Понятие об изомерии. Виды изомерии: структурная и пространственная. Цис-и-транс изомерия.

Свойства органических веществ зависят как от их состава, так и от порядка соединения атомов в молекуле. Изомеры – это вещества, имеющие одинаковый состав и молярную массу, но различные физические и химические свойства. Различают структурную и пространственную изомерию.

Структурная изомерия - результат различий в химическом строении. Согласно теории Бутлерова, в молекулах атомы соединены друг с другом в определенной последовательности, это и называется химическим строением. Атомы или группы атомов, образовавшие молекулу, взаимно влияют друг на друга, и свойства молекулы, зависит от ее строения. Выделяют:

1. Изомерия углеродного скелета (бутан - изобутан).

2. Изомерия функциональных групп или кратных связей (1-пропанол - 2-пропанол).

3. Межклассовая изомерия (этанол СН₃-СН₂-OH - диметиловый эфир СН₃-O-СН₃ ).

Пространственная изомерия (стереоизомерия) - возникает в результате различий в пространственной конфигурации молекул, имеющих одинаковое химическое строение.

1. Оптическая изомерия (энантиомерия) - пары оптических антиподов, т.е. веществ, характеризующихся противоположными вращениями плоскости поляризации света, являющихся полным отражением друг друга. При этом, другие физические и химические свойства их обычно идентичны (за исключением реакций с оптически активными веществами).

2. Диастеамерия - пространственная изомерия, не составляющая пару оптических изомеров.

Особо выделяют форму пространственной изомерии называемую цис-транс изомерия (геометрическая). Она возникает за счет изменения взаимного расположения заместителей относительно двойной связи или цикла. Характерна, например, и для диеновых углеводородов, при вращении сопряженных диенов вокруг s-связи (цис- и транс-1,3-бутадиен). В цис -изомерах заместители находятся по одну сторону от плоскости двойной связи или кольца, в транс -изомерах – по разные.

Так же выделяют таутомерию - быстрое, самопроизвольное взаимопревращение нескольких форм, относящихся к разным классам молекул, в друг в друга. Например, кето-енольная таутомерия - взаимопревращение кетонов (альдегидов) и енолов (СН₃-СНO - СН₂=СН-OH), кольчато-цепная таутомерия углеводов - наличие двух форм строения углеводов - циклической и цепной.

Электронное строение органических соединений. Гибридные орбитали. Образование и характеристика сигма и пи связей.

Свойства органических соединений определяются: химическим, электронным и пространственным строением молекул; типом химических связей; природой и электронным строением атомов; типом атомных орбиталей и характером их взаимодействия.

Электрон имеет двойственную природу, проявляя свойства, как частицы, так и волны. Движение электрона подчиняется законам квантовой механики.

Электронные облака (электронные орбитали)– это области наибольшей вероятности пребывания электрона. Различаются по форме, размерам, направленности в пространстве. Например, в атоме водорода единственный электрон при своем движении образует отрицательно заряженное облако сферической (шаровидной) формы. Такие электроны называются s-электроны. p-электроны образуют орбиталь в виде объемной восьмерки. s-, p-, d-, f- и др. орбитали различаются энергией, формой, размерами и пространственной направленностью.

Для органических веществ наиболее характерно нахождение валентных электронов на s- и p-атомных орбиталях.

Гибридизация – это взаимодействие разных по типу, но близких по энергии атомных орбиталей с образованием такого же числа гибридных орбиталей. Для атома углерода, образовавшиеся гибридные орбитали будут иметь одинаковую форму и энергию.

Гибридизация атома углерода сопровождается его возбуждением и переносом одного электрона с s на свободную p орбиталь, обеспечивая возможность образовывать четыре связи.

sp3-гибридизация образуется за счет одной s и трех p орбиталей. В результате оси гибридных орбиталей оказываются направлены к вершинам правильного тетраэдра, угол между ними составляет 109°28'. Такие орбитали могут образовывать четыре -связи - ковалентные одинарные связи, образованные при максимальном перекрывании атомных орбиталей по одной оси. (метан CH₄)

sp2-гибридизация образуется за счет одной s и двух p орбиталей, образуя три гибридные орбитали расположенные в одной плоскости под углом 120°. Эти орбитали образуют три -связи. Третья р -орбиталь остается негибридизованной и ориентируется перпендикулярно плоскости расположения гибридных орбиталей, участвуя в образовании -связи - связи, образованные при боковом перекрывании негибридизированных p-орбиталей по обе стороны от оси соединяющей ядра атомов. (этилен C₂H₄)

sp-гибридизация образуется за счет одной s и одной p орбиталей, образуя две гибридные орбитали расположенные на одной оси, т.е. под углом 180°. Эти орбитали образуют две -связи. Две р-орбитали остаются негибридизованными и располагаясь во взаимно перпендикулярных плоскостях, участвуют в образовании двух -связей. (ацетилен C₂H₂)