Главная > Химия > Органическая химия (Моррисон Р.)
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

2.23. Строение метильного радикала. sp2-Гибридизация

Значительная часть этой главы посвящена образованию и реакциям метильного радикала Что же представляет собой эта частица? Какова ее форма? Как распределены электроны и где находится неспаренный электрон?

Ответы на эти вопросы применимы не только для данного простого радикала, но и для любых свободных радикалов, даже сложных, которые будут рассмотрены ниже. Под формой, естественно, подразумевается пространственное строение, или стереохимия, свободных радикалов. Расположение неспаренного электрона связано со стабилизацией свободных радикалов заместителями.

Так же как и в случае метана, рассмотрим сначала электронную конфигурацию углерода

Чтобы получить более двух неспаренных электронов для образования связей, переместим -электрон на свободную -орбиталь

Можно ожидать, что углерод образует три связи, используя три -орбитали. Но если вместо этого происходит гибридизация -орбитали и двух -орбиталей

то образуются три гибридные орбитали со значительно большей пространственной направленностью, чем у любой из или -орбиталей; вследствие большего перекрывания эти гибридные орбитали могут образовывать более прочные связи. Они эквивалентны друг другу. Каждая из них имеет форму, представленную на рис. 2.9; для удобства небольшая часть, находящаяся за плоскостью рисунка, не приводится, а часть, находящаяся перед плоскостью рисунка, представлена в виде сферы.

Эти гибридные орбитали называются -орбиталями, поскольку считают, что они образуются в результате комбинации одной s-орбитали и двух -орбиталей. Они расположены в плоскости, в которой находится ядро атома углерода, и направлены к углам правильного треугольника; угол между каждой парой -орбиталей составляет 120° (2,094 рад). При таком тривиальном (направленном по трем углам) расположении гибридные орбитали максимально удалены друг от друга. Так же как взаимное отталкивание орбиталей приводит к четырем тетраэдрическим связям, так и в данном случае оно приводит к трем тригональным связям.

Если расположить атом углерода и три атома водорода метильного радикала так, чтобы было возможно максимальное перекрывание орбиталей, то получается структура, приведенная на рис. 2.10. Она плоская; атом углерода находится в центре треугольника, а три атома водорода — по его углам. Каждый угол связи равен 120° (2,094 рад).

Где же находится неспаренный электрон? При образовании -орбиталей атом углерода использовал только две из трех -орбиталей. Оставшаяся -орбиталь состоит из двух равных частей, одна из которых лежит над плоскостью трех -орбиталей, а другая — под плоскостью (рис. 2.11); она занята неспаренным электроном.

Рис. 2.9. (см. скан) Атомные -гибридные орбитали. а — поперечный разрез и приблизительная фирма одной орбитали. Сильно ориентирована вдоль одной оси; изображение в виде сферы (небольшая часть за Плоскостью рисунка не представлена); в — три орбитали, оси которых направлены к углам правильного треугольника.

Возможна не только эта электронная конфигурация метильного радикала: альтернативный подход приведет к пирамидальной молекуле, такой,

Рис. 2.10. Метальный радикал: показаны только -связи.

Рис. 2.11. Метальный радикал: неспаренный электрон занимает -орбиталь сверху и сиизу плоскости -связей.

как аммиак, с тем отличием, что четвертая р-орбиталь содержит неспаренный электрон, а не электронную пару (разд. 1.10). Квантовомеханические расчеты не позволяют сделать четкого выбора между двумя конфигурациями. Спектральные исследования показали, что метильный радикал действительно плоский или почти плоский. Углерод имеет тригональную или почти тригональную структуру; неспаренный электрон занимает -орбиталь или по крайней мере орбиталь, имеющую в основном -характер.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление