Взаимное влияние атомов в молекулах

Тема занятия Взаимное влияние атомов в молекулах

к курсу

«Органическая химия»

10 класс

естественнонаучный профиль

Автор: Петрова Ирина Вячеславовна

учитель химии и биологии

МОУ «Лицей№1 г. Воркуты

Введение

В органической химии различают взаимное влияние непосредственно связанных атомов и взаимное влияние атомов, непосредственно между собою не связанных.

Так, например, водород в цианистом водороде Н—C≡ N по химическому характеру заметно отличается от водорода в метане

Н—СН 3 , хотя в обоих случаях он непосредственно связан только с углеродом.

Вопрос о взаимном влиянии атомов,

в том числе непосредственно не

связанных, впервые принципиально

поставил А. М. Бутлеров .

Уже в 1861 г., дав понятие химического

строения и природы вещества, А. М. Бутлеров

писал: «...дальнейшее развитие выраженного

здесь воззрения укажет… какое взаимное

влияние могут оказывать два атома,

находящиеся внутри одной и той же

химической частицы, но химически не

действующие непосредственно друг на друга?».

Поставленная А. М. Бутлеровым проблема взаимного влияния атомов была развита его учеником — В. В. Марковниковым , который в 1869 г. защитил свою знаменитую диссертацию «Материалы по вопросу о взаимном влиянии атомов в химических соединениях».

Владимир

Васильевич Марковников

В. В. Марковников высказал ряд положений, оказавшихся чрезвычайно важными для дальнейшего развития органической химии как в теоретическом, так и в практическом отношении.

Им были сформулированы механизмы реакций, сейчас известные как «правила Марковникова».

Правила Марковникова

«При присоединении протонных кислот или воды к несимметричным алкенам или алкинам атом водорода присоединяется к наиболее гидрогенизированному (гидрированному) атому углерода (в месте разрыва двойной связи)».

Правило Марковникова объясняется +I-эффектом (положительным индуктивным электронным эффектом) алкильных групп.

С С Н = С Н2

Н

δ -

δ +

Н

Н

Например, в молекуле пропилена СН3–СН=СН2, метильная группа СН3, за счет суммирования небольшой полярности трех С–Н связей, является донором электронов и проявляет +I-эффект по отношению к соседним атомам углерода.

Это вызывает смещение подвижных p-электронов двойной связи в сторону более гидрогенизированного атома углерода (в группе =СН2), и появлению на нем частичного отрицательного заряда δ - .

Случаи применения правила

1. Порядок присоединения галогеноводородов и хлорноватистой кислоты к несимметрично построенным непредельным углеводородам.

Так, в реакции HCl c пропиленом из двух возможных структурных изомеров 1-хлорпропана и 2-хлорпропана, образуется последний:

Случаи применения правила

2. Положения о большей легкости замещения атома Н при третичном углеродном атоме сравнительно с атомами Н у вторичного и первичного углеродных атомов.

А также - о большей легкости замещения атома Н при вторичном углеродном атоме сравнительно с водородным атомом у первичного углеродного атома.

Мнемоническое правило

Найдешь ли справедливость тут, Где действуют двойные связи: Где много водорода — так ещё дадут , Где мало — так отнимут сразу!

Это объясняется большей устойчивостью третичных и вторичных углеводородных радикалов по сравнению с первичными вследствие делокализации неспаренного электрона.

Поэтому, например, при бромировании пропана основным продуктом реакции является 2-бромпропан:

Реакции с участием галогенов

Активность зависит от галогена

т.к.

радиус атома галогена увеличивается,

длина связи увеличивается,

Е связи (С- Hal) уменьшается

  ( С втор. – Н)     ( C перв. – Н) " width="640"

Реакции нитрования

При нитровании алканов также соблюдается порядок реакционной способности С-Н-связей, характерный для реакций радикального замещения:

(С трет. – Н)   ( С втор. – Н)     ( C перв. – Н)

Случаи применения правила

3. Положение о том, что при галогенировании

карбоновых кислот в первую очередь замещается на галоген α -водородный атом.

C 2 H 5 – CH 2 – C=O + Cl 2 → CH 3 – CH 2 – CH – C=O + HCl

│ │ │

OH Cl OH

Эти положения В. В. Марковников во многих случаях подтвердил экспериментал ьно.

Закрепление-рассуждение

Предположите продукты реакций гидролиза следующих веществ

а)

б)

Проверяем правильность

Закрепление-рассуждение

Предположите продукты реакций гидролиза следующих веществ

Проверяем правильность

Случаи нарушения правила

Присоединение против правила Марковникова отмечается в случаях, когда заместитель при двойной связи оттягивает электронную плотность на себя, т.е. проявляет электроноакцепторные свойства (– I и/или – М -эффект ).

Например, в реакции Сl 3 C-CH=CH 2 с HХ водород присоединяется к менее гидрогенизированному атому углерода, а Х – к более гидрогенизированному.

Это обусловлено тем, что группа -СCl 3 проявляет отрицательный индуктивный эффект и p-электронная плотность связи С=С смещена к менее гидрогенизированному атому углерода.

Вывод

Изучение проблемы взаимного влияния атомов, установление закономерностей этого взаимного влияния, вскрытие механизма, которым оно осуществляется, дают в наше время исключительно интересный материал для более глубокого понимания строения молекул и причин их реакционной способности.

Список использованной литературы

1. Потапов В.М. Органическая химия: Пробное учебное пособие для учащихся 10 – 11 классов школ с углублённым изучением химии. – М.: Просвещение, 1996.

2. Сайкс П. Механизмы реакций в органической химии. – Изд. 3-е. – М.: Химия, 1977.

3. Чертков И.Н. Методика формирований у учащихся основных понятий органической химии. – М.: Просвещение: 1991.

Список использованных материалов, Интернет-ресурсов

1. http://www.schoolchemistry.by.ru

2. Портрет Бутлерова - http://www.physchem.chimfak.rsu.ru/Source/History/Persones/Butlerov.html

3. Портрет Марковникова - https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D1%80%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%B2,_%D0%92%D0%BB%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%80_%D0%92%D0%B0%D1%81%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D0%B5%D0%B2%D0%B8%D1%87

Тема занятия Взаимное влияние атомов в молекулах

к курсу

«Органическая химия»

10 класс

естественнонаучный профиль

Автор: Петрова Ирина Вячеславовна

учитель химии и биологии

МОУ «Лицей№1 г. Воркуты