं के संकरण और ज्यामिति के प्रकार

एक सरल (एकल) s-बंध तब होता है जब सपा 3-संकरण, जिसमें सभी चार संकर कक्षक समतुल्य होते हैं और एक दूसरे से 109°29' के कोण पर स्थानिक अभिविन्यास रखते हैं और एक नियमित चतुष्फलक के शीर्षों की ओर उन्मुख होते हैं (चित्र 2.8)।

चावल। 2.8. मीथेन सीएच 4 अणु का निर्माण

यदि कार्बन के संकर कक्षक गोलाकार के साथ अतिव्यापन करते हैं एस-हाइड्रोजन परमाणु के ऑर्बिटल्स, फिर सबसे सरल कार्बनिक यौगिक मीथेन सीएच 4 बनता है - एक संतृप्त हाइड्रोकार्बन।

एक दूसरे के साथ और अन्य तत्वों के परमाणुओं के साथ कार्बन परमाणुओं के बंधों का अध्ययन बहुत रुचिकर है। एथेन, एथिलीन और एसिटिलीन के अणुओं की संरचना पर विचार करें।

एथेन अणु में सभी बंधों के बीच के कोण लगभग एक दूसरे के बराबर होते हैं (चित्र 2.9) और मीथेन अणु में C - H कोणों से भिन्न नहीं होते हैं।

इसलिए, कार्बन परमाणु राज्य में हैं सपा 3-संकरण।

चावल। 2.9. ईथेन अणु सी 2 एच 6

कार्बन परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स का संकरण अधूरा हो सकता है, अर्थात। इसमें दो शामिल हो सकते हैं सपा 2-संकरण) या एक ( एसपी-संकरण) तीन आर-ऑर्बिटल्स। इस मामले में, कार्बन परमाणुओं के बीच बनते हैं एकाधिक बंधन (डबल या ट्रिपल)। कई बंधों वाले हाइड्रोकार्बन को असंतृप्त या असंतृप्त कहा जाता है। एक दोहरा बंधन (C=C) तब बनता है जब सपा 2-संकरण।

इस मामले में, प्रत्येक कार्बन परमाणु में तीन में से एक होता है आर-ऑर्बिटल्स संकरण में शामिल नहीं होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप तीन का निर्माण होता है सपा 2- एक ही विमान में एक दूसरे से 120 ° के कोण पर स्थित हाइब्रिड ऑर्बिटल्स, और गैर-हाइब्रिड 2 आर-कक्षीय इस तल के लंबवत है। दो कार्बन परमाणु एक-दूसरे से जुड़े हुए हैं, अतिव्यापी संकर कक्षकों के कारण एक s-बंध बनाते हैं और अतिव्यापन के कारण एक p-बंध बनाते हैं आर-ऑर्बिटल्स।

कार्बन के मुक्त संकर कक्षकों की 1 . के साथ परस्पर क्रिया एस-हाइड्रोजन परमाणुओं के ऑर्बिटल्स एथिलीन अणु C 2 H 4 (चित्र 2.10) के निर्माण की ओर ले जाते हैं - असंतृप्त हाइड्रोकार्बन का सबसे सरल प्रतिनिधि।

चावल। 2.10. एथिलीन अणु का निर्माण C2H4

p-बंध के मामले में इलेक्ट्रॉन कक्षकों का अतिव्यापन कम होता है और बढ़े हुए इलेक्ट्रॉन घनत्व वाले क्षेत्र परमाणुओं के नाभिक से अधिक दूर स्थित होते हैं, इसलिए यह बंधन s-बंध से कम मजबूत होता है।

एक ट्रिपल बॉन्ड एक एस-बॉन्ड और दो पी-बॉन्ड द्वारा बनता है। इस मामले में, इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स एसपी-संकरण की स्थिति में होते हैं, जिसका गठन एक के कारण होता है एस- और एक आर-ऑर्बिटल्स (चित्र। 2.11)।

दो हाइब्रिड ऑर्बिटल्स एक दूसरे के सापेक्ष 180° के कोण पर स्थित होते हैं, और शेष दो गैर-हाइब्रिड आर-कक्षक दो परस्पर लंबवत तलों में स्थित होते हैं। ट्रिपल बॉन्ड का निर्माण सी 2 एच 2 एसिटिलीन अणु में होता है (चित्र 2.11 देखें)।

चावल। 2.11. एसिटिलीन अणु का निर्माण सी 2 एच 2

बेंजीन अणु (सी 6 एच 6) के निर्माण के दौरान एक विशेष प्रकार का बंधन उत्पन्न होता है - सबसे सरल प्रतिनिधि सुगंधित हाइड्रोकार्बन.

बेंजीन में एक चक्र (बेंजीन रिंग) में एक साथ जुड़े छह कार्बन परमाणु होते हैं, जबकि प्रत्येक कार्बन परमाणु sp 2 संकरण की स्थिति में होता है (चित्र। 2.12)।

चावल। 2.12. एसपी 2 - बेंजीन अणु सी 6 एच 6 . के कक्षक

बेंजीन अणु में शामिल सभी कार्बन परमाणु एक ही तल में स्थित होते हैं। sp 2 संकरण अवस्था में प्रत्येक कार्बन परमाणु में एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन के साथ एक अन्य गैर-संकर p-कक्षक होता है, जो एक p-बंध बनाता है (चित्र 2.13)।

इस तरह अक्ष आर-कक्षीय बेंजीन अणु के तल के लंबवत स्थित है।

सभी छह गैर-संकर आर-ऑर्बिटल्स एक सामान्य बंधन आणविक पी-ऑर्बिटल बनाते हैं, और सभी छह इलेक्ट्रॉनों को पी-इलेक्ट्रॉन सेक्सेट में जोड़ा जाता है।

ऐसे कक्षक की सीमा सतह कार्बन s-कंकाल तल के ऊपर और नीचे स्थित होती है। सर्कुलर ओवरलैप के परिणामस्वरूप, चक्र के सभी कार्बन परमाणुओं को कवर करते हुए, एक एकल डेलोकाइज्ड पी-सिस्टम उत्पन्न होता है (चित्र। 2.13)।

बेंजीन को योजनाबद्ध रूप से एक षट्भुज के रूप में चित्रित किया गया है जिसके अंदर एक अंगूठी है, जो इंगित करता है कि इलेक्ट्रॉनों और संबंधित बांडों का एक निरूपण है।

चावल। 2.13. -बेंजीन अणु C6H6 . में बंधन

आयनिक रासायनिक बंधन

आयोनिक बंध- विपरीत आवेशित आयनों के परस्पर इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण के परिणामस्वरूप बनने वाला एक रासायनिक बंधन, जिसमें एक अधिक विद्युतीय तत्व के परमाणु के लिए कुल इलेक्ट्रॉन घनत्व के पूर्ण संक्रमण द्वारा एक स्थिर अवस्था प्राप्त की जाती है।

एक विशुद्ध रूप से आयनिक बंधन एक सहसंयोजक बंधन का सीमित मामला है।

व्यवहार में, एक बंधन के माध्यम से एक परमाणु से दूसरे परमाणु में इलेक्ट्रॉनों का पूर्ण संक्रमण महसूस नहीं होता है, क्योंकि प्रत्येक तत्व में अधिक या कम (लेकिन शून्य नहीं) EO होता है, और कोई भी रासायनिक बंधन कुछ हद तक सहसंयोजक होगा।

परमाणुओं के ईआर में बड़े अंतर के मामले में ऐसा बंधन उत्पन्न होता है, उदाहरण के लिए, धनायनों के बीच एस-आवर्त प्रणाली के पहले और दूसरे समूहों के धातु और समूह VIA और VIIA (LiF, NaCl, CsF, आदि) के गैर-धातुओं के आयन।

सहसंयोजक बंधन के विपरीत, आयनिक बंधन की कोई दिशा नहीं होती है . यह इस तथ्य से समझाया गया है कि आयन के विद्युत क्षेत्र में गोलाकार समरूपता होती है, अर्थात। किसी भी दिशा में समान नियम के अनुसार दूरी के साथ घटती जाती है। इसलिए, आयनों के बीच की बातचीत दिशा से स्वतंत्र है।

विपरीत चिन्ह के दो आयनों की परस्पर क्रिया से उनके बल क्षेत्रों का पूर्ण पारस्परिक मुआवजा नहीं हो सकता है। इस वजह से, वे विपरीत राशि के आयनों को अन्य दिशाओं में आकर्षित करने की क्षमता बनाए रखते हैं। इसलिए, एक सहसंयोजक बंधन के विपरीत, आयनिक बंधन भी असंतृप्ति की विशेषता है .

आयनिक बंधन के अभिविन्यास और संतृप्ति की कमी के कारण आयनिक अणुओं की संबद्धता की प्रवृत्ति होती है। ठोस अवस्था में सभी आयनिक यौगिकों में एक आयनिक क्रिस्टल जाली होती है जिसमें प्रत्येक आयन विपरीत चिन्ह के कई आयनों से घिरा होता है। इस मामले में, पड़ोसी आयनों के साथ दिए गए आयन के सभी बंधन बराबर हैं।

धातु कनेक्शन

धातुओं को कई विशेष गुणों की विशेषता होती है: विद्युत और तापीय चालकता, विशेषता धातु चमक, लचीलापन, उच्च लचीलापन और उच्च शक्ति। धातुओं के इन विशिष्ट गुणों को एक विशेष प्रकार के रासायनिक बंधन द्वारा समझाया जा सकता है जिसे कहा जाता है धातु का .

एक धातु बंधन एक धातु के क्रिस्टल जाली में एक दूसरे के पास आने वाले परमाणुओं के अतिव्यापी डेलोकलाइज्ड ऑर्बिटल्स का परिणाम है।

अधिकांश धातुओं में महत्वपूर्ण संख्या में रिक्त कक्षक होते हैं और बाहरी इलेक्ट्रॉनिक स्तर पर इलेक्ट्रॉनों की एक छोटी संख्या होती है।

इसलिए, यह ऊर्जावान रूप से अधिक अनुकूल है कि इलेक्ट्रॉन स्थानीयकृत नहीं हैं, लेकिन पूरे धातु परमाणु से संबंधित हैं। धातु के जाली स्थलों पर, सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयन होते हैं जो पूरे धातु में वितरित इलेक्ट्रॉन "गैस" में विसर्जित होते हैं:

मैं मैं n + + n ।

धनावेशित धातु आयनों (Me n +) और गैर-स्थानीयकृत इलेक्ट्रॉनों (n) के बीच एक इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन होता है जो पदार्थ की स्थिरता सुनिश्चित करता है। इस अंतःक्रिया की ऊर्जा सहसंयोजक और आणविक क्रिस्टल की ऊर्जाओं के बीच मध्यवर्ती है। इसलिए, विशुद्ध रूप से धात्विक बंधन वाले तत्व ( एस-, और पी-तत्व) अपेक्षाकृत उच्च गलनांक और कठोरता की विशेषता है।

इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति, जो क्रिस्टल के आयतन के चारों ओर स्वतंत्र रूप से घूम सकते हैं, और धातु के विशिष्ट गुण प्रदान करते हैं

हाइड्रोजन बंध

हाइड्रोजन बंध – एक विशेष प्रकार की अंतर-आणविक बातचीत। हाइड्रोजन परमाणु जो सहसंयोजक रूप से एक ऐसे तत्व के परमाणु से बंधे होते हैं जिसमें उच्च इलेक्ट्रोनगेटिविटी मान होता है (आमतौर पर एफ, ओ, एन, लेकिन सीएल, एस, और सी) अपेक्षाकृत उच्च प्रभावी चार्ज लेते हैं। नतीजतन, ऐसे हाइड्रोजन परमाणु इन तत्वों के परमाणुओं के साथ इलेक्ट्रोस्टैटिक रूप से बातचीत कर सकते हैं।

तो, एक पानी के अणु का एच डी + परमाणु उन्मुख होता है और तदनुसार ओ डी परमाणु के साथ बातचीत करता है (जैसा कि तीन बिंदुओं द्वारा दिखाया गया है) - एक और पानी का अणु:

विद्युत ऋणात्मक तत्वों के दो परमाणुओं के बीच स्थित H परमाणु द्वारा बनने वाले बंधों को हाइड्रोजन बंध कहा जाता है:

डी-डी+डी-

ए - एच × × × बी

हाइड्रोजन बांड की ऊर्जा पारंपरिक सहसंयोजक बंधन (150-400 kJ / mol) की ऊर्जा से बहुत कम है, लेकिन यह ऊर्जा एक तरल अवस्था में संबंधित यौगिकों के अणुओं के एकत्रीकरण का कारण बनने के लिए पर्याप्त है, उदाहरण के लिए, में तरल हाइड्रोजन फ्लोराइड एचएफ (चित्र। 2.14)। फ्लोरीन यौगिकों के लिए, यह लगभग 40 kJ/mol तक पहुँच जाता है।

चावल। 2.14. हाइड्रोजन बांड के कारण एचएफ अणुओं का एकत्रीकरण

हाइड्रोजन बंध की लंबाई भी सहसंयोजक बंध की लंबाई से कम होती है। तो, बहुलक (एचएफ) एन में, एफ-एच बांड की लंबाई 0.092 एनएम है, और एफ∙∙∙एच बांड 0.14 एनएम है। पानी के लिए, O−H बॉन्ड की लंबाई 0.096 एनएम है, और O∙∙∙H बॉन्ड की लंबाई 0.177 एनएम है।

इंटरमॉलिक्युलर हाइड्रोजन बॉन्ड के निर्माण से पदार्थों के गुणों में महत्वपूर्ण परिवर्तन होता है: चिपचिपाहट, ढांकता हुआ स्थिरांक, क्वथनांक और गलनांक में वृद्धि।

इसी तरह की जानकारी।

अध्याय 2. रासायनिक बंधन और कार्बनिक यौगिकों में परमाणुओं का पारस्परिक प्रभाव

अध्याय 2. रासायनिक बंधन और कार्बनिक यौगिकों में परमाणुओं का पारस्परिक प्रभाव

कार्बनिक यौगिकों के रासायनिक गुण रासायनिक बंधों के प्रकार, बंधित परमाणुओं की प्रकृति और अणु में उनके पारस्परिक प्रभाव से निर्धारित होते हैं। ये कारक, बदले में, परमाणुओं की इलेक्ट्रॉनिक संरचना और उनके परमाणु कक्षकों की परस्पर क्रिया द्वारा निर्धारित होते हैं।

2.1. कार्बन परमाणु की इलेक्ट्रॉनिक संरचना

परमाणु अंतरिक्ष का वह भाग जिसमें इलेक्ट्रॉन मिलने की संभावना अधिकतम होती है, परमाणु कक्षीय (AO) कहलाता है।

रसायन विज्ञान में, कार्बन परमाणु और अन्य तत्वों के संकर कक्षकों की अवधारणा का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। ऑर्बिटल्स की पुनर्व्यवस्था का वर्णन करने के तरीके के रूप में संकरण की अवधारणा आवश्यक है जब एक परमाणु की जमीनी अवस्था में अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की संख्या बनने वाले बांडों की संख्या से कम हो। एक उदाहरण कार्बन परमाणु है, जो सभी यौगिकों में एक टेट्रावैलेंट तत्व के रूप में प्रकट होता है, लेकिन इसके बाहरी इलेक्ट्रॉनिक स्तर पर ऑर्बिटल्स भरने के नियमों के अनुसार, केवल दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉन जमीनी अवस्था में हैं 1s 2 2s 2 2p 2 (चित्र। 2.1, एऔर परिशिष्ट 2-1)। इन मामलों में, यह माना जाता है कि ऊर्जा में बंद विभिन्न परमाणु ऑर्बिटल्स एक दूसरे के साथ मिल सकते हैं, एक ही आकार और ऊर्जा के हाइब्रिड ऑर्बिटल्स का निर्माण कर सकते हैं।

हाइब्रिड ऑर्बिटल्स, अधिक ओवरलैप के कारण, गैर-हाइब्रिडाइज्ड ऑर्बिटल्स की तुलना में मजबूत बॉन्ड बनाते हैं।

संकरित कक्षकों की संख्या के आधार पर, एक कार्बन परमाणु तीन अवस्थाओं में से एक में हो सकता है

चावल। 2.1.जमीन में कार्बन परमाणु पर कक्षा में इलेक्ट्रॉनों का वितरण (ए), उत्तेजित (बी) और संकरित अवस्था (सी - सपा 3, जी-एसपी2, डी- सपा)

संकरण (चित्र देखें। 2.1, सी-ई)। संकरण का प्रकार अंतरिक्ष में हाइब्रिड एओ के उन्मुखीकरण को निर्धारित करता है और इसके परिणामस्वरूप, अणुओं की ज्यामिति, यानी उनकी स्थानिक संरचना।

अणुओं की स्थानिक संरचना अंतरिक्ष में परमाणुओं और परमाणु समूहों की पारस्परिक व्यवस्था है।

सपा 3-संकरण।एक उत्तेजित कार्बन परमाणु के चार बाहरी AO को मिलाते समय (चित्र 2.1, b देखें) - एक 2s- और तीन 2p-कक्षक - चार समतुल्य sp 3-संकर कक्षाएँ उत्पन्न होती हैं। उनके पास त्रि-आयामी "आठ" का आकार है, जिनमें से एक ब्लेड दूसरे की तुलना में बहुत बड़ा है।

प्रत्येक संकर कक्षक एक इलेक्ट्रॉन से भरा होता है। sp 3 संकरण की अवस्था में कार्बन परमाणु का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास 1s 2 2(sp 3) 4 होता है (चित्र 2.1, c देखें)। संकरण की ऐसी स्थिति संतृप्त हाइड्रोकार्बन (अल्केन्स) में कार्बन परमाणुओं की विशेषता है और, तदनुसार, अल्काइल रेडिकल्स में।

पारस्परिक प्रतिकर्षण के कारण, एसपी 3-हाइब्रिड एओ अंतरिक्ष में शीर्ष पर निर्देशित होते हैं चतुष्फलक,और उनके बीच का कोण 109.5 है? (सबसे लाभप्रद स्थान; अंजीर। 2.2, ए)।

स्थानिक संरचना को स्टीरियोकेमिकल सूत्रों का उपयोग करके दर्शाया गया है। इन सूत्रों में, sp3 संकरित कार्बन परमाणु और उसके दो बंधन आरेखण के तल में रखे जाते हैं और एक नियमित रेखा द्वारा रेखांकन द्वारा निरूपित किए जाते हैं। एक बोल्ड लाइन या बोल्ड वेज एक कनेक्शन को दर्शाता है जो ड्राइंग के विमान से आगे बढ़ता है और पर्यवेक्षक की ओर निर्देशित होता है; एक बिंदीदार रेखा या एक रची हुई कील (............) - एक कनेक्शन जो पर्यवेक्षक से ड्राइंग के विमान से परे जाता है

चावल। 2.2.कार्बन परमाणु के संकरण के प्रकार। केंद्र में बिंदु परमाणु का केंद्रक है (हाइब्रिड ऑर्बिटल्स के छोटे अंशों को आंकड़े को सरल बनाने के लिए छोड़ दिया जाता है; अनहाइब्रिडाइज्ड पी-एओ को रंग में दिखाया गया है)

झा (चित्र। 2.3, ए)। कार्बन परमाणु राज्य में है सपा 3-संकरण में एक चतुष्फलकीय विन्यास होता है।

सपा 2-संकरण।एक मिलाते समय 2s-और दो 2p-AO उत्तेजित कार्बन परमाणु के, तीन समतुल्य एसपी 2-हाइब्रिड ऑर्बिटल्स और अनहाइब्रिडाइज्ड 2p-AO रहता है। कार्बन परमाणु राज्य में है एसपी 2-संकरण का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास 1s 2 2(sp 2) 3 2p 1 है (चित्र 2.1, d देखें)। कार्बन परमाणु के संकरण की यह स्थिति असंतृप्त हाइड्रोकार्बन (एल्किन्स) के साथ-साथ कार्बोनिल और कार्बोक्सिल जैसे कुछ कार्यात्मक समूहों के लिए विशिष्ट है।

एसपी 2 - हाइब्रिड ऑर्बिटल्स एक ही तल में 120 के कोण पर स्थित होते हैं, और गैर-संकरित AO एक लंबवत तल में होते हैं (चित्र 2.2, b देखें)। कार्बन परमाणु राज्य में है एसपी 2-संकरण है त्रिकोणीय विन्यास।दोहरे बंधन से बंधे कार्बन परमाणु चित्र के तल में हैं, और उनके एकल बंधन पर्यवेक्षक की ओर और दूर निर्देशित हैं जैसा कि ऊपर वर्णित है (चित्र 2.3 देखें)। बी)।

सपा संकरण।जब एक उत्तेजित कार्बन परमाणु के एक 2s और एक 2p कक्षकों को मिलाया जाता है, तो दो समतुल्य sp संकर AO बनते हैं, जबकि दो p AO असंकरित रहते हैं। sp संकरण अवस्था में कार्बन परमाणु का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास होता है

चावल। 2.3.मीथेन (ए), ईथेन (बी) और एसिटिलीन (सी) के स्टीरियोकेमिकल सूत्र

1s 2 2(sp 2) 2 2p 2 (चित्र 2.1e देखें)। कार्बन परमाणु के संकरण की यह अवस्था ट्रिपल बॉन्ड वाले यौगिकों में होती है, उदाहरण के लिए, एल्काइन्स, नाइट्राइल्स में।

एसपी-हाइब्रिड ऑर्बिटल्स 180 के कोण पर स्थित होते हैं, और दो अनहाइब्रिडेड एओ परस्पर लंबवत विमानों में होते हैं (चित्र 2.2, सी देखें)। sp संकरण अवस्था में कार्बन परमाणु होता है लाइन विन्यास,उदाहरण के लिए, एसिटिलीन अणु में, सभी चार परमाणु एक ही सीधी रेखा पर होते हैं (चित्र 2.3 देखें)। में)।

अन्य ऑर्गेनोजेन तत्वों के परमाणु भी संकरित अवस्था में हो सकते हैं।

2.2. कार्बन परमाणु के रासायनिक बंधन

कार्बनिक यौगिकों में रासायनिक बंध मुख्य रूप से सहसंयोजक बंधों द्वारा दर्शाए जाते हैं।

एक सहसंयोजक बंधन एक रासायनिक बंधन है जो बंधित परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनों के समाजीकरण के परिणामस्वरूप बनता है।

ये साझा इलेक्ट्रॉन आणविक कक्षा (MOs) पर कब्जा कर लेते हैं। एक नियम के रूप में, MO एक बहुकेंद्रीय कक्षीय है और इसे भरने वाले इलेक्ट्रॉन निरूपित (छितरी हुई) हैं। इस प्रकार, MO, AO की तरह, खाली हो सकता है, एक इलेक्ट्रॉन या दो इलेक्ट्रॉनों के साथ विपरीत स्पिन* भरा जा सकता है।

2.2.1. σ- औरπ -संचार

सहसंयोजक बंध दो प्रकार के होते हैं: (सिग्मा)- और (pi)-बंध।

-बॉन्ड एक सहसंयोजक बंधन होता है, जब एक AO दो बंधित परमाणुओं के नाभिक को इस सीधी रेखा पर अधिकतम ओवरलैप के साथ जोड़ने वाली एक सीधी रेखा (अक्ष) के साथ ओवरलैप करता है।

-बॉन्ड तब उत्पन्न होता है जब हाइब्रिड वाले सहित कोई भी AO ओवरलैप होता है। चित्र 2.4 कार्बन परमाणुओं के बीच उनके संकर sp3 -AO और -बंधों के अक्षीय अतिव्यापन के परिणामस्वरूप -बंध के गठन को दर्शाता है सी-एच बायअतिव्यापी संकर sp3 -AO कार्बन का और s-AO हाइड्रोजन का।

*अधिक जानकारी के लिए देखें: पोपकोव वी.ए., पुजाकोव एस.ए.सामान्य रसायन शास्त्र। - एम .: जियोटार-मीडिया, 2007। - अध्याय 1।

चावल। 2.4.AO के अक्षीय अतिव्यापन द्वारा एथेन में -आबंधों का निर्माण (संकर कक्षकों के छोटे अंशों को छोड़ दिया जाता है, रंग दिखाता है) एसपी 3-एओकार्बन, काला - s-AO हाइड्रोजन)

अक्षीय ओवरलैप के अलावा, एक अन्य प्रकार का ओवरलैप संभव है - पी-एओ का पार्श्व ओवरलैप, जिससे बॉन्ड (चित्र 2.5) बनता है।

p-परमाणु कक्षक

चावल। 2.5.-पार्श्व अतिव्यापन द्वारा एथिलीन में आबंध का निर्माण आर-एओ

-बंधन एक बंधन है जो गैर-संकरित p-AOs के पार्श्व अतिव्यापन द्वारा बनता है जिसमें परमाणुओं के नाभिक को जोड़ने वाली सीधी रेखा के दोनों ओर अधिकतम अतिव्यापन होता है।

कार्बनिक यौगिकों में पाए जाने वाले कई बंधन σ- और π-बंधों का संयोजन होते हैं: डबल - एक σ- और एक π-, ट्रिपल - एक σ- और दो -बॉन्ड।

एक सहसंयोजक बंधन के गुणों को ऊर्जा, लंबाई, ध्रुवता और ध्रुवीकरण जैसी विशेषताओं के संदर्भ में व्यक्त किया जाता है।

बंधन ऊर्जाएक बंधन के निर्माण के दौरान जारी ऊर्जा है या दो बंधुआ परमाणुओं को अलग करने के लिए आवश्यक है। यह बंधन शक्ति के माप के रूप में कार्य करता है: जितनी अधिक ऊर्जा होगी, बंधन उतना ही मजबूत होगा (तालिका 2.1)।

लिंक की लंबाईबंधित परमाणुओं के केंद्रों के बीच की दूरी है। एक डबल बॉन्ड एक बॉन्ड से छोटा होता है, और एक ट्रिपल बॉन्ड डबल बॉन्ड से छोटा होता है (तालिका 2.1 देखें)। संकरण की विभिन्न अवस्थाओं में कार्बन परमाणुओं के बीच बंधों का एक सामान्य पैटर्न होता है -

तालिका 2.1.सहसंयोजक बंधों की मुख्य विशेषताएं

संकर कक्षक में s-कक्षक के अंश में वृद्धि के साथ, आबंध की लंबाई कम हो जाती है। उदाहरण के लिए, यौगिकों की एक श्रृंखला में, प्रोपेन CH 3 सीएच 2 सीएच 3, प्रोपेन सीएच 3 सीएच = सीएच 2, प्रोपेन सीएच 3 सी = सीएच सीएच 3 बंधन लंबाई -सी, क्रमशः, 0.154 के बराबर है; 0.150 और 0.146 एनएम।

संचार ध्रुवीयता इलेक्ट्रॉन घनत्व के असमान वितरण (ध्रुवीकरण) के कारण। किसी अणु की ध्रुवता उसके द्विध्रुव आघूर्ण के मान से निर्धारित होती है। एक अणु के द्विध्रुव आघूर्ण से, अलग-अलग आबंधों के द्विध्रुव आघूर्णों की गणना की जा सकती है (तालिका 2.1 देखें)। द्विध्रुवीय क्षण जितना बड़ा होगा, बंधन उतना ही अधिक ध्रुवीय होगा। बंध की ध्रुवता का कारण बंधित परमाणुओं की वैद्युतीयऋणात्मकता में अंतर है।

वैद्युतीयऋणात्मकता वैलेंस इलेक्ट्रॉनों को धारण करने के लिए एक अणु में एक परमाणु की क्षमता की विशेषता है। किसी परमाणु की वैद्युतीयऋणात्मकता में वृद्धि के साथ, उसकी दिशा में बंध इलेक्ट्रॉनों के विस्थापन की डिग्री बढ़ जाती है।

बॉन्ड एनर्जी के आधार पर, अमेरिकी रसायनज्ञ एल। पॉलिंग (1901-1994) ने परमाणुओं की सापेक्ष इलेक्ट्रोनगेटिविटी (पॉलिंग स्केल) की मात्रात्मक विशेषता का प्रस्ताव दिया। इस पैमाने (पंक्ति) में, विशिष्ट कार्बनिक तत्वों को सापेक्ष इलेक्ट्रोनगेटिविटी के अनुसार व्यवस्थित किया जाता है (तुलना के लिए दो धातुएं दी जाती हैं) निम्नानुसार हैं:

इलेक्ट्रोनगेटिविटी किसी तत्व का पूर्ण स्थिरांक नहीं है। यह नाभिक के प्रभावी आवेश, AO संकरण के प्रकार और प्रतिस्थापकों के प्रभाव पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, एसपी 2 - या एसपी-संकरण की स्थिति में कार्बन परमाणु की इलेक्ट्रोनगेटिविटी एसपी 3-संकरण की स्थिति से अधिक होती है, जो हाइब्रिड ऑर्बिटल में एस-ऑर्बिटल के अनुपात में वृद्धि से जुड़ी होती है। . परमाणुओं के एसपी 3 से - एसपी 2 - और आगे से . के संक्रमण के दौरान एसपी-संकरित अवस्था, संकर कक्षीय की लंबाई धीरे-धीरे कम हो जाती है (विशेषकर उस दिशा में जो -बंध के निर्माण के दौरान सबसे बड़ा ओवरलैप प्रदान करती है), जिसका अर्थ है कि उसी क्रम में, इलेक्ट्रॉन घनत्व अधिकतम नाभिक के करीब स्थित होता है संबंधित परमाणु का।

एक गैर-ध्रुवीय या व्यावहारिक रूप से गैर-ध्रुवीय सहसंयोजक बंधन के मामले में, बंधुआ परमाणुओं की इलेक्ट्रोनगेटिविटी में अंतर शून्य या शून्य के करीब होता है। जैसे-जैसे वैद्युतीयऋणात्मकता में अंतर बढ़ता है, बंधन की ध्रुवता बढ़ती जाती है। 0.4 तक के अंतर के साथ, वे एक कमजोर ध्रुवीय, 0.5 से अधिक - एक मजबूत ध्रुवीय सहसंयोजक बंधन, और 2.0 से अधिक - एक आयनिक बंधन की बात करते हैं। ध्रुवीय सहसंयोजक बंध हेटेरोलाइटिक दरार के लिए प्रवण होते हैं

(3.1.1 देखें)।

संचार ध्रुवीकरण एक बाहरी के प्रभाव में बांड इलेक्ट्रॉनों के विस्थापन में व्यक्त किया जाता है विद्युत क्षेत्र, एक अन्य प्रतिक्रियाशील कण सहित। ध्रुवीकरण इलेक्ट्रॉन गतिशीलता द्वारा निर्धारित किया जाता है। इलेक्ट्रॉन अधिक गतिशील होते हैं, वे परमाणुओं के नाभिक से जितने दूर होते हैं। ध्रुवीकरण के संदर्भ में, -बॉन्ड -बॉन्ड से काफी अधिक है, क्योंकि -बॉन्ड का अधिकतम इलेक्ट्रॉन घनत्व बंधुआ नाभिक से दूर स्थित है। ध्रुवीकरण काफी हद तक ध्रुवीय अभिकर्मकों के संबंध में अणुओं की प्रतिक्रियाशीलता को निर्धारित करता है।

2.2.2. दाता-स्वीकर्ता बंधन

दो एक-इलेक्ट्रॉन एओ का ओवरलैप एक सहसंयोजक बंधन बनाने का एकमात्र तरीका नहीं है। एक परमाणु (दाता) के दो-इलेक्ट्रॉन कक्षीय दूसरे परमाणु (स्वीकर्ता) के रिक्त कक्षक के साथ परस्पर क्रिया द्वारा एक सहसंयोजक बंधन बनाया जा सकता है। डोनर ऐसे यौगिक होते हैं जिनमें या तो ऑर्बिटल्स होते हैं जिनमें इलेक्ट्रॉनों का एक अकेला जोड़ा होता है या π-MO। इलेक्ट्रॉनों के अकेले जोड़े के वाहक (एन-इलेक्ट्रॉन, अंग्रेजी से। गैर-बंधन)नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, हैलोजन परमाणु हैं।

यौगिकों के रासायनिक गुणों की अभिव्यक्ति में इलेक्ट्रॉनों के एकाकी जोड़े महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। विशेष रूप से, वे यौगिकों की दाता-स्वीकर्ता बातचीत में प्रवेश करने की क्षमता के लिए जिम्मेदार हैं।

एक बंधन भागीदारों में से एक से इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी द्वारा गठित सहसंयोजक बंधन को दाता-स्वीकर्ता बंधन कहा जाता है।

गठित दाता-स्वीकर्ता बंधन केवल गठन के तरीके में भिन्न होता है; इसके गुण अन्य सहसंयोजक बंधों के समान ही होते हैं। दाता परमाणु एक सकारात्मक चार्ज प्राप्त करता है।

दाता-स्वीकर्ता बंधन जटिल यौगिकों की विशेषता है।

2.2.3. हाइड्रोजन बांड

एक हाइड्रोजन परमाणु एक दृढ़ता से विद्युतीय तत्व (नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, फ्लोरीन, आदि) से जुड़ा होता है, जो उसी या किसी अन्य अणु के पर्याप्त रूप से विद्युतीय परमाणु के इलेक्ट्रॉनों की अकेली जोड़ी के साथ बातचीत करने में सक्षम होता है। परिणामस्वरूप हाइड्रोजन बंध उत्पन्न होता है, जो एक प्रकार का दाता है-

स्वीकर्ता बंधन। ग्राफिक रूप से, हाइड्रोजन बांड को आमतौर पर तीन बिंदुओं द्वारा दर्शाया जाता है।

हाइड्रोजन बांड ऊर्जा कम (10-40 kJ/mol) है और मुख्य रूप से इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन द्वारा निर्धारित की जाती है।

इंटरमॉलिक्युलर हाइड्रोजन बॉन्ड अल्कोहल जैसे कार्बनिक यौगिकों के जुड़ाव का कारण बनते हैं।

हाइड्रोजन बांड यौगिकों के भौतिक (क्वथनांक और गलनांक, चिपचिपाहट, वर्णक्रमीय विशेषताओं) और रासायनिक (एसिड-बेस) गुणों को प्रभावित करते हैं। उदाहरण के लिए, इथेनॉल C . का क्वथनांक 2H5 OH (78.3 ? C) डाइमिथाइल ईथर CH 3 OCH 3 (-24 ? C) की समान आणविक भार की तुलना में काफी अधिक है, जो हाइड्रोजन बांड के कारण संबद्ध नहीं है।

हाइड्रोजन बांड इंट्रामोल्युलर भी हो सकते हैं। सैलिसिलिक एसिड के आयनों में इस तरह के बंधन से इसकी अम्लता में वृद्धि होती है।

हाइड्रोजन बांड मैक्रोमोलेक्यूलर यौगिकों - प्रोटीन, पॉलीसेकेराइड, न्यूक्लिक एसिड की स्थानिक संरचना के निर्माण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

2.3. संबंधित सिस्टम

एक सहसंयोजक बंधन को स्थानीयकृत या निरूपित किया जा सकता है। एक बंधन को स्थानीयकृत कहा जाता है, जिसके इलेक्ट्रॉनों को वास्तव में बंधे हुए परमाणुओं के दो नाभिकों के बीच विभाजित किया जाता है। यदि बंध इलेक्ट्रॉनों को दो से अधिक नाभिकों द्वारा साझा किया जाता है, तो एक एक निरूपित बंधन की बात करता है।

एक delocalized बंधन एक सहसंयोजक बंधन है जिसका आणविक कक्षीय दो से अधिक परमाणुओं तक फैला है।

ज्यादातर मामलों में डेलोकलाइज्ड बॉन्ड -बॉन्ड होते हैं। वे युग्मित प्रणालियों की विशेषता हैं। इन प्रणालियों में परमाणुओं का एक विशेष प्रकार का पारस्परिक प्रभाव होता है - संयुग्मन।

संयुग्मन (मेसोमेरिया, ग्रीक से। मेसो- माध्यम) एक आदर्श, लेकिन गैर-मौजूद संरचना की तुलना में एक वास्तविक अणु (कण) में बंधों और आवेशों का संरेखण है।

संयुग्मन में भाग लेने वाले डेलोकाइज्ड पी-ऑर्बिटल्स या तो दो या दो से अधिक -बॉन्ड से संबंधित हो सकते हैं, या -बॉन्ड और पी-ऑर्बिटल के साथ एक परमाणु से संबंधित हो सकते हैं। इसके अनुसार, ,π-संयुग्मन और ,π-संयुग्मन के बीच अंतर किया जाता है। संयुग्मन प्रणाली खुली या बंद हो सकती है और इसमें न केवल कार्बन परमाणु होते हैं, बल्कि हेटेरोएटम भी होते हैं।

2.3.1. ओपन सर्किट सिस्टम

π,π -जोड़ी।कार्बन श्रृंखला के साथ , -संयुग्मित प्रणालियों का सबसे सरल प्रतिनिधि ब्यूटाडाइन-1,3 (चित्र। 2.6, ए) है। कार्बन और हाइड्रोजन परमाणु और, परिणामस्वरूप, इसके अणु में सभी -आबंध एक ही तल में स्थित होते हैं, जिससे एक सपाट -कंकाल बनता है। कार्बन परमाणु sp2 संकरण की अवस्था में होते हैं। प्रत्येक कार्बन परमाणु के असंकरित p-AOs -कंकाल के तल के लंबवत और एक दूसरे के समानांतर स्थित होते हैं, जो उनके अतिव्यापन के लिए एक आवश्यक शर्त है। ओवरलैपिंग न केवल C-1 और C-2, C-3 और C-4 परमाणुओं के p-AO के बीच होता है, बल्कि C-2 और C-3 परमाणुओं के p-AO के बीच भी होता है, जिसके परिणामस्वरूप निर्माण होता है। चार कार्बन परमाणुओं में फैले एक एकल का -सिस्टम, यानी, एक डेलोकाइज्ड सहसंयोजक बंधन उत्पन्न होता है (चित्र 2.6, बी देखें)।

चावल। 2.6.1,3-ब्यूटाडीन अणु का परमाणु कक्षीय मॉडल

यह अणु में बंधन लंबाई में परिवर्तन में परिलक्षित होता है। बॉन्ड की लंबाई C-1-C-2, साथ ही C-3-C-4 ब्यूटाडीन-1,3 में कुछ हद तक बढ़ जाती है, और पारंपरिक डबल और सिंगल की तुलना में C-2 और C-3 के बीच की दूरी को छोटा कर दिया जाता है। बांड। दूसरे शब्दों में, इलेक्ट्रॉन निरूपण की प्रक्रिया बांड की लंबाई के संरेखण की ओर ले जाती है।

बड़ी संख्या में संयुग्मित दोहरे बंधन वाले हाइड्रोकार्बन पौधे की दुनिया में आम हैं। इनमें शामिल हैं, उदाहरण के लिए, कैरोटीन, जो गाजर, टमाटर आदि का रंग निर्धारित करते हैं।

एक खुली संयुग्मन प्रणाली में हेटेरोएटम भी शामिल हो सकते हैं। ओपन का एक उदाहरण ,π-श्रृंखला में हेटेरोएटम के साथ संयुग्मित प्रणालियांα,β-असंतृप्त कार्बोनिल यौगिक काम कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, एक्रोलिन CH . में एल्डिहाइड समूह 2 =CH-CH=O तीन sp 2-संकरित कार्बन परमाणुओं और एक ऑक्सीजन परमाणु के संयुग्मन की श्रृंखला का सदस्य है। इनमें से प्रत्येक परमाणु एकल -प्रणाली में एक p-इलेक्ट्रॉन का योगदान करता है।

पीएन-पेयरिंग।इस प्रकार का संयुग्मन अक्सर संरचनात्मक खंड-सीएच = सीएच-एक्स वाले यौगिकों में प्रकट होता है, जहां एक्स एक विषम परमाणु है जिसमें इलेक्ट्रॉनों की एक साझा जोड़ी होती है (मुख्य रूप से ओ या एन)। इनमें शामिल हैं, उदाहरण के लिए, विनाइल ईथर, जिनके अणुओं में दोहरा बंधन संयुग्मित होता है आरएक ऑक्सीजन परमाणु का कक्षक। दो p-AO sp 2-संकरित कार्बन परमाणु और एक आर-एओ एन-इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी के साथ एक हेटेरोएटम का।

कार्बोक्सिल समूह में एक समान डेलोकाइज्ड थ्री-सेंटर बॉन्ड का निर्माण होता है। यहाँ, C=O बंध के -इलेक्ट्रॉन और OH समूह के ऑक्सीजन परमाणु के n-इलेक्ट्रॉन संयुग्मन में भाग लेते हैं। पूरी तरह से संरेखित बॉन्ड और चार्ज वाले संयुग्मित सिस्टम में नकारात्मक चार्ज किए गए कण शामिल हैं, जैसे एसीटेट आयन।

इलेक्ट्रॉन घनत्व शिफ्ट की दिशा एक घुमावदार तीर द्वारा इंगित की जाती है।

पेयरिंग परिणाम प्रदर्शित करने के अन्य ग्राफिकल तरीके हैं। इस प्रकार, एसीटेट आयन (I) की संरचना से पता चलता है कि आवेश दोनों ऑक्सीजन परमाणुओं पर समान रूप से वितरित है (जैसा कि चित्र 2.7 में दिखाया गया है, जो सत्य है)।

संरचनाएं (II) और (III) का उपयोग किया जाता है अनुनाद सिद्धांत।इस सिद्धांत के अनुसार, एक वास्तविक अणु या कण का वर्णन कुछ तथाकथित गुंजयमान संरचनाओं के एक समूह द्वारा किया जाता है, जो केवल इलेक्ट्रॉनों के वितरण में एक दूसरे से भिन्न होते हैं। संयुग्मित प्रणालियों में, गुंजयमान संकर में मुख्य योगदान विभिन्न -इलेक्ट्रॉन घनत्व वितरण के साथ संरचनाओं द्वारा किया जाता है (इन संरचनाओं को जोड़ने वाला दो तरफा तीर अनुनाद सिद्धांत का एक विशेष प्रतीक है)।

सीमा (सीमा) संरचनाएं वास्तव में मौजूद नहीं हैं। हालांकि, वे एक अणु (कण) में इलेक्ट्रॉन घनत्व के वास्तविक वितरण में कुछ हद तक "योगदान" करते हैं, जिसे सीमित संरचनाओं के सुपरइम्पोजिशन (सुपरपोजिशन) द्वारा प्राप्त एक गुंजयमान संकर के रूप में दर्शाया जाता है।

कार्बन श्रृंखला के साथ ,π-संयुग्मित प्रणालियों में, संयुग्मन तब हो सकता है जब -बंध के बगल में एक गैर-हाइब्रिडाइज्ड पी-ऑर्बिटल वाला कार्बन परमाणु हो। ऐसी प्रणालियाँ मध्यवर्ती कण हो सकती हैं - कार्बनियन, कार्बोकेशन, मुक्त कण, उदाहरण के लिए, एलिल संरचनाएं। मुक्त मूलक एलिल अंश लिपिड पेरोक्सीडेशन की प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

एलिल आयनों में सीएच 2 \u003d सीएच-सीएच 2 एसपी 2-संकरित कार्बन परमाणु सी-3 आम संयुग्मित को बचाता है

चावल। 2.7.पेनिसिलिन में COONa समूह का इलेक्ट्रॉन घनत्व मानचित्र

एलिल रेडिकल सीएच . में दो इलेक्ट्रॉन प्रणाली 2=सीएच-सीएच 2+ - एक, और एलिल कार्बोकेशन CH . में 2=सीएच-सीएच 2+ कोई आपूर्ति नहीं करता है। नतीजतन, जब पी-एओ तीन एसपी 2-संकरित कार्बन परमाणुओं को ओवरलैप करता है, तो एक डेलोकाइज्ड तीन-केंद्र बंधन बनता है जिसमें चार (कार्बनियन में), तीन (में) होते हैं। कट्टरपंथी मुक्त) और दो (कार्बोकेशन में) इलेक्ट्रॉन, क्रमशः।

औपचारिक रूप से, एलिल केशन में सी -3 परमाणु एक सकारात्मक चार्ज करता है, एलिल रेडिकल में इसमें एक अप्रकाशित इलेक्ट्रॉन होता है, और एलिल आयन में इसका नकारात्मक चार्ज होता है। वास्तव में, ऐसी संयुग्मित प्रणालियों में, इलेक्ट्रॉन घनत्व का एक निरूपण (फैलाव) होता है, जो बांडों और आवेशों के संरेखण की ओर जाता है। इन प्रणालियों में C-1 और C-3 परमाणु समतुल्य हैं। उदाहरण के लिए, एलिल धनायन में, उनमें से प्रत्येक पर धनात्मक आवेश होता है+1/2 और सी-2 परमाणु के साथ "डेढ़" बंधन द्वारा जुड़ा हुआ है।

इस प्रकार, संयुग्मन पारंपरिक संरचना सूत्रों द्वारा प्रस्तुत संरचनाओं की तुलना में वास्तविक संरचनाओं में इलेक्ट्रॉन घनत्व वितरण में एक महत्वपूर्ण अंतर की ओर जाता है।

2.3.2. बंद लूप सिस्टम

चक्रीय संयुग्मित प्रणालियाँ संयुग्मित खुली प्रणालियों की तुलना में उन्नत थर्मोडायनामिक स्थिरता वाले यौगिकों के समूह के रूप में बहुत रुचि रखती हैं। इन यौगिकों में अन्य विशेष गुण भी होते हैं, जिनकी समग्रता सामान्य अवधारणा से जुड़ी होती है सुगन्धितता।इनमें ऐसे औपचारिक रूप से असंतृप्त यौगिकों की क्षमता शामिल है

प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करें, जोड़ नहीं, ऑक्सीकरण एजेंटों और तापमान के प्रतिरोध।

सुगंधित प्रणालियों के विशिष्ट प्रतिनिधि एरेन और उनके डेरिवेटिव हैं। सुगंधित हाइड्रोकार्बन की इलेक्ट्रॉनिक संरचना की विशेषताएं बेंजीन अणु के परमाणु कक्षीय मॉडल में स्पष्ट रूप से प्रकट होती हैं। बेंजीन का ढांचा छह एसपी 2 संकरित कार्बन परमाणुओं द्वारा बनता है। सभी -बंध (C-C और C-H) एक ही तल में स्थित होते हैं। छह असंकरित p-AO अणु के तल के लंबवत और एक दूसरे के समानांतर स्थित होते हैं (चित्र 2.8, a)। प्रत्येक आर-AO दो पड़ोसियों के साथ समान रूप से ओवरलैप कर सकता है आर-एओ। इस ओवरलैप के परिणामस्वरूप, एक एकल डेलोकाइज्ड π-सिस्टम उत्पन्न होता है, जिसमें उच्चतम इलेक्ट्रॉन घनत्व -कंकाल तल के ऊपर और नीचे स्थित होता है और चक्र के सभी कार्बन परमाणुओं को कवर करता है (चित्र 2.8, बी देखें)। -इलेक्ट्रॉन घनत्व पूरे चक्रीय प्रणाली में समान रूप से वितरित होता है, जो चक्र के अंदर एक वृत्त या बिंदीदार रेखा द्वारा इंगित किया जाता है (चित्र 2.8, c देखें)। बेंजीन रिंग में कार्बन परमाणुओं के बीच सभी बॉन्ड की लंबाई (0.139 एनएम) समान होती है, सिंगल और डबल बॉन्ड की लंबाई के बीच मध्यवर्ती।

क्वांटम यांत्रिक गणनाओं के आधार पर, यह स्थापित किया गया था कि ऐसे स्थिर अणुओं के निर्माण के लिए, एक तलीय चक्रीय प्रणाली में (4n + 2) -इलेक्ट्रॉन शामिल होने चाहिए, जहां एन= 1, 2, 3, आदि। (हुकेल का नियम, 1931)। इन आंकड़ों को ध्यान में रखते हुए, "सुगंधितता" की अवधारणा को ठोस बनाना संभव है।

एक यौगिक सुगंधित होता है यदि इसमें एक तलीय वलय और एक संयुग्मित होता हैπ -इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली चक्र के सभी परमाणुओं को कवर करती है और युक्त होती है(4एन+ 2) -इलेक्ट्रॉन।

हकल का नियम किसी भी फ्लैट संघनित सिस्टम पर लागू होता है जिसमें कोई भी परमाणु नहीं होता है जो कि अधिक से अधिक के लिए सामान्य होता है

चावल। 2.8.बेंजीन अणु का परमाणु कक्षीय मॉडल (हाइड्रोजन परमाणु छोड़े गए; स्पष्टीकरण के लिए पाठ देखें)

दो चक्र। संघनित बेंजीन के छल्ले वाले यौगिक, जैसे नेफ़थलीन और अन्य, सुगंधितता के मानदंडों को पूरा करते हैं।

युग्मित प्रणालियों की स्थिरता। संयुग्मित और विशेष रूप से सुगंधित प्रणाली का गठन एक ऊर्जावान रूप से अनुकूल प्रक्रिया है, क्योंकि ऑर्बिटल्स के अतिव्यापी होने की डिग्री बढ़ जाती है और डेलोकलाइज़ेशन (फैलाव) होता है। आर-इलेक्ट्रॉन। इस संबंध में, संयुग्मित और सुगंधित प्रणालियों ने थर्मोडायनामिक स्थिरता में वृद्धि की है। उनमें कम मात्रा में आंतरिक ऊर्जा होती है और जमीनी अवस्था में गैर-संयुग्मित प्रणालियों की तुलना में कम ऊर्जा स्तर पर कब्जा होता है। इन स्तरों के बीच के अंतर का उपयोग संयुग्मित यौगिक के थर्मोडायनामिक स्थिरता को मापने के लिए किया जा सकता है, अर्थात इसकी संयुग्मन ऊर्जा(डेलोकलाइज़ेशन एनर्जी)। Butadiene-1,3 के लिए, यह छोटा है और लगभग 15 kJ/mol की मात्रा है। संयुग्मित श्रृंखला की लंबाई में वृद्धि के साथ, संयुग्मन ऊर्जा और तदनुसार, यौगिकों की थर्मोडायनामिक स्थिरता में वृद्धि होती है। बेंजीन के लिए संयुग्मन ऊर्जा बहुत अधिक है और इसकी मात्रा 150 kJ/mol है।

2.4. प्रतिस्थापकों का इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव 2.4.1। प्रेरक प्रभाव

एक अणु में एक ध्रुवीय -आबंध निकटतम -आबंधों के ध्रुवीकरण का कारण बनता है और पड़ोसी परमाणुओं पर आंशिक आवेशों की उपस्थिति की ओर जाता है*।

पदार्थ न केवल अपने, बल्कि पड़ोसी -बंधों के भी ध्रुवीकरण का कारण बनते हैं। परमाणुओं के प्रभाव के इस प्रकार के संचरण को आगमनात्मक प्रभाव (/-प्रभाव) कहा जाता है।

आगमनात्मक प्रभाव - -बंधों के इलेक्ट्रॉनों के विस्थापन के परिणामस्वरूप प्रतिस्थापकों के इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव का स्थानांतरण।

-बॉन्ड के कमजोर ध्रुवीकरण के कारण, सर्किट में तीन या चार बॉन्ड के बाद आगमनात्मक प्रभाव क्षीण हो जाता है। इसकी क्रिया उस कार्बन परमाणु के संबंध में सबसे अधिक स्पष्ट होती है जिसमें एक स्थानापन्न होता है। प्रतिस्थापी के आगमनात्मक प्रभाव की दिशा को हाइड्रोजन परमाणु से तुलना करके गुणात्मक रूप से अनुमान लगाया जाता है, जिसका आगमनात्मक प्रभाव शून्य के रूप में लिया जाता है। ग्राफिक रूप से, /-प्रभाव के परिणाम को एक तीर द्वारा दर्शाया गया है जो वैलेंस लाइन की स्थिति के साथ मेल खाता है और अधिक विद्युतीय परमाणु की ओर इशारा करता है।

/में\हाइड्रोजन परमाणु से मजबूत, प्रदर्शित करता हैनकारात्मकआगमनात्मक प्रभाव (-/- प्रभाव)।

ऐसे प्रतिस्थापन आमतौर पर सिस्टम के इलेक्ट्रॉन घनत्व को कम करते हैं, उन्हें कहा जाता है इलेक्ट्रॉन-निकासी।इनमें अधिकांश कार्यात्मक समूह शामिल हैं: OH, NH 2, सीओओएच, NO2 और धनायनित समूह, जैसे -NH 3+.

एक पदार्थ जो हाइड्रोजन परमाणु की तुलना में इलेक्ट्रॉन घनत्व को बदलता हैσ -श्रृंखला के कार्बन परमाणु के प्रति आबंध, प्रदर्शित करता हैसकारात्मकआगमनात्मक प्रभाव (+/- प्रभाव)।

इस तरह के प्रतिस्थापन श्रृंखला (या रिंग) में इलेक्ट्रॉन घनत्व को बढ़ाते हैं और कहलाते हैं इलेक्ट्रॉन दाता।इनमें sp 2-संकरित कार्बन परमाणु पर स्थित ऐल्किल समूह और आवेशित कणों में आयनिक केंद्र शामिल हैं, उदाहरण के लिए -O-।

2.4.2. मेसोमेरिक प्रभाव

संयुग्मित प्रणालियों में, इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव के हस्तांतरण में मुख्य भूमिका delocalized सहसंयोजक बंधों के -इलेक्ट्रॉनों द्वारा निभाई जाती है। एक डेलोकाइज्ड (संयुग्मित) -सिस्टम के इलेक्ट्रॉन घनत्व में बदलाव के रूप में प्रकट होने वाले प्रभाव को मेसोमेरिक (एम-प्रभाव), या संयुग्मन प्रभाव कहा जाता है।

मेसोमेरिक प्रभाव - संयुग्मित प्रणाली के साथ प्रतिस्थापन के इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव का स्थानांतरण।

इस मामले में, विकल्प स्वयं संयुग्मित प्रणाली का सदस्य है। यह संयुग्मन प्रणाली में या तो एक -बॉन्ड (कार्बोनिल, कार्बोक्सिल समूह, आदि), या एक हेटेरोएटम (एमिनो और हाइड्रॉक्सी समूह) के इलेक्ट्रॉनों की एक साझा जोड़ी, या एक खाली या एक-इलेक्ट्रॉन से भरा पी-एओ पेश कर सकता है। .

संयुग्मित प्रणाली में इलेक्ट्रॉन घनत्व को बढ़ाने वाला एक पदार्थ प्रदर्शित करता हैसकारात्मकमेसोमेरिक प्रभाव (+ एम- प्रभाव)।

ऐसे पदार्थ जिनमें इलेक्ट्रॉनों की एक अकेली जोड़ी (उदाहरण के लिए, एनिलिन अणु में एक अमीनो समूह) या एक संपूर्ण ऋणात्मक आवेश वाले परमाणु शामिल होते हैं, उनका M-प्रभाव होता है। ये विकल्प सक्षम हैं

इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी को एक सामान्य संयुग्मित प्रणाली में स्थानांतरित करने के लिए, अर्थात वे हैं इलेक्ट्रॉन दाता।

एक संयुग्मित प्रणाली में इलेक्ट्रॉन घनत्व को कम करने वाला एक पदार्थ प्रदर्शित करता हैनकारात्मकमेसोमेरिक प्रभाव (-एम-प्रभाव)।

संयुग्मित प्रणाली में एम-प्रभाव ऑक्सीजन या नाइट्रोजन परमाणुओं द्वारा कार्बन परमाणु के लिए एक दोहरे बंधन से बंधे होते हैं, जैसा कि ऐक्रेलिक एसिड और बेंजाल्डिहाइड के उदाहरण में दिखाया गया है। ऐसे समूह हैं इलेक्ट्रॉन-निकासी।

इलेक्ट्रॉन घनत्व के विस्थापन को एक घुमावदार तीर द्वारा इंगित किया जाता है, जिसकी शुरुआत से पता चलता है कि कौन से p- या π-इलेक्ट्रॉनों को विस्थापित किया जा रहा है, और अंत वह बंधन या परमाणु है जिससे वे विस्थापित होते हैं। मेसोमेरिक प्रभाव, आगमनात्मक प्रभाव के विपरीत, संयुग्मित बंधों की एक प्रणाली पर बहुत अधिक दूरी पर प्रसारित होता है।

एक अणु में इलेक्ट्रॉन घनत्व के वितरण पर प्रतिस्थापन के प्रभाव का आकलन करते समय, आगमनात्मक और मेसोमेरिक प्रभावों (तालिका 2.2) की परिणामी कार्रवाई को ध्यान में रखना आवश्यक है।

तालिका 2.2.कुछ पदार्थों के इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव

प्रतिस्थापकों के इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव एक गैर-प्रतिक्रियाशील अणु में इलेक्ट्रॉन घनत्व वितरण का गुणात्मक अनुमान देना और इसके गुणों की भविष्यवाणी करना संभव बनाते हैं।

अकार्बनिक और कार्बनिक पदार्थों की विविधता

कार्बनिक रसायन रसायन है कार्बन यौगिक. अकार्बनिक कार्बन यौगिकों में शामिल हैं: कार्बन ऑक्साइड, कार्बोनिक एसिड, कार्बोनेट और बाइकार्बोनेट, कार्बाइड। कार्बन के अलावा अन्य कार्बनिक पदार्थ हाइड्रोजन, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, फास्फोरस, सल्फर और अन्य तत्व होते हैं. कार्बन परमाणु लंबी अशाखित और शाखित शृंखला, वलय बना सकते हैं, अन्य तत्वों को जोड़ सकते हैं, इसलिए कार्बनिक यौगिकों की संख्या 20 मिलियन के करीब है, जबकि अकार्बनिक पदार्थसिर्फ 100,000 से अधिक हैं।

कार्बनिक रसायन विज्ञान के विकास का आधार ए.एम. बटलरोव द्वारा कार्बनिक यौगिकों की संरचना का सिद्धांत है। कार्बनिक यौगिकों की संरचना का वर्णन करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका वैलेंस की अवधारणा से संबंधित है, जो परमाणुओं की रासायनिक बंधन बनाने की क्षमता को दर्शाती है और उनकी संख्या निर्धारित करती है। कार्बनिक यौगिकों में कार्बन हमेशा टेट्रावैलेंट. ए। एम। बटलरोव के सिद्धांत का मुख्य अभिधारणा पदार्थ की रासायनिक संरचना, यानी रासायनिक बंधन पर स्थिति है। यह आदेश संरचनात्मक सूत्रों का उपयोग करके प्रदर्शित किया जाता है। बटलरोव का सिद्धांत इस विचार को बताता है कि प्रत्येक पदार्थ में होता है कुछ रासायनिक संरचनाऔर पदार्थों के गुण संरचना पर निर्भर करते हैं.

कार्बनिक यौगिकों की रासायनिक संरचना का सिद्धांत ए.एम. बटलरोवा

जिस प्रकार अकार्बनिक रसायन के लिए विकास का आधार है आवधिक कानूनऔर आवधिक प्रणाली रासायनिक तत्वडी.आई. मेंडेलीव, कार्बनिक रसायन विज्ञान के लिए मौलिक बन गए हैं।

कार्बनिक यौगिकों की रासायनिक संरचना का सिद्धांत ए.एम. बटलरोवा

बटलरोव के सिद्धांत का मुख्य अभिधारणा किसी पदार्थ की रासायनिक संरचना पर स्थिति है, जिसे क्रम के रूप में समझा जाता है, अणुओं में परमाणुओं के पारस्परिक संबंध का क्रम, अर्थात। रसायनिक बंध.

रासायनिक संरचना- किसी अणु में रासायनिक तत्वों के परमाणुओं को उनकी संयोजकता के अनुसार जोड़ने का क्रम।

इस क्रम को संरचनात्मक सूत्रों का उपयोग करके प्रदर्शित किया जा सकता है, जिसमें परमाणुओं की संयोजकता डैश द्वारा इंगित की जाती है: एक डैश एक रासायनिक तत्व के परमाणु की संयोजकता की इकाई से मेल खाता है. उदाहरण के लिए, कार्बनिक पदार्थ मीथेन के लिए, जिसका आणविक सूत्र सीएच 4 है, संरचनात्मक सूत्र इस तरह दिखता है:

ए। एम। बटलरोव के सिद्धांत के मुख्य प्रावधान:

कार्बनिक पदार्थों के अणुओं में परमाणु एक दूसरे से जुड़े होते हैं उनकी वैधता के अनुसार. कार्बनिक यौगिकों में कार्बन हमेशा चतुष्संयोजक होता है, और इसके परमाणु विभिन्न श्रृंखलाओं का निर्माण करते हुए एक दूसरे के साथ संयोजन करने में सक्षम होते हैं।

पदार्थों के गुण न केवल उनकी गुणवत्ता से निर्धारित होते हैं और मात्रात्मक संरचना, लेकिन यह भी एक अणु में परमाणुओं के कनेक्शन के क्रम से, अर्थात। पदार्थ की रासायनिक संरचना.

कार्बनिक यौगिकों के गुण न केवल पदार्थ की संरचना और उसके अणु में परमाणुओं के संयोजन के क्रम पर निर्भर करते हैं, बल्कि इस पर भी निर्भर करते हैं। परमाणुओं का पारस्परिक प्रभावऔर परमाणुओं के समूह आपस में जुड़े हुए हैं।

कार्बनिक यौगिकों की संरचना का सिद्धांत एक गतिशील और विकासशील सिद्धांत है। रासायनिक बंधन की प्रकृति के बारे में ज्ञान के विकास के साथ, कार्बनिक पदार्थों के अणुओं की इलेक्ट्रॉनिक संरचना के प्रभाव के बारे में, उन्होंने अनुभवजन्य और संरचनात्मक, इलेक्ट्रॉनिक सूत्रों के अलावा उपयोग करना शुरू कर दिया। ये सूत्र दिशा दिखाते हैं एक अणु में इलेक्ट्रॉन युग्मों का विस्थापन.

कार्बनिक यौगिकों की संरचना के क्वांटम रसायन विज्ञान और रसायन विज्ञान ने रासायनिक बंधों (सीआईएस- और ट्रांस आइसोमेरिज्म) की स्थानिक दिशा के सिद्धांत की पुष्टि की, आइसोमर्स में पारस्परिक संक्रमण की ऊर्जा विशेषताओं का अध्ययन किया, जिससे परमाणुओं के पारस्परिक प्रभाव का न्याय करना संभव हो गया। विभिन्न पदार्थों के अणुओं ने समरूपता के प्रकारों और रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दिशाओं और तंत्रों की भविष्यवाणी के लिए पूर्वापेक्षाएँ बनाईं।

कार्बनिक पदार्थों में कई विशेषताएं होती हैं।

सभी कार्बनिक पदार्थों की संरचना में कार्बन और हाइड्रोजन शामिल हैं, इसलिए जलने पर वे बनते हैं कार्बन डाइऑक्साइड और पानी.

·कार्बनिक पदार्थ निर्मित परिसरऔर एक विशाल आणविक भार (प्रोटीन, वसा, कार्बोहाइड्रेट) हो सकता है।

कार्बनिक पदार्थों को संरचना, संरचना और गुणों में समान पंक्तियों में व्यवस्थित किया जा सकता है होमोलॉग्स.

कार्बनिक पदार्थों के लिए, यह विशेषता है संवयविता.

कार्बनिक पदार्थों की समावयवता और समरूपता

कार्बनिक पदार्थों के गुण न केवल उनकी संरचना पर निर्भर करते हैं, बल्कि इस पर भी निर्भर करते हैं अणु में परमाणुओं के संयोजन का क्रम.

संवयविता- यह विभिन्न पदार्थों के अस्तित्व की घटना है - समान गुणात्मक और मात्रात्मक संरचना वाले आइसोमर्स, अर्थात्। एक ही आणविक सूत्र के साथ।

समरूपता दो प्रकार की होती है: संरचनात्मक और स्थानिक(स्टीरियोइसोमेरिज्म)। एक अणु में परमाणुओं के बंधन के क्रम में संरचनात्मक आइसोमर एक दूसरे से भिन्न होते हैं; स्टीरियोइसोमर्स - उनके बीच बंधों के समान क्रम के साथ अंतरिक्ष में परमाणुओं की व्यवस्था।

समरूपता के मुख्य प्रकार:

संरचनात्मक समरूपता - पदार्थ अणुओं में परमाणुओं के बंधन के क्रम में भिन्न होते हैं:

1) कार्बन कंकाल का समरूपता;

2) स्थिति समरूपता:

• एकाधिक बंधन;
• प्रतिनिधि;
• कार्यात्मक समूह;

3) समरूप श्रेणी (इंटरक्लास) का समावयवता।

· स्थानिक समरूपता - पदार्थों के अणु परमाणुओं के संबंध के क्रम में नहीं, बल्कि अंतरिक्ष में अपनी स्थिति में भिन्न होते हैं: सीआईएस-, ट्रांस-आइसोमरिज्म (ज्यामितीय)।

कार्बनिक पदार्थों का वर्गीकरण

यह ज्ञात है कि कार्बनिक पदार्थों के गुण उनकी संरचना और रासायनिक संरचना से निर्धारित होते हैं। इसलिए, यह आश्चर्य की बात नहीं है कि कार्बनिक यौगिकों का वर्गीकरण संरचना के सिद्धांत पर आधारित है - ए.एम. बटलरोव का सिद्धांत। वर्गीकृत कार्बनिक पदार्थउनके अणुओं में परमाणुओं के कनेक्शन की उपस्थिति और क्रम से। कार्बनिक पदार्थ के अणु का सबसे टिकाऊ और कम से कम परिवर्तनशील भाग उसका है कंकाल - कार्बन परमाणुओं की एक श्रृंखला. इस श्रृंखला में कार्बन परमाणुओं के संयोजन के क्रम के आधार पर, पदार्थों को विभाजित किया जाता है अचक्रीय, अणुओं में कार्बन परमाणुओं की बंद श्रृंखलाओं से युक्त नहीं है, और कार्बोसायक्लिकअणुओं में ऐसी जंजीरें (चक्र) होती हैं।

कार्बन और हाइड्रोजन परमाणुओं के अलावा, कार्बनिक पदार्थों के अणुओं में अन्य रासायनिक तत्वों के परमाणु हो सकते हैं। जिन पदार्थों के अणुओं में ये तथाकथित हेटेरोएटम एक बंद श्रृंखला में शामिल होते हैं, उन्हें हेट्रोसायक्लिक यौगिकों के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।

heteroatoms(ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, आदि) अणुओं और चक्रीय यौगिकों का हिस्सा हो सकते हैं, उनमें कार्यात्मक समूह बनाते हैं, उदाहरण के लिए,

हाइड्रॉकसिल

कार्बोनिल

,

कार्बाक्सिल

,

अमीनो समूह

.

कार्यात्मक समूह- परमाणुओं का एक समूह जो किसी पदार्थ के सबसे विशिष्ट रासायनिक गुणों और यौगिकों के एक निश्चित वर्ग से संबंधित होता है।

कार्बनिक यौगिकों का नामकरण

कार्बनिक रसायन विज्ञान के विकास की शुरुआत में, खोजे गए यौगिकों को सौंपा गया था तुच्छ नाम, अक्सर उनकी प्राप्ति के इतिहास से जुड़े होते हैं: सिरका अम्ल(जो वाइन सिरका का आधार है), ब्यूटिरिक एसिड (में गठित) मक्खन), ग्लाइकोल (यानी "मीठा"), आदि। जैसे-जैसे नए खोजे गए पदार्थों की संख्या में वृद्धि हुई, नामों को उनकी संरचना के साथ जोड़ना आवश्यक हो गया। इस तरह से तर्कसंगत नाम सामने आए: मिथाइलमाइन, डायथाइलैमाइन, एथिल अल्कोहल, मिथाइल एथिल कीटोन, जो सबसे सरल यौगिक के नाम पर आधारित हैं। अधिक जटिल यौगिकों के लिए, तर्कसंगत नामकरण अनुपयुक्त है।

ए.एम. बटलरोव की संरचना के सिद्धांत ने संरचनात्मक तत्वों और एक अणु में कार्बन परमाणुओं की व्यवस्था के अनुसार कार्बनिक यौगिकों के वर्गीकरण और नामकरण के लिए आधार प्रदान किया। वर्तमान में, सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला नामकरण द्वारा विकसित किया गया है इंटरनेशनल यूनियन ऑफ प्योर एंड एप्लाइड केमिस्ट्री (IUPAC), जिसे नामकरण कहा जाता है आईयूपीएसी. IUPAC नियम नामों के निर्माण के लिए कई सिद्धांतों की सिफारिश करते हैं, उनमें से एक प्रतिस्थापन का सिद्धांत है। इसके आधार पर, एक प्रतिस्थापन नामकरण विकसित किया गया है, जो सबसे सार्वभौमिक है। प्रतिस्थापन नामकरण के कुछ बुनियादी नियम यहां दिए गए हैं और दो कार्यात्मक समूहों वाले एक विषम-कार्यात्मक यौगिक के उदाहरण का उपयोग करके उनके आवेदन पर विचार करें - अमीनो एसिड ल्यूसीन:

1. यौगिकों का नाम मूल संरचना (एक चक्रीय अणु की मुख्य श्रृंखला, एक कार्बोसाइक्लिक या हेट्रोसायक्लिक प्रणाली) पर आधारित है। पैतृक संरचना का नाम नाम का आधार, शब्द की जड़ है।

पर इस मामले मेंमूल संरचना एकल बंधों से जुड़े पांच कार्बन परमाणुओं की एक श्रृंखला है। इस प्रकार, नाम का मूल भाग पेंटेन है।

2. विशेषता समूह और प्रतिस्थापन (संरचनात्मक तत्व) उपसर्ग और प्रत्यय द्वारा दर्शाए जाते हैं। विशेषता समूहों को वरिष्ठता के अनुसार उप-विभाजित किया जाता है। मुख्य समूहों की प्राथमिकता का क्रम:

वरिष्ठ विशेषता समूह की पहचान की जाती है, जिसे प्रत्यय में नामित किया गया है। अन्य सभी प्रतिस्थापनों को उपसर्ग में वर्णानुक्रम में नामित किया गया है।

इस मामले में, वरिष्ठ विशेषता समूह कार्बोक्सिल है, अर्थात यह यौगिक कार्बोक्जिलिक एसिड के वर्ग से संबंधित है, इसलिए हम नाम के मूल भाग में -ओइक एसिड जोड़ते हैं। दूसरा सबसे वरिष्ठ समूह अमीनो समूह है, जिसे उपसर्ग एमिनो- द्वारा दर्शाया जाता है। इसके अलावा, अणु में एक हाइड्रोकार्बन प्रतिस्थापन मिथाइल- होता है। इस प्रकार, नाम का आधार एमिनोमेथिलपेंटानोइक एसिड है।

3. नाम में एक डबल और ट्रिपल बॉन्ड का पदनाम शामिल है, जो रूट के तुरंत बाद आता है।

विचाराधीन कंपाउंड में एकाधिक बांड नहीं हैं।

4. मूल संरचना के परमाणु क्रमांकित हैं। नंबरिंग कार्बन श्रृंखला के अंत से शुरू होती है, जो उच्चतम विशेषता समूह के करीब है:

चेन नंबरिंग कार्बन परमाणु से शुरू होती है जो कार्बोक्सिल समूह का हिस्सा है, इसे नंबर 1 दिया गया है। इस मामले में, अमीनो समूह कार्बन 2 पर होगा, और मिथाइल कार्बन 4 पर होगा।

इस प्रकार, आईयूपीएसी नामकरण नियमों के अनुसार प्राकृतिक अमीनो एसिड ल्यूसीन को 2-एमिनो-4-मिथाइलपेंटानोइक एसिड कहा जाता है।

हाइड्रोकार्बन। हाइड्रोकार्बन वर्गीकरण

हाइड्रोकार्बनऐसे यौगिक हैं जिनमें केवल हाइड्रोजन और कार्बन परमाणु होते हैं।

कार्बन श्रृंखला की संरचना के आधार पर कार्बनिक यौगिकों को खुली श्रृंखला वाले यौगिकों में विभाजित किया जाता है - अचक्रीय(स्निग्ध) और चक्रीय- परमाणुओं की एक बंद श्रृंखला के साथ।

चक्रों को दो समूहों में बांटा गया है: कार्बोसायक्लिक यौगिक(चक्र केवल कार्बन परमाणुओं से बनते हैं) और heterocyclic(चक्रों में अन्य परमाणु भी शामिल हैं, जैसे ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, सल्फर)।

बदले में कार्बोसाइक्लिक यौगिकों में यौगिकों की दो श्रृंखलाएँ शामिल होती हैं: ऐलीचक्रीयऔर खुशबूदार.

अणुओं की संरचना के आधार पर सुगंधित यौगिकों में होता है पी-इलेक्ट्रॉनों की एक विशेष बंद प्रणाली के साथ प्लानर कार्बन युक्त चक्र, एक सामान्य -प्रणाली (एक एकल π-इलेक्ट्रॉन बादल) का निर्माण करता है। सुगंधितता भी कई हेटरोसायक्लिक यौगिकों की विशेषता है।

अन्य सभी कार्बोसायक्लिक यौगिक ऐलिसाइक्लिक श्रेणी के हैं।

एसाइक्लिक (एलिफैटिक) और चक्रीय हाइड्रोकार्बन दोनों में कई (डबल या ट्रिपल) बॉन्ड हो सकते हैं। ये हाइड्रोकार्बन कहलाते हैं असीमित(असंतृप्त), सीमित (संतृप्त) के विपरीत, जिसमें केवल एकल बंधन होते हैं।

सीमा स्निग्ध हाइड्रोकार्बन कहलाते हैं हाइड्रोकार्बन, उनके पास सामान्य सूत्र C n H 2n+2 है, जहां n कार्बन परमाणुओं की संख्या है। उनका पुराना नाम आज अक्सर प्रयोग किया जाता है - पैराफिन:

एक दोहरे बंधन वाले असंतृप्त स्निग्ध हाइड्रोकार्बन कहलाते हैं एल्केनेस. उनका सामान्य सूत्र C n H 2n है:

दो दोहरे बंधों वाले असंतृप्त स्निग्ध हाइड्रोकार्बन कहलाते हैं अल्काडीनेस. उनका सामान्य सूत्र C n H 2n-2 है:

एक ट्रिपल बॉन्ड वाले असंतृप्त स्निग्ध हाइड्रोकार्बन को कहा जाता है एल्काइनेस. उनका सामान्य सूत्र C n H 2n - 2 है:

एलिसाइक्लिक हाइड्रोकार्बन को सीमित करें - साइक्लोअल्केन्स, उनका सामान्य सूत्र C n H 2n:

हाइड्रोकार्बन का एक विशेष समूह, सुगंधित, या Arènes(एक बंद आम एन-इलेक्ट्रॉन प्रणाली के साथ), सामान्य सूत्र सी एन एच 2 एन - 6 के साथ हाइड्रोकार्बन के उदाहरण से जाना जाता है:

इस प्रकार, यदि उनके अणुओं में एक या अधिक हाइड्रोजन परमाणुओं को अन्य परमाणुओं या परमाणुओं के समूहों (हैलोजन, हाइड्रॉक्सिल समूह, अमीनो समूह, आदि) द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, तो हाइड्रोकार्बन डेरिवेटिव बनते हैं: हैलोजन डेरिवेटिव, ऑक्सीजन युक्त, नाइट्रोजन युक्त और अन्य कार्बनिक यौगिक।

हाइड्रोकार्बन की समजातीय श्रृंखला

एक ही कार्यात्मक समूह के साथ हाइड्रोकार्बन और उनके डेरिवेटिव सजातीय श्रृंखला बनाते हैं।

सजातीय श्रृंखलाएक ही वर्ग (होमोलॉग्स) से संबंधित कई यौगिकों को उनके सापेक्ष आणविक भार के आरोही क्रम में व्यवस्थित किया जाता है, संरचना और रासायनिक गुणों में समान होता है, जहां प्रत्येक सदस्य पिछले एक से होमोलॉजिकल अंतर सीएच 2 से भिन्न होता है। उदाहरण के लिए: सीएच 4 - मीथेन, सी 2 एच 6 - ईथेन, सी 3 एच 8 - प्रोपेन, सी 4 एच 10 - ब्यूटेन, आदि। होमोलॉग के रासायनिक गुणों की समानता कार्बनिक यौगिकों के अध्ययन को बहुत सरल करती है।

हाइड्रोकार्बन के आइसोमर्स

वे परमाणु या परमाणुओं के समूह जो किसी दिए गए वर्ग के पदार्थों के सबसे विशिष्ट गुणों को निर्धारित करते हैं, कहलाते हैं कार्यात्मक समूह.

हाइड्रोकार्बन के हलोजन डेरिवेटिव को हैलोजन परमाणुओं द्वारा एक या अधिक हाइड्रोजन परमाणुओं के हाइड्रोकार्बन में प्रतिस्थापन के उत्पाद के रूप में माना जा सकता है। इसके अनुसार, मोनो-, डी-, त्रि- (सामान्य मामले में, पॉली-) को सीमित और असीमित किया जा सकता है। हलोजन डेरिवेटिव.

संतृप्त हाइड्रोकार्बन के मोनोहैलोजन डेरिवेटिव का सामान्य सूत्र:

और रचना सूत्र द्वारा व्यक्त की जाती है

जहां आर संतृप्त हाइड्रोकार्बन (अल्केन) का शेष है, हाइड्रोकार्बन रेडिकल (कार्बनिक पदार्थों के अन्य वर्गों पर विचार करते समय इस पद का उपयोग आगे किया जाता है), एक हलोजन परमाणु (एफ, सीएल, ब्र, आई) है।

उदाहरण के लिए:

डाइहलोजन व्युत्पन्न का एक उदाहरण यहां दिया गया है:

सेवा ऑक्सीजन युक्त कार्बनिक पदार्थअल्कोहल, फिनोल, एल्डिहाइड, कीटोन्स शामिल हैं, कार्बोक्जिलिक एसिड, ईथर और एस्टर। अल्कोहल हाइड्रोकार्बन के व्युत्पन्न होते हैं जिसमें एक या एक से अधिक हाइड्रोजन परमाणुओं को हाइड्रॉक्सिल समूहों द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।

अल्कोहल को मोनोहाइड्रिक कहा जाता है यदि उनके पास एक हाइड्रॉक्सिल समूह होता है, और यदि वे अल्केन्स के डेरिवेटिव हैं तो सीमित करते हैं।

सीमा के लिए सामान्य सूत्र मोनोहाइड्रिक अल्कोहल:

और उनकी रचना सामान्य सूत्र द्वारा व्यक्त की जाती है:

उदाहरण के लिए:

ज्ञात उदाहरण पॉलीहाइड्रिक अल्कोहल, यानी कई हाइड्रॉक्सिल समूह होना:

फिनोल- सुगंधित हाइड्रोकार्बन (बेंजीन श्रृंखला) के डेरिवेटिव, जिसमें बेंजीन रिंग में एक या एक से अधिक हाइड्रोजन परमाणुओं को हाइड्रॉक्सिल समूहों द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।

सूत्र सी 6 एच 5 ओएच या . के साथ सबसे सरल प्रतिनिधि

फिनोल कहा जाता है।

एल्डिहाइड और कीटोन्स- परमाणुओं के कार्बोनिल समूह वाले हाइड्रोकार्बन के व्युत्पन्न

(कार्बोनिल)।

अणुओं में एल्डीहाइडकार्बोनिल का एक बंधन हाइड्रोजन परमाणु के साथ संबंध में जाता है, दूसरा - हाइड्रोकार्बन रेडिकल के साथ। एल्डिहाइड का सामान्य सूत्र:

उदाहरण के लिए:

कब कीटोन्सकार्बोनिल समूह दो (आम तौर पर भिन्न) मूलकों से बंधा होता है, कीटोन का सामान्य सूत्र है:

उदाहरण के लिए:

एल्डिहाइड और कीटोन को सीमित करने की संरचना सूत्र C 2n H 2n O द्वारा व्यक्त की जाती है।

कार्बोक्जिलिक एसिड- कार्बोक्सिल समूहों वाले हाइड्रोकार्बन के व्युत्पन्न

(या -कूह)।

यदि एसिड अणु में एक कार्बोक्सिल समूह होता है, तो कार्बोक्जिलिक एसिड मोनोबैसिक होता है। संतृप्त मोनोबैसिक एसिड का सामान्य सूत्र:

उनकी रचना सूत्र C n H 2n O 2 द्वारा व्यक्त की जाती है।

उदाहरण के लिए:

ईथरएक ऑक्सीजन परमाणु से जुड़े दो हाइड्रोकार्बन रेडिकल युक्त कार्बनिक पदार्थ हैं: R-O-R या R 1-O-R 2।

रेडिकल समान या भिन्न हो सकते हैं। ईथर का संघटन सूत्र C n H 2n+2 O द्वारा व्यक्त किया जाता है।

उदाहरण के लिए:

एस्टर- कार्बोक्जिलिक एसिड में कार्बोक्जिलिक समूह के हाइड्रोजन परमाणु को हाइड्रोकार्बन रेडिकल के साथ बदलकर बनने वाले यौगिक।

एस्टर का सामान्य सूत्र:

उदाहरण के लिए:

नाइट्रो यौगिक- हाइड्रोकार्बन का व्युत्पन्न जिसमें एक या अधिक हाइड्रोजन परमाणुओं को नाइट्रो समूह -NO 2 द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।

मोनोनिट्रो यौगिकों को सीमित करने का सामान्य सूत्र:

और संघटन सामान्य सूत्र C n H 2n+1 NO 2 द्वारा व्यक्त किया जाता है।

उदाहरण के लिए:

एरेन नाइट्रो डेरिवेटिव्स:

अमीन्स- यौगिक जिन्हें अमोनिया (NH 3) का व्युत्पन्न माना जाता है, जिसमें हाइड्रोजन परमाणुओं को हाइड्रोकार्बन रेडिकल्स द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। मूलक की प्रकृति के आधार पर, अमीन स्निग्ध हो सकते हैं, उदाहरण के लिए:

और सुगंधित, उदाहरण के लिए:

रेडिकल द्वारा प्रतिस्थापित हाइड्रोजन परमाणुओं की संख्या के आधार पर, निम्न हैं:

प्राथमिक अमाइनसामान्य सूत्र के साथ:

माध्यमिक- सामान्य सूत्र के साथ:

तृतीयक- सामान्य सूत्र के साथ:

किसी विशेष मामले में, द्वितीयक और तृतीयक ऐमीनों में समान मूलक हो सकते हैं।

प्राथमिक अमाइन को हाइड्रोकार्बन (अल्केन्स) के व्युत्पन्न के रूप में भी माना जा सकता है, जिसमें एक हाइड्रोजन परमाणु को एक एमिनो समूह -एनएच 2 द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। प्राथमिक ऐमीनों को सीमित करने का संघटन सूत्र C n H 2n + 3 N द्वारा व्यक्त किया जाता है।

उदाहरण के लिए:

एमिनो एसिड में हाइड्रोकार्बन रेडिकल से जुड़े दो कार्यात्मक समूह होते हैं: एमिनो समूह -एनएच 2 और कार्बोक्सिल-सीओओएच।

-एमिनो एसिड का सामान्य सूत्र (वे जीवित जीवों को बनाने वाले प्रोटीन के निर्माण के लिए सबसे महत्वपूर्ण हैं):

एक अमीनो समूह और एक कार्बोक्सिल युक्त सीमित अमीनो एसिड की संरचना सूत्र C n H 2n + 1 NO 2 द्वारा व्यक्त की जाती है।

उदाहरण के लिए:

अन्य महत्वपूर्ण कार्बनिक यौगिकों को जाना जाता है जिनमें कई अलग-अलग या समान कार्यात्मक समूह होते हैं, बेंजीन के छल्ले से जुड़ी लंबी रैखिक श्रृंखलाएं होती हैं। ऐसे मामलों में, कोई पदार्थ किसी विशेष वर्ग से संबंधित है या नहीं, इसकी सख्त परिभाषा असंभव है। इन यौगिकों को अक्सर पदार्थों के विशिष्ट समूहों में पृथक किया जाता है: कार्बोहाइड्रेट, प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड, एंटीबायोटिक्स, एल्कलॉइड, आदि।

वर्तमान में, ऐसे कई यौगिक भी हैं जिन्हें कार्बनिक और अकार्बनिक दोनों के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। x को ऑर्गेनोलेमेंट यौगिक कहा जाता है। उनमें से कुछ को हाइड्रोकार्बन का व्युत्पन्न माना जा सकता है।

उदाहरण के लिए:

ऐसे यौगिक होते हैं जिनमें पदार्थों की संरचना को व्यक्त करने वाले समान आणविक सूत्र होते हैं।

समरूपता की घटना इस तथ्य में निहित है कि विभिन्न गुणों वाले कई पदार्थ हो सकते हैं जिनमें अणुओं की समान संरचना होती है, लेकिन एक अलग संरचना होती है। इन पदार्थों को आइसोमर कहा जाता है।

हमारे मामले में, ये इंटरक्लास आइसोमर्स हैं: साइक्लोअल्केन्स और अल्केन्स, एल्केडीन और अल्काइन्स, संतृप्त मोनोहाइड्रिक अल्कोहल और ईथर, एल्डिहाइड और केटोन्स, संतृप्त मोनोबैसिक कार्बोक्जिलिक एसिड और एस्टर।

संरचनात्मक समरूपता

निम्नलिखित किस्में हैं संरचनात्मक समरूपता: कार्बन कंकाल समावयवता, स्थिति समावयवता, कार्बनिक यौगिकों के विभिन्न वर्गों का समावयवता (अंतरवर्ग समावयवता)।

कार्बन कंकाल का समावयवता किसके कारण होता है कार्बन परमाणुओं के बीच विभिन्न बंधन क्रमजो अणु का कंकाल बनाते हैं। जैसा कि पहले ही दिखाया जा चुका है, आण्विक सूत्रसी 4 एच 10 दो हाइड्रोकार्बन के अनुरूप है: एन-ब्यूटेन और आइसोब्यूटेन। हाइड्रोकार्बन सी 5 एच 12 के लिए, तीन आइसोमर्स संभव हैं: पेंटेन, आइसोपेंटेन और नियोपेंटेन।

एक अणु में कार्बन परमाणुओं की संख्या में वृद्धि के साथ, आइसोमर्स की संख्या तेजी से बढ़ती है। हाइड्रोकार्बन सी 10 एच 22 के लिए पहले से ही 75 हैं, और हाइड्रोकार्बन सी 20 एच 44 - 366 319 के लिए।

स्थिति समरूपता अणु के एक ही कार्बन कंकाल के साथ कई बंधन, प्रतिस्थापन, कार्यात्मक समूह की अलग-अलग स्थिति के कारण है:

कार्बनिक यौगिकों के विभिन्न वर्गों (इंटरक्लास आइसोमेरिज्म) का आइसोमेरिज्म उन पदार्थों के अणुओं में अलग-अलग स्थिति और परमाणुओं के संयोजन के कारण होता है जिनका आणविक सूत्र समान होता है, लेकिन वे विभिन्न वर्गों से संबंधित होते हैं। तो, आणविक सूत्र सी 6 एच 12 असंतृप्त हाइड्रोकार्बन हेक्सिन -1 और चक्रीय हाइड्रोकार्बन साइक्लोहेक्सेन से मेल खाता है।

आइसोमर्स एल्काइन्स से संबंधित हाइड्रोकार्बन हैं - ब्यूटाइन -1 और एक हाइड्रोकार्बन जिसमें ब्यूटाडीन -1.3 श्रृंखला में दो डबल बॉन्ड होते हैं:

डायथाइल ईथर और ब्यूटाइल अल्कोहल का आणविक सूत्र C 4 H 10 O समान है:

स्ट्रक्चरल आइसोमर्स अमीनोएसेटिक एसिड और नाइट्रोएथेन हैं, जो आणविक सूत्र C 2 H 5 NO 2 के अनुरूप हैं:

इस प्रकार के आइसोमर्स में विभिन्न कार्यात्मक समूह होते हैं और वे विभिन्न वर्गों के पदार्थों से संबंधित होते हैं। इसलिए, वे कार्बन कंकाल आइसोमर या स्थिति आइसोमर्स की तुलना में भौतिक और रासायनिक गुणों में बहुत भिन्न हैं।

स्थानिक समरूपता

स्थानिक समरूपतादो प्रकारों में विभाजित: ज्यामितीय और ऑप्टिकल।

ज्यामितीय समावयवता यौगिकों की विशेषता है, जिसमें दोहरे बंधन और चक्रीय यौगिक होते हैं. चूंकि एक दोहरे बंधन के चारों ओर या एक चक्र में परमाणुओं का मुक्त घूमना असंभव है, प्रतिस्थापन या तो दोहरे बंधन या चक्र (सीआईएस स्थिति) के विमान के एक तरफ या विपरीत पक्षों (स्थानांतरण) पर स्थित हो सकते हैं। पदनाम सीआईएस- और ट्रांस- आमतौर पर समान प्रतिस्थापन की एक जोड़ी को संदर्भित करते हैं।

ज्यामितीय समावयवी भौतिक और रासायनिक गुणों में अंतर.

प्रकाशिक समावयवता होती है यदि अणु दर्पण में अपनी छवि के साथ असंगत है. यह तब संभव है जब अणु में कार्बन परमाणु में चार अलग-अलग पदार्थ हों। इस परमाणु को असममित कहा जाता है। ऐसे अणु का एक उदाहरण α-aminopropionic acid (α-alanine) CH 3 CH(NH 2)OH अणु है।

α-alanine अणु किसी भी गति के तहत अपनी दर्पण छवि के साथ मेल नहीं खा सकता है। ऐसे स्थानिक आइसोमर्स को मिरर, ऑप्टिकल एंटीपोड या एनैन्टीओमर कहा जाता है। सभी भौतिक और लगभग सभी रासायनिक गुणऐसे आइसोमर समान हैं।

शरीर में होने वाली अनेक अभिक्रियाओं पर विचार करते समय प्रकाशिक समावयवता का अध्ययन आवश्यक है। इनमें से अधिकांश प्रतिक्रियाएं एंजाइमों - जैविक उत्प्रेरक की कार्रवाई के तहत होती हैं। इन पदार्थों के अणुओं को यौगिकों के अणुओं से संपर्क करना चाहिए, जिस पर वे एक ताले की कुंजी की तरह कार्य करते हैं, इसलिए, स्थानिक संरचना, आणविक क्षेत्रों की सापेक्ष स्थिति और अन्य स्थानिक कारक इन प्रतिक्रियाओं के पाठ्यक्रम के लिए बहुत महत्व रखते हैं। . ऐसी प्रतिक्रियाओं को स्टीरियोसेलेक्टिव कहा जाता है।

अधिकांश प्राकृतिक यौगिक व्यक्तिगत एनैन्टीओमर होते हैं, और उनकी जैविक क्रिया (स्वाद और गंध से औषधीय क्रिया तक) प्रयोगशाला में प्राप्त उनके ऑप्टिकल एंटीपोड के गुणों से काफी भिन्न होती है। जैविक गतिविधि में इस तरह के अंतर का बहुत महत्व है, क्योंकि यह सभी जीवित जीवों की सबसे महत्वपूर्ण संपत्ति - चयापचय का आधार है।

संवयविता

कार्बन परमाणु की इलेक्ट्रॉनिक संरचना

कार्बन, जो कार्बनिक यौगिकों का हिस्सा है, एक निरंतर संयोजकता प्रदर्शित करता है। कार्बन परमाणु के अंतिम ऊर्जा स्तर में होता है 4 इलेक्ट्रॉन, जिनमें से दो 2s कक्षीय पर कब्जा कर लेते हैं, जिसमें एक गोलाकार आकृति होती है, और दो इलेक्ट्रॉन 2p कक्षकों पर कब्जा कर लेते हैं, जिनमें एक डम्बल आकार होता है। उत्तेजित होने पर, 2s कक्षक से एक इलेक्ट्रॉन रिक्त 2p कक्षकों में से एक में जा सकता है। इस संक्रमण के लिए कुछ ऊर्जा लागत (403 kJ/mol) की आवश्यकता होती है। परिणामस्वरूप, उत्तेजित कार्बन परमाणु में 4 अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं और इसका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास सूत्र 2s 1 2p 3 द्वारा व्यक्त किया जाता है। इस प्रकार, मीथेन हाइड्रोकार्बन (CH 4) के मामले में, कार्बन परमाणु s के साथ 4 बंधन बनाता है। -हाइड्रोजन परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन। इस मामले में, एस-एस प्रकार का 1 बंधन (कार्बन परमाणु के एस-इलेक्ट्रॉन और हाइड्रोजन परमाणु के एस-इलेक्ट्रॉन के बीच) और 3 पी-एस बांड (कार्बन परमाणु के 3 पी-इलेक्ट्रॉनों और 3 एस-इलेक्ट्रॉनों के बीच) 3 हाइड्रोजन परमाणु) बनने चाहिए थे। इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि कार्बन परमाणु द्वारा निर्मित चार सहसंयोजक बंध समतुल्य नहीं हैं। हालांकि, रसायन विज्ञान का व्यावहारिक अनुभव इंगित करता है कि मीथेन अणु में सभी 4 बंधन बिल्कुल समकक्ष हैं, और मीथेन अणु में 109.5 0 के वैलेंस कोणों के साथ एक टेट्राहेड्रल संरचना होती है, जो कि बांड समकक्ष नहीं होने पर ऐसा नहीं हो सकता है। आखिरकार, केवल पी-इलेक्ट्रॉनों की कक्षाएँ परस्पर लंबवत अक्षों x, y, z के साथ अंतरिक्ष में उन्मुख होती हैं, और एक s-इलेक्ट्रॉन के कक्षीय का एक गोलाकार आकार होता है, इसलिए इस इलेक्ट्रॉन के साथ एक बंधन के गठन की दिशा होगी स्वेच्छाचारी। संकरण का सिद्धांत इस विरोधाभास की व्याख्या करने में सक्षम था। एल। मतदान ने सुझाव दिया कि किसी भी अणु में एक दूसरे से पृथक कोई बंधन नहीं होता है। जब बांड बनते हैं, तो सभी वैलेंस इलेक्ट्रॉनों के ऑर्बिटल्स ओवरलैप होते हैं। कई प्रकार ज्ञात हैं इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स का संकरण. यह माना जाता है कि मीथेन और अन्य अल्केन्स के अणु में 4 इलेक्ट्रॉन संकरण में प्रवेश करते हैं।

कार्बन परमाणु कक्षकों का संकरण

कक्षकों का संकरण- यह सहसंयोजक बंधन के निर्माण के दौरान कुछ इलेक्ट्रॉनों के आकार और ऊर्जा में बदलाव है, जिससे ऑर्बिटल्स का अधिक कुशल ओवरलैप होता है और बॉन्ड की ताकत में वृद्धि होती है। कक्षीय संकरण हमेशा तब होता है जब विभिन्न प्रकार के कक्षकों से संबंधित इलेक्ट्रॉन बंधों के निर्माण में भाग लेते हैं।

1. एसपी 3 -संकरण(कार्बन की पहली संयोजकता अवस्था)। एसपी 3 संकरण के साथ, 3 पी-ऑर्बिटल्स और एक उत्तेजित कार्बन परमाणु का एक एस-ऑर्बिटल इस तरह से इंटरैक्ट करता है कि ऑर्बिटल्स प्राप्त होते हैं जो ऊर्जा में बिल्कुल समान होते हैं और अंतरिक्ष में सममित रूप से स्थित होते हैं। यह परिवर्तन इस प्रकार लिखा जा सकता है:

संकरण के दौरान, कक्षकों की कुल संख्या में परिवर्तन नहीं होता है, बल्कि केवल उनकी ऊर्जा और आकार में परिवर्तन होता है। यह दिखाया गया है कि कक्षा के एसपी 3 संकरण एक त्रि-आयामी आकृति-आठ जैसा दिखता है, जिनमें से एक ब्लेड दूसरे की तुलना में बहुत बड़ा है। चार संकर कक्षकों को केंद्र से एक नियमित चतुष्फलक के शीर्षों तक 109.5 0 के कोण पर विस्तारित किया जाता है। हाइब्रिड इलेक्ट्रॉनों द्वारा बनाए गए बॉन्ड (उदाहरण के लिए, s-sp 3 बॉन्ड) अनहाइब्रिडाइज्ड p-इलेक्ट्रॉनों (उदाहरण के लिए, s-p बॉन्ड) द्वारा बनाए गए बॉन्ड से अधिक मजबूत होते हैं। क्योंकि हाइब्रिड एसपी 3 ऑर्बिटल, अनहाइब्रिडाइज्ड पी ऑर्बिटल की तुलना में इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल ओवरलैप का एक बड़ा क्षेत्र प्रदान करता है। अणु जिसमें एसपी 3 संकरण किया जाता है, में टेट्राहेड्रल संरचना होती है। मीथेन के अलावा, इनमें मीथेन होमोलॉग, अमोनिया जैसे अकार्बनिक अणु शामिल हैं। आंकड़े एक संकरित कक्षीय और एक टेट्राहेड्रल मीथेन अणु दिखाते हैं।

कार्बन और हाइड्रोजन परमाणुओं के बीच मीथेन में उत्पन्न होने वाले रासायनिक बंधन σ-बॉन्ड (sp 3 -s-bond) के प्रकार के होते हैं। सामान्यतया, किसी भी सिग्मा बंधन को इस तथ्य की विशेषता है कि दो परस्पर जुड़े परमाणुओं का इलेक्ट्रॉन घनत्व परमाणुओं के केंद्रों (नाभिक) को जोड़ने वाली रेखा के साथ ओवरलैप होता है। -बॉन्ड परमाणु ऑर्बिटल्स के ओवरलैप की अधिकतम संभव डिग्री के अनुरूप होते हैं, इसलिए वे काफी मजबूत होते हैं।

2. एसपी 2 -संकरण(कार्बन की दूसरी संयोजकता अवस्था)। एक 2s और दो 2p ऑर्बिटल्स के ओवरलैप के परिणामस्वरूप होता है। परिणामी एसपी 2 हाइब्रिड ऑर्बिटल्स एक ही विमान में एक दूसरे से 120 0 के कोण पर स्थित होते हैं, और अनहाइब्रिडाइज्ड पी ऑर्बिटल इसके लंबवत होते हैं। ऑर्बिटल्स की कुल संख्या नहीं बदलती है - उनमें से चार हैं।

एसपी 2 संकरण अवस्था एल्केन अणुओं में कार्बोनिल और कार्बोक्सिल समूहों में होती है, अर्थात। दोहरे बंधन वाले यौगिकों में। तो, एथिलीन अणु में, कार्बन परमाणु के संकरित इलेक्ट्रॉन 3 -बंध (कार्बन परमाणु और हाइड्रोजन परमाणुओं के बीच दो sp 2 -s प्रकार के बंधन और कार्बन परमाणुओं के बीच एक sp 2-sp 2 प्रकार के बंधन) बनाते हैं। एक कार्बन परमाणु का शेष असंकरित p-इलेक्ट्रॉन दूसरे कार्बन परमाणु के असंकरित p-इलेक्ट्रॉन के साथ π-बंध बनाता है। अभिलक्षणिक विशेषताबंधन यह है कि इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स का ओवरलैप दो परमाणुओं को जोड़ने वाली रेखा से आगे निकल जाता है। कक्षीय अतिव्यापन दोनों कार्बन परमाणुओं को जोड़ने वाले -बंध के ऊपर और नीचे जाता है। इस प्रकार, एक दोहरा बंधन - और -बंधों का एक संयोजन है। पहले दो आंकड़े बताते हैं कि एथिलीन अणु में एथिलीन अणु बनाने वाले परमाणुओं के बीच बंधन कोण 120 0 (अंतरिक्ष में तीन एसपी 2 हाइब्रिड ऑर्बिटल्स के उन्मुखीकरण के अनुरूप) हैं। आंकड़े एक बंधन के गठन को दर्शाते हैं।

चूँकि -बंधों में असंकरित p-कक्षकों के अतिव्यापन का क्षेत्रफल -बंधों में कक्षकों के अतिव्यापन के क्षेत्रफल से कम होता है, -बंध -बंध से कम प्रबल होता है और इसमें अधिक आसानी से टूट जाता है रसायनिक प्रतिक्रिया।

3. सपा संकरण(कार्बन की तीसरी संयोजकता अवस्था)। एसपी-संकरण की स्थिति में, कार्बन परमाणु में दो एसपी-हाइब्रिड ऑर्बिटल्स एक दूसरे से 180 0 के कोण पर रैखिक रूप से स्थित होते हैं और दो अनहाइब्रिडाइज्ड पी-ऑर्बिटल्स दो परस्पर लंबवत विमानों में स्थित होते हैं। एसपी संकरण एल्काइन्स और नाइट्राइल की विशेषता है; ट्रिपल बॉन्ड वाले यौगिकों के लिए।

तो, एक एसिटिलीन अणु में, परमाणुओं के बीच बंधन कोण 180 o होते हैं। कार्बन परमाणु के संकरित इलेक्ट्रॉन 2 -बंध बनाते हैं (एक कार्बन परमाणु और हाइड्रोजन परमाणु के बीच एक sp-s बंधन और कार्बन परमाणुओं के बीच एक अन्य sp-sp प्रकार का बंधन। एक कार्बन परमाणु के दो असंकरित p-इलेक्ट्रॉन दो - बनाते हैं- दूसरे के अनहाइब्रिडाइज्ड पी इलेक्ट्रॉनों के साथ बांड पी-इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स का ओवरलैप न केवल σ-बॉन्ड के ऊपर और नीचे जाता है, बल्कि आगे और पीछे भी होता है, और कुल पी-इलेक्ट्रॉन क्लाउड का एक बेलनाकार आकार होता है। इस प्रकार, एक ट्रिपल बॉन्ड एक -बॉन्ड और दो -बॉन्ड का एक संयोजन है। एसिटिलीन अणु में कम मजबूत दो -बॉन्ड की उपस्थिति इस पदार्थ की ट्रिपल बॉन्ड के टूटने के साथ अतिरिक्त प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करने की क्षमता सुनिश्चित करती है।

परीक्षा उत्तीर्ण करने के लिए संदर्भ सामग्री:

आवर्त सारणी

घुलनशीलता तालिका

निरंतरता। शुरुआत के लिए देखें № 15, 16/2004

पाठ 5
कार्बन के परमाणु कक्षक

एक सहसंयोजक रासायनिक बंधन प्रकार के सामान्य बंधन इलेक्ट्रॉन जोड़े का उपयोग करके बनता है:

एक रासायनिक बंधन बनाएं, यानी। केवल अयुग्मित इलेक्ट्रॉन दूसरे परमाणु से "विदेशी" इलेक्ट्रॉन के साथ एक सामान्य इलेक्ट्रॉन युग्म बना सकते हैं। इलेक्ट्रॉनिक सूत्र लिखते समय, अयुग्मित इलेक्ट्रॉन एक-एक करके कक्षीय कक्ष में स्थित होते हैं।
परमाणु कक्षीयएक फ़ंक्शन है जो परमाणु के नाभिक के चारों ओर अंतरिक्ष में प्रत्येक बिंदु पर इलेक्ट्रॉन बादल के घनत्व का वर्णन करता है। एक इलेक्ट्रॉन बादल अंतरिक्ष का एक क्षेत्र है जिसमें एक इलेक्ट्रॉन को उच्च संभावना के साथ पाया जा सकता है।
कार्बन परमाणु की इलेक्ट्रॉनिक संरचना और इस तत्व की संयोजकता में सामंजस्य स्थापित करने के लिए कार्बन परमाणु के उत्तेजना की अवधारणाओं का उपयोग किया जाता है। सामान्य (अप्रत्याशित) अवस्था में, कार्बन परमाणु में दो अयुग्मित 2 . होते हैं आर 2 इलेक्ट्रॉन। उत्तेजित अवस्था में (जब ऊर्जा अवशोषित होती है) 2 . में से एक एस 2-इलेक्ट्रॉन मुक्त में जा सकते हैं आर-कक्षीय। तब कार्बन परमाणु में चार अयुग्मित इलेक्ट्रॉन प्रकट होते हैं:

याद रखें कि परमाणु के इलेक्ट्रॉनिक सूत्र में (उदाहरण के लिए, कार्बन 6 सी -1 . के लिए) एस 2 2एस 2 2पी 2) अक्षरों के सामने बड़ी संख्या - 1, 2 - ऊर्जा स्तर की संख्या को दर्शाती है। पत्र एसऔर आरइलेक्ट्रॉन क्लाउड (ऑर्बिटल्स) के आकार को इंगित करें, और अक्षरों के ऊपर दाईं ओर की संख्याएं किसी दिए गए ऑर्बिटल में इलेक्ट्रॉनों की संख्या को दर्शाती हैं। सभी एस- गोलाकार कक्षाएँ:

2 . को छोड़कर दूसरे ऊर्जा स्तर पर एस-तीन कक्षक हैं 2 आर-ऑर्बिटल्स। ये 2 आर-ऑर्बिटल्स में डम्बल के समान एक दीर्घवृत्ताकार आकार होता है, और एक दूसरे से 90 ° के कोण पर अंतरिक्ष में उन्मुख होते हैं। 2 आर-ऑर्बिटल्स 2 . को निरूपित करते हैं पी एक्स, 2आपऔर 2 pzकुल्हाड़ियों के अनुसार जिसके साथ ये कक्षाएँ स्थित हैं।

जब रासायनिक बंधन बनते हैं, तो इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स समान आकार प्राप्त करते हैं। तो, संतृप्त हाइड्रोकार्बन में, एक एस-कक्षीय और तीन आर-एक कार्बन परमाणु के कक्षक चार समरूप (संकर) बनाते हैं एसपी 3-कक्षक:

ये है - एसपी 3 - संकरण।
संकरण- परमाणु कक्षकों का संरेखण (मिश्रण) ( एसऔर आर) नए परमाणु कक्षकों के निर्माण के साथ, जिन्हें कहा जाता है संकर कक्षक.

हाइब्रिड ऑर्बिटल्स में एक असममित आकार होता है, जो संलग्न परमाणु की ओर बढ़ता है। इलेक्ट्रॉन बादल एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं और एक दूसरे से यथासंभव दूर अंतरिक्ष में स्थित होते हैं। उसी समय, चार . की कुल्हाड़ियों एसपी 3-संकर कक्षकटेट्राहेड्रोन (नियमित त्रिकोणीय पिरामिड) के कोने की ओर निर्देशित किया जाता है।
तदनुसार, इन कक्षकों के बीच के कोण चतुष्फलकीय होते हैं, जो 109°28" के बराबर होते हैं।
इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स के शीर्ष अन्य परमाणुओं के ऑर्बिटल्स के साथ ओवरलैप कर सकते हैं। यदि इलेक्ट्रॉन बादल परमाणुओं के केंद्रों को जोड़ने वाली रेखा के साथ ओवरलैप करते हैं, तो ऐसे सहसंयोजक बंधन को कहा जाता है सिग्मा () - बांड. उदाहरण के लिए, सी 2 एच 6 ईथेन अणु में, दो कार्बन परमाणुओं के बीच दो संकर कक्षाओं को ओवरलैप करके एक रासायनिक बंधन बनता है। यह एक कनेक्शन है। इसके अलावा, प्रत्येक कार्बन परमाणु अपने तीन . के साथ एसपी 3-ऑर्बिटल्स ओवरलैप करते हैं एस-तीन हाइड्रोजन परमाणुओं के कक्षक, तीन-बंध बनाते हैं।

कुल मिलाकर, कार्बन परमाणु के लिए विभिन्न प्रकार के संकरण के साथ तीन वैलेंस राज्य संभव हैं। के अलावा एसपी 3-संकरण मौजूद है एसपी 2 - और एसपी-संकरण।
एसपी 2 -संकरण- एक मिश्रण एस- और दो आर-ऑर्बिटल्स। नतीजतन, तीन संकर एसपी 2-कक्षीय। ये एसपी 2-कक्षक एक ही तल में स्थित होते हैं (कुल्हाड़ियों के साथ एक्स, पर) और 120° के कक्षकों के बीच के कोण वाले त्रिभुज के शीर्षों की ओर निर्देशित होते हैं। असंकरणित
आर-कक्षीय तीन संकरों के तल के लंबवत है एसपी 2 कक्षक (अक्ष के अनुदिश उन्मुख) जेड) ऊपरी आधा आर-ऑर्बिटल्स प्लेन के ऊपर होते हैं, निचला आधा प्लेन के नीचे होता है।
प्रकार एसपीकार्बन का 2-संकरण एक दोहरे बंधन वाले यौगिकों में होता है: सी = सी, सी = ओ, सी = एन। इसके अलावा, दो परमाणुओं के बीच केवल एक बंधन (उदाहरण के लिए, सी = सी) एक बंधन हो सकता है। (परमाणु के अन्य आबंध कक्षक विपरीत दिशाओं में निर्देशित होते हैं।) दूसरा बंधन गैर-संकर के अतिव्यापन के परिणामस्वरूप बनता है। आर-परमाणुओं के नाभिक को जोड़ने वाली रेखा के दोनों ओर के कक्षक।

पार्श्व ओवरलैप द्वारा गठित सहसंयोजक बंधन आर-पड़ोसी कार्बन परमाणुओं के कक्षक कहलाते हैं पीआई () - बांड.

शिक्षा - संचार

ऑर्बिटल्स के कम ओवरलैप के कारण -बॉन्ड -बॉन्ड से कम मजबूत होता है।
एसपी-संकरणएक का मिश्रण (रूप और ऊर्जा में संरेखण) है एस-और एक
आर-ऑर्बिटल्स दो संकरों के गठन के साथ एसपी-ऑर्बिटल्स। एसपी- ऑर्बिटल्स एक ही लाइन (180 ° के कोण पर) पर स्थित होते हैं और कार्बन परमाणु के नाभिक से विपरीत दिशाओं में निर्देशित होते हैं। दो
आर-ऑर्बिटल्स अनहाइब्रिडाइज्ड रहते हैं। उन्हें एक दूसरे के लंबवत रखा गया है।
दिशा - कनेक्शन। छवि पर एसपी-ऑर्बिटल्स अक्ष के साथ दिखाए जाते हैं आप, और अनहाइब्रिडाइज़्ड दो
आर-ऑर्बिटल्स - कुल्हाड़ियों के साथ एक्सऔर जेड.

ट्रिपल कार्बन-कार्बन बॉन्ड CC में एक -बॉन्ड होता है जो अतिव्यापी होने पर होता है
एसपी-हाइब्रिड ऑर्बिटल्स, और टू-बॉन्ड।
संलग्न समूहों की संख्या, संकरण के प्रकार और बनने वाले रासायनिक बंधों के प्रकार के रूप में कार्बन परमाणु के ऐसे मापदंडों के बीच संबंध तालिका 4 में दिखाया गया है।

तालिका 4

सहसंयोजी आबंधकार्बन

समूहों की संख्या संबंधित कार्बन के साथ	प्रकार संकरण	प्रकार भाग लेने वाले रासायनिक बन्ध	यौगिक सूत्रों के उदाहरण
4	एसपी 3	चार - कनेक्शन
3	एसपी 2	तीन - कनेक्शन और एक कनेक्शन है
2	एसपी	दो - कनेक्शन और दो कनेक्शन	एच-सीसी-एच

अभ्यास.

1. परमाणुओं के कौन से इलेक्ट्रॉन (उदाहरण के लिए, कार्बन या नाइट्रोजन) अयुग्मित कहलाते हैं?

2. सहसंयोजक बंधन वाले यौगिकों में "साझा इलेक्ट्रॉन जोड़े" की अवधारणा का क्या अर्थ है (उदाहरण के लिए, सीएच 4 याएच 2 एस )?

3. परमाणुओं की इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाएँ क्या हैं (उदाहरण के लिए, C याएन ) बेसिक कहलाते हैं, और कौन उत्साहित हैं?

4. परमाणु के इलेक्ट्रॉनिक सूत्र में संख्याओं और अक्षरों का क्या अर्थ है (उदाहरण के लिए, C याएन )?

5. एक परमाणु कक्षीय क्या है? C परमाणु के दूसरे ऊर्जा स्तर में कितने कक्षक होते हैं और वे कैसे भिन्न हैं?

6. हाइब्रिड ऑर्बिटल्स और मूल ऑर्बिटल्स में क्या अंतर है जिससे वे बने थे?

7. कार्बन परमाणु के लिए किस प्रकार के संकरण ज्ञात हैं और वे क्या हैं?

8. कार्बन परमाणु की किसी एक इलेक्ट्रॉनिक अवस्था के लिए कक्षकों की स्थानिक व्यवस्था का चित्र बनाइए।

9. रासायनिक बंध किसे कहते हैं और क्या? उल्लिखित करना-और-कनेक्शन में कनेक्शन:

10. नीचे दिए गए यौगिकों के कार्बन परमाणुओं के लिए इंगित करें: क) संकरण का प्रकार; बी) इसके रासायनिक बंधनों के प्रकार; ग) बंधन कोण।

विषय 1 के लिए अभ्यास के उत्तर

पाठ 5

1. इलेक्ट्रॉन जो प्रति कक्षक एक होते हैं, कहलाते हैं अयुग्मित इलेक्ट्रॉन. उदाहरण के लिए, एक उत्तेजित कार्बन परमाणु के इलेक्ट्रॉन विवर्तन सूत्र में, चार अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं, और नाइट्रोजन परमाणु में तीन होते हैं:

2. एक रासायनिक बंधन के निर्माण में भाग लेने वाले दो इलेक्ट्रॉनों को कहा जाता है आम इलेक्ट्रॉन जोड़ी. आमतौर पर, एक रासायनिक बंधन के निर्माण से पहले, इस जोड़ी के इलेक्ट्रॉनों में से एक एक परमाणु का था, और दूसरा इलेक्ट्रॉन दूसरे परमाणु का था:

3. परमाणु की इलेक्ट्रॉनिक अवस्था, जिसमें इलेक्ट्रॉनिक ऑर्बिटल्स के भरने का क्रम देखा जाता है: 1 एस 2 , 2एस 2 , 2पी 2 , 3एस 2 , 3पी 2 , 4एस 2 , 3डी 2 , 4पी 2 आदि कहलाते हैं मुख्य राज्य. पर उत्साहित राज्यपरमाणु के वैलेंस इलेक्ट्रॉनों में से एक उच्च ऊर्जा के साथ एक मुक्त कक्षीय में रहता है, ऐसा संक्रमण युग्मित इलेक्ट्रॉनों के पृथक्करण के साथ होता है। योजनाबद्ध रूप से यह इस तरह लिखा गया है:

जबकि जमीनी अवस्था में केवल दो वैलेंस अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं, उत्तेजित अवस्था में ऐसे चार इलेक्ट्रॉन होते हैं।

5. एक परमाणु कक्षीय एक ऐसा कार्य है जो किसी दिए गए परमाणु के नाभिक के चारों ओर अंतरिक्ष में प्रत्येक बिंदु पर एक इलेक्ट्रॉन बादल के घनत्व का वर्णन करता है। कार्बन परमाणु के द्वितीय ऊर्जा स्तर पर चार कक्षक होते हैं - 2 एस, 2पी एक्स, 2आप, 2pz. ये ऑर्बिटल्स हैं:
ए) इलेक्ट्रॉन बादल का आकार ( एस- गेंद, आर- डम्बल);
बी) आर-ऑर्बिटल्स का अंतरिक्ष में अलग-अलग झुकाव होता है - परस्पर लंबवत अक्षों के साथ एक्स, आपऔर जेड, वे निरूपित हैं पी एक्स, आप, pz.

6. हाइब्रिड ऑर्बिटल्स आकार और ऊर्जा में मूल (गैर-हाइब्रिड) ऑर्बिटल्स से भिन्न होते हैं। उदाहरण के लिए, एस-कक्षीय - एक गोले का आकार, आर- सममित आंकड़ा आठ, एसपी-हाइब्रिड कक्षीय - असममित आकृति आठ।
ऊर्जा अंतर: इ(एस) < इ(एसपी) < इ(आर) इस प्रकार, एसपी-ऑर्बिटल - आकार और ऊर्जा में औसत एक कक्षीय, प्रारंभिक . को मिलाकर प्राप्त किया जाता है एस- और पी-ऑर्बिटल्स।

7. कार्बन परमाणु के लिए तीन प्रकार के संकरण ज्ञात हैं: एसपी 3 , एसपी 2 और एसपी (पाठ 5 का पाठ देखें).

9. -बॉन्ड - परमाणुओं के केंद्रों को जोड़ने वाली रेखा के साथ ऑर्बिटल्स के ललाट अतिव्यापी द्वारा गठित एक सहसंयोजक बंधन।
-बॉन्ड - पार्श्व ओवरलैप द्वारा गठित एक सहसंयोजक बंधन आर-परमाणुओं के केंद्रों को जोड़ने वाली रेखा के दोनों ओर कक्षक।
- बंध जुड़े हुए परमाणुओं के बीच दूसरी और तीसरी रेखाओं द्वारा दिखाए जाते हैं।