[МУЗЫКА]
[МУЗЫКА] На прошлой лекции,
мы начали путешествие в мир органической химии.
Но прежде чем двигаться дальше, давайте вооружимся некоторыми определениями,
некоторыми понятиями, которые мы будем использовать в рамках нашего курса.
Итак, начнем.
Начнем с активных частиц в органической химии.
Всего возможно три основных активных частицы.
Начнем со свободных радикалов.
Что это такое?
Свободные радикалы — это электрически нейтральная, то есть незаряженная частица,
которая несет на валентном уровне один неспаренный электрон,
и причем этот электрон чаще всего образуется в результате гомолитического,
то есть равноценного, симметричного распада расщепления ковалентной связи.
Например, если у нас есть молекула вида A--B, естественно химическая связь —
это два электрона, при определенных обстоятельствах, каждая из частиц,
частица A и частица B, может утащить с собой по одному электрону.
То есть мы получаем образование двух свободных радикалов.
В целом, свободные радикалы — это химические активные частицы,
то есть они очень быстро реагируют с тем, что им попадется на их пути.
Время жизни свободного радикала, как правило, чрезвычайно мало.
Это доли и доли секунд, и даже милли- и микросекунд.
Но в некоторых случаях свободные радикалы удается зафиксировать,
и известны классы стабильных органических радикалов.
Далее, следующая активная частица — это карбокатионы и карбоанионы.
Судя по названию — карбо-, то есть участие атома углерода,
ну а катион и анион — это понятие вам уже знакомо.
То есть положительно либо отрицательно заряженная частица.
То есть в этом случае у нас атом углерода несет либо положительный либо
отрицательный заряд.
Карбокатионы и карбоанионы образуются в результате гетеролитического,
то есть несимметричного разрыва связей между двумя частицами.
То есть, опять же, если молекула вида A--B разрывается так,
что частица B забирает оба электрона из бывшей химической связи,
то на этой частице, на B, образуется анион.
Если это атом углерода несет на себе эту пару электронов,
то мы говорим о карбоанионе.
Соответственно частица A остается без одного электрона,
соответственно, формально образует положительно заряженную частицу.
Мы получаем карбокатион.
Катионы и анионы также реакционноспособны,
и они сразу же вступают в различные химические превращения.
Большинство промежуточных частиц, как радикалы, так катионы,
так и анионы — это промежуточные частицы, но роль их огромна.
Собственно, они и обеспечивают нам превращение какой-то одной
молекулы в какую-то другую, то есть реагенты превращаются в продукты.
Также в органической химии используется понятие атакующих частиц.
Что это такое?
Атакующие частицы — это частицы, которые начинают химическую реакцию,
и это могут быть как радикалы, так нуклеофилы и электрофилы.
Ну тут, в общем, как в жизни — любая битва начинается с первой атаки.
Так и здесь.
В зависимости от того, какой заряд у нас на частице,
получаем различную атакующую частицу.
Если это минус,
если она отрицательно заряженная или несет на себе неподеленную электронную пару,
мы говорим о нуклеофиле, то есть дословно — «любящий ядро».
Если у нас недостаток электронной плотности, то есть мы имеем дело с
катионом, то мы имеем дело с электрофилом, то есть «любящий электроны»,
то есть желающий получить себе дополнительный электрон.
Ну, а радикал не имеет специального названия, но, естественно,
он тоже может быть атакующей частицей.
Итак, нуклеофил — это частица,
имеющая пару электронов на внешнем электронном уровне,
и за счет этого нуклеофил способен образовывать новую ковалентную связь.
Вспомним физическую химию и неорганическую химию,
механизм образования донорно-акцепторный, то нуклеофил можно считать донором.
В противоположность, электрофил — это частица, которая имеет на
внешнем уровне свободную орбиталь, то есть, опять же, говоря терминами
донорно-акцепторной химической связи, электрофильная частица — это акцептор,
и при взаимодействии с нуклеофилом образуется новая ковалентная связь.
По атакующим частицам, по типу атакующей частицы,
часто называют механизмы органической реакции.
Что это такое?
Механизм реакции — это последовательность элементарных стадий,
то есть какого-либо взаимодействия между двумя частицами,
и эта последовательность объясняет превращение реагентов в продукты.
Знание механизмов и понимание механизмов органических реакций — это основа
органической химии.
То есть вам не нужно заучивать абсолютно все реакции органических соединений,
а тем более их превращений, известны многие миллионы,
и все выучить, конечно же, невозможно.
Число механизмов ограничено.
Соответственно, если мы знаем принципы превращения вещества,
то мы в общем-то знаем всю органическую химию.
Далее. Все атомы, которые находятся в молекуле,
конечно же, связаны друг с другом, и конечно же они влияют друг на друга.
И в основном это влияние передается, или реализуется через химические связи,
которые, еще раз повторю, в органических молекулах в основном ковалентные.
Так вот, эти влияния через связи принято называть электронными эффектами.
Электронный эффект — это смещение электронной плотности внутри молекулы под
влиянием заместителей.
Причем, если у нас ковалентная связь полярная,
то есть разная электроотрицательность между частицами, то реализуется
небольшое смещение электронной плотности в ту либо иную сторону.
То есть мы не можем говорить о полном перемещении электрона,
то есть образовании заряда + или −, а о частичном.
И вот это частичное смещение принято обозначать буквой δ.
И более электроотрицательный атом несет на себе δ− заряд,
то есть небольшую избыточную электронную плотность, а то, что связано,
то есть более электроположительный атом,
обозначается (вот его величина заряда) как некая δ+.
Ну тут как в математике, δ — это маленькое превращение.
Электронная плотность может смещаться двумя разными способами.
Если смещение плотности происходит по обычной σ-связи,
то такое смещение называют индуктивным эффектом,
обозначается большой латинской буквой I.
Индуктивный эффект передается по связям, он очень быстро затухает,
то есть через две, а тем более три и более связи,
мы уже не чувствуем индуктивного влияния, так вот он может быть как положительным,
то есть если наш заместитель отдает электронную плотность,
например, CH3-группа, так может быть и отрицательным.
Это атомы, например, галогена, атомы кислорода.
Они более электроотрицательные, чем атомы углерода,
и стаскивают к себе электронную плотность.
Также, электронная плотность может передаваться по π-связям,
то есть через пространство.
Что такое π-связь, вы, конечно же, помните из курса физической химии.Так вот,
смещение электронной плотности по π-связям называют мезомерным эффектом.
Еще раз: мезомерный эффект — это смещение электронной плотности по π-связям.
Абсолютно аналогичным образом он может быть как положительным,
так и отрицательным.
То есть частица может отдавать нам электронную плотность, либо принимать ее.
То есть быть, соответственно донором или акцептором.
Ну а в следующей лекции мы с вами рассмотрим строение органических молекул,
то есть как атомы собираются в органические молекулы.