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। हालाँकि, इसके अधिकांश यौगिकों में, कार्बन टेट्रावेलेंट है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि कार्बन परमाणु, थोड़ी मात्रा में ऊर्जा को अवशोषित करके, उत्तेजित अवस्था में चला जाता है जिसमें इसमें 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 होता है।
कार्बन परमाणुओं में इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स के तीन प्रकार के संकरण बनाने की क्षमता होती है ( एसपी 3, एसपी 2, एसपी) और आपस में कई (डबल और ट्रिपल) बॉन्ड का निर्माण (तालिका 2.2)।
तालिका 2.2
संकरण के प्रकार और आणविक ज्यामिति
एक साधारण (एकल) एस-कनेक्शन कब किया जाता है एसपी 3-संकरण, जिसमें सभी चार संकर कक्षाएँ समतुल्य हैं और अंतरिक्ष में एक दूसरे से 109°29' के कोण पर निर्देशित हैं और एक नियमित टेट्राहेड्रोन के शीर्षों की ओर उन्मुख हैं (चित्र 2.8)।
चावल। 2.8. मीथेन अणु सीएच 4 का निर्माण
यदि हाइब्रिड कार्बन ऑर्बिटल्स गोलाकार ऑर्बिटल्स के साथ ओवरलैप होते हैं एस-हाइड्रोजन परमाणु की कक्षाएँ, तो 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 बंधन का अध्ययन बहुत रुचि का है। आइए ईथेन, एथिलीन और एसिटिलीन के अणुओं की संरचना पर विचार करें।
ईथेन अणु में सभी बंधों के बीच के कोण लगभग एक-दूसरे के बराबर होते हैं (चित्र 2.9) और मीथेन अणु में सी-एच कोणों से भिन्न नहीं होते हैं।
इसलिए, कार्बन परमाणु एक अवस्था में हैं एसपी 3-संकरण.
चावल। 2.9. इथेन अणु सी 2 एच 6
कार्बन परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनिक ऑर्बिटल्स का संकरण अधूरा हो सकता है, अर्थात। दो ( एसपी 2-संकरण) या एक ( एसपी-संकरण) तीन का आर-ऑर्बिटल्स. इस मामले में, कार्बन परमाणुओं के बीच का निर्माण होता है एकाधिक कनेक्शन (दोगुना या तिगुना)। एकाधिक बंध वाले हाइड्रोकार्बन को असंतृप्त या असंतृप्त कहा जाता है। एक दोहरा बंधन (C=C) तब बनता है जब एसपी 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 एसपी 2-हाइब्रिड ऑर्बिटल्स एक दूसरे से 120° के कोण पर एक ही तल में स्थित होते हैं, और गैर-हाइब्रिड 2 आर-ऑर्बिटल इस तल के लंबवत स्थित है। दो कार्बन परमाणु आपस में जुड़कर हाइब्रिड ऑर्बिटल्स के ओवरलैपिंग के कारण एक एस-बॉन्ड बनाते हैं और ओवरलैपिंग के कारण एक पी-बॉन्ड बनाते हैं। आर-ऑर्बिटल्स.
1 के साथ कार्बन के मुक्त संकर कक्षकों की अन्योन्यक्रिया एस-हाइड्रोजन परमाणुओं की कक्षाएँ एथिलीन अणु सी 2 एच 4 (छवि 2.10) के निर्माण की ओर ले जाती हैं - असंतृप्त हाइड्रोकार्बन का सबसे सरल प्रतिनिधि।
चावल। 2.10. एथिलीन अणु C 2 H 4 का निर्माण
पी-बॉन्ड के मामले में इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स का ओवरलैप कम होता है और बढ़े हुए इलेक्ट्रॉन घनत्व वाले क्षेत्र परमाणु नाभिक से दूर स्थित होते हैं, इसलिए यह बॉन्ड एस-बॉन्ड की तुलना में 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 हैं, जिसका गठन एक के कारण होता है एस- और एक आर-ऑर्बिटल्स (चित्र 2.11)।
दो संकर कक्षाएँ एक दूसरे के सापेक्ष 180° के कोण पर स्थित हैं, और शेष गैर-संकर दो आर-ऑर्बिटल्स दो परस्पर लंबवत तलों में स्थित होते हैं। ट्रिपल बॉन्ड का निर्माण एसिटिलीन अणु सी 2 एच 2 में होता है (चित्र 2.11 देखें)।
चावल। 2.11. एसिटिलीन अणु C 2 H 2 का निर्माण
बेंजीन अणु (सी 6 एच 6) के निर्माण के दौरान एक विशेष प्रकार का बंधन होता है, जो सुगंधित हाइड्रोकार्बन का सबसे सरल प्रतिनिधि है।
बेंजीन में छह कार्बन परमाणु एक रिंग (बेंजीन रिंग) में एक साथ जुड़े होते हैं, प्रत्येक कार्बन परमाणु एसपी 2 संकरण की स्थिति में होता है (चित्र 2.12)।
चावल। 2.12. एसपी 2 - बेंजीन अणु सी 6 एच 6 की कक्षाएँ
बेंजीन अणु में शामिल सभी कार्बन परमाणु एक ही तल में स्थित होते हैं। एसपी 2 संकरण अवस्था में प्रत्येक कार्बन परमाणु में एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन के साथ एक और गैर-संकर पी-ऑर्बिटल होता है, जो एक पी-बंध बनाता है (चित्र 2.13)।
धुरी इस प्रकार है आर-ऑर्बिटल्स बेंजीन अणु के तल के लंबवत स्थित होते हैं।
सभी छह गैर-संकर हैं आर-ऑर्बिटल्स एक सामान्य बॉन्डिंग आणविक पी-ऑर्बिटल बनाते हैं, और सभी छह इलेक्ट्रॉन मिलकर एक पी-इलेक्ट्रॉन सेक्सेट बनाते हैं।
ऐसे कक्षक की सीमा सतह कार्बन एस-कंकाल के तल के ऊपर और नीचे स्थित होती है। वृत्ताकार ओवरलैप के परिणामस्वरूप, एक एकल डेलोकलाइज्ड पी-सिस्टम उत्पन्न होता है, जो चक्र के सभी कार्बन परमाणुओं को कवर करता है (चित्र 2.13)।
बेंजीन को योजनाबद्ध रूप से एक षट्भुज के रूप में दर्शाया गया है जिसके अंदर एक रिंग है, जो इंगित करता है कि इलेक्ट्रॉनों और संबंधित बांडों का डेलोकलाइज़ेशन होता है।
चावल। 2.13. -बेंजीन अणु C 6 H 6 में बंधता है
आयनिक रासायनिक बंधन
आयोनिक बंध- विपरीत रूप से आवेशित आयनों के पारस्परिक इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण के परिणामस्वरूप बनने वाला एक रासायनिक बंधन, जिसमें कुल इलेक्ट्रॉन घनत्व को अधिक विद्युतीय तत्व के परमाणु में पूर्ण रूप से स्थानांतरित करके एक स्थिर स्थिति प्राप्त की जाती है।
विशुद्ध रूप से आयनिक बंधन सहसंयोजक बंधन का एक चरम मामला है।
व्यवहार में, एक बंधन के माध्यम से एक परमाणु से दूसरे परमाणु में इलेक्ट्रॉनों का पूर्ण स्थानांतरण महसूस नहीं किया जाता है, क्योंकि प्रत्येक तत्व में अधिक या कम (लेकिन शून्य नहीं) ईओ होता है, और कोई भी रासायनिक बंधन कुछ हद तक सहसंयोजक होगा।
ऐसा बंधन परमाणुओं के ईओ में बड़े अंतर के मामले में होता है, उदाहरण के लिए, धनायनों के बीच एस-आवधिक प्रणाली के पहले और दूसरे समूहों की धातुएं और समूह VIА और VIIА (LiF, NaCl, CsF, आदि) के गैर-धातुओं के आयन।
सहसंयोजक बंधन के विपरीत, आयनिक बंधन की कोई दिशात्मकता नहीं होती . यह इस तथ्य से समझाया गया है कि आयन के विद्युत क्षेत्र में गोलाकार समरूपता है, अर्थात। किसी भी दिशा में समान नियम के अनुसार दूरी के साथ घटती जाती है। इसलिए, आयनों के बीच परस्पर क्रिया दिशा से स्वतंत्र होती है।
विपरीत चिह्न के दो आयनों की परस्पर क्रिया से उनके बल क्षेत्रों की पूर्ण पारस्परिक क्षतिपूर्ति नहीं हो सकती है। इस वजह से, वे विपरीत चिन्ह के आयनों को अन्य दिशाओं में आकर्षित करने की क्षमता बनाए रखते हैं। इसलिए, सहसंयोजक बंधन के विपरीत, आयनिक बंधन भी असंतृप्ति की विशेषता है .
आयनिक बंधों में दिशात्मकता और संतृप्ति की कमी आयनिक अणुओं के जुड़ने की प्रवृत्ति को निर्धारित करती है। ठोस अवस्था में सभी आयनिक यौगिकों में एक आयनिक क्रिस्टल जाली होती है, जिसमें प्रत्येक आयन विपरीत चिह्न के कई आयनों से घिरा होता है। इस मामले में, किसी दिए गए आयन के पड़ोसी आयनों के साथ सभी बंधन समतुल्य होते हैं।
धातु कनेक्शन
धातुओं को कई विशेष गुणों की विशेषता होती है: विद्युत और तापीय चालकता, एक विशिष्ट धात्विक चमक, लचीलापन, उच्च लचीलापन और महान शक्ति। धातुओं के इन विशिष्ट गुणों को एक विशेष प्रकार के रासायनिक बंधन द्वारा समझाया जा सकता है जिसे कहा जाता है धातु .
एक धात्विक बंधन किसी धातु के क्रिस्टल जाली में एक दूसरे के निकट आने वाले परमाणुओं के अतिव्यापी डेलोकलाइज्ड ऑर्बिटल्स का परिणाम है।
अधिकांश धातुओं के बाहरी इलेक्ट्रॉनिक स्तर में रिक्त कक्षकों की एक महत्वपूर्ण संख्या और इलेक्ट्रॉनों की एक छोटी संख्या होती है।
इसलिए, यह ऊर्जावान रूप से अधिक अनुकूल है कि इलेक्ट्रॉन स्थानीयकृत न हों, बल्कि संपूर्ण धातु परमाणु से संबंधित हों। धातु के जाली नोड्स में सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयन होते हैं, जो पूरे धातु में वितरित एक इलेक्ट्रॉन "गैस" में डूबे होते हैं:
मैं ↔ मैं एन + + एन .
धनावेशित धातु आयनों (Me n +) और गैर-स्थानीयकृत इलेक्ट्रॉनों (n) के बीच एक इलेक्ट्रोस्टैटिक संपर्क होता है, जो पदार्थ की स्थिरता सुनिश्चित करता है। इस अंतःक्रिया की ऊर्जा सहसंयोजक और आणविक क्रिस्टल की ऊर्जा के बीच मध्यवर्ती है। इसलिए, विशुद्ध रूप से धात्विक बंधन वाले तत्व ( एस-, और पी-तत्व) अपेक्षाकृत उच्च गलनांक और कठोरता की विशेषता रखते हैं।
इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति, जो क्रिस्टल के पूरे आयतन में स्वतंत्र रूप से घूम सकती है, धातु के विशिष्ट गुण प्रदान करती है
हाइड्रोजन बंध
हाइड्रोजन बंध – एक विशेष प्रकार की अंतरआण्विक अंतःक्रिया। हाइड्रोजन परमाणु जो किसी तत्व के परमाणु से सहसंयोजक रूप से बंधे होते हैं, जिसमें उच्च इलेक्ट्रोनगेटिविटी मान होता है (अक्सर एफ, ओ, एन, लेकिन सीएल, एस और सी भी) अपेक्षाकृत उच्च प्रभावी चार्ज लेते हैं। परिणामस्वरूप, ऐसे हाइड्रोजन परमाणु इन तत्वों के परमाणुओं के साथ इलेक्ट्रोस्टैटिक रूप से बातचीत कर सकते हैं।
इस प्रकार, एक पानी के अणु का H d + परमाणु उन्मुख होता है और दूसरे पानी के अणु के O d - परमाणु के साथ तदनुसार संपर्क करता है (जैसा कि तीन बिंदुओं द्वारा दिखाया गया है):
विद्युत ऋणात्मक तत्वों के दो परमाणुओं के बीच स्थित H परमाणु द्वारा निर्मित बंधों को हाइड्रोजन कहा जाता है:
डी- डी+ डी-
ए − एच ××× बी
हाइड्रोजन बांड की ऊर्जा पारंपरिक सहसंयोजक बंधन (150-400 kJ/mol) की ऊर्जा से काफी कम है, लेकिन यह ऊर्जा तरल अवस्था में संबंधित यौगिकों के अणुओं के एकत्रीकरण के लिए पर्याप्त है, उदाहरण के लिए, 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 सहसंयोजक बंध की लंबाई से भी कम होती है। इस प्रकार, पॉलिमर (HF) n में, बॉन्ड की लंबाई F−H = 0.092 एनएम है, और बॉन्ड की लंबाई F∙∙∙H = 0.14 एनएम है। पानी के लिए, बंधन की लंबाई O−H=0.096 एनएम है, और बंधन की लंबाई O∙∙∙H=0.177 एनएम है।
अंतर-आणविक हाइड्रोजन बांड के गठन से पदार्थों के गुणों में एक महत्वपूर्ण परिवर्तन होता है: चिपचिपाहट, ढांकता हुआ स्थिरांक, क्वथनांक और पिघलने बिंदु में वृद्धि।
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प्रत्येक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की एक निश्चित संख्या होती है।
रासायनिक प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करते समय, परमाणु सबसे स्थिर इलेक्ट्रॉनिक विन्यास प्राप्त करते हुए, इलेक्ट्रॉनों को दान करते हैं, प्राप्त करते हैं या साझा करते हैं। सबसे कम ऊर्जा वाला विन्यास (जैसे उत्कृष्ट गैस परमाणुओं में) सबसे अधिक स्थिर होता है। इस पैटर्न को "ऑक्टेट नियम" कहा जाता है (चित्र 1)।
चावल। 1.
यह नियम सभी पर लागू होता है कनेक्शन के प्रकार. परमाणुओं के बीच इलेक्ट्रॉनिक कनेक्शन उन्हें सरलतम क्रिस्टल से लेकर जटिल बायोमोलेक्यूल्स तक स्थिर संरचनाएं बनाने की अनुमति देते हैं जो अंततः जीवित सिस्टम बनाते हैं। वे अपने निरंतर चयापचय में क्रिस्टल से भिन्न होते हैं। वहीं, कई रासायनिक प्रतिक्रियाएं तंत्र के अनुसार आगे बढ़ती हैं इलेक्ट्रॉनिक हस्तांतरण, जो शरीर में ऊर्जा प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
रासायनिक बंधन वह बल है जो दो या दो से अधिक परमाणुओं, आयनों, अणुओं या इनके किसी भी संयोजन को एक साथ रखता है.
रासायनिक बंधन की प्रकृति सार्वभौमिक है: यह नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉनों और सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए नाभिक के बीच आकर्षण का एक इलेक्ट्रोस्टैटिक बल है, जो परमाणुओं के बाहरी आवरण के इलेक्ट्रॉनों के विन्यास द्वारा निर्धारित होता है। किसी परमाणु की रासायनिक बंध बनाने की क्षमता कहलाती है संयोजकता, या ऑक्सीकरण अवस्था. इसकी अवधारणा अणु की संयोजन क्षमता- इलेक्ट्रॉन जो रासायनिक बंधन बनाते हैं, यानी उच्चतम ऊर्जा कक्षाओं में स्थित होते हैं। तदनुसार, इन कक्षाओं वाले परमाणु के बाहरी आवरण को कहा जाता है रासायनिक संयोजन शेल. वर्तमान में, रासायनिक बंधन की उपस्थिति को इंगित करना पर्याप्त नहीं है, लेकिन इसके प्रकार को स्पष्ट करना आवश्यक है: आयनिक, सहसंयोजक, द्विध्रुव-द्विध्रुवीय, धात्विक।
कनेक्शन का पहला प्रकार हैईओण का कनेक्शन
लुईस और कोसेल के इलेक्ट्रॉनिक वैलेंस सिद्धांत के अनुसार, परमाणु दो तरीकों से एक स्थिर इलेक्ट्रॉनिक विन्यास प्राप्त कर सकते हैं: पहला, इलेक्ट्रॉनों को खोकर, बनकर। फैटायनों, दूसरे, उन्हें प्राप्त करना, परिवर्तित करना ऋणायन. इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण के परिणामस्वरूप, विपरीत संकेतों के आवेश वाले आयनों के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण बल के कारण, एक रासायनिक बंधन बनता है, जिसे कोसेल द्वारा कहा जाता है " इलेक्ट्रोवेलेंट"(अब कहा जाता है ईओण का).
इस मामले में, आयन और धनायन एक भरे हुए बाहरी इलेक्ट्रॉन आवरण के साथ एक स्थिर इलेक्ट्रॉनिक विन्यास बनाते हैं। विशिष्ट आयनिक बंधन आवधिक प्रणाली के धनायन टी और II समूहों और समूह VI और VII (क्रमशः 16 और 17 उपसमूह) के गैर-धात्विक तत्वों के आयनों से बनते हैं। काल्कोजनऔर हैलोजन). आयनिक यौगिकों के बंधन असंतृप्त और गैर-दिशात्मक होते हैं, इसलिए वे अन्य आयनों के साथ इलेक्ट्रोस्टैटिक संपर्क की संभावना बनाए रखते हैं। चित्र में. चित्र 2 और 3 इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण के कोसल मॉडल के अनुरूप आयनिक बंधों के उदाहरण दिखाते हैं।
चावल। 2.
चावल। 3.टेबल नमक के एक अणु में आयनिक बंधन (NaCl)
यहां कुछ गुणों को याद करना उचित होगा जो प्रकृति में पदार्थों के व्यवहार की व्याख्या करते हैं, विशेष रूप से, के विचार पर विचार करें अम्लऔर कारण.
इन सभी पदार्थों के जलीय घोल इलेक्ट्रोलाइट्स हैं। वे अलग-अलग रंग बदलते हैं संकेतक. संकेतकों की क्रिया के तंत्र की खोज एफ.वी. द्वारा की गई थी। ओस्टवाल्ड. उन्होंने दिखाया कि संकेतक कमजोर अम्ल या क्षार हैं, जिनका रंग असंबद्ध और विघटित अवस्था में भिन्न होता है।
क्षार अम्लों को उदासीन कर सकते हैं। सभी क्षार पानी में घुलनशील नहीं होते हैं (उदाहरण के लिए, कुछ कार्बनिक यौगिक जिनमें OH समूह नहीं होते हैं, विशेष रूप से अघुलनशील होते हैं, ट्राइएथिलैमाइन एन(सी 2 एच 5) 3); घुलनशील क्षार कहलाते हैं क्षार.
एसिड के जलीय घोल विशिष्ट प्रतिक्रियाओं से गुजरते हैं:
क) धातु आक्साइड के साथ - नमक और पानी के निर्माण के साथ;
बी) धातुओं के साथ - नमक और हाइड्रोजन के निर्माण के साथ;
ग) कार्बोनेट के साथ - नमक के निर्माण के साथ, सीओ 2 और एन 2 हे.
अम्ल और क्षार के गुणों का वर्णन कई सिद्धांतों द्वारा किया गया है। एस.ए. के सिद्धांत के अनुसार अरहेनियस, एक अम्ल एक ऐसा पदार्थ है जो आयन बनाने के लिए वियोजित होता है एन+ , जबकि आधार आयन बनाता है वह- . यह सिद्धांत उन कार्बनिक आधारों के अस्तित्व को ध्यान में नहीं रखता है जिनमें हाइड्रॉक्सिल समूह नहीं हैं।
के अनुसार प्रोटोनब्रोंस्टेड और लोरी के सिद्धांत के अनुसार, एसिड एक ऐसा पदार्थ है जिसमें अणु या आयन होते हैं जो प्रोटॉन दान करते हैं ( दाताओंप्रोटॉन), और आधार एक पदार्थ है जिसमें अणु या आयन होते हैं जो प्रोटॉन को स्वीकार करते हैं ( स्वीकारकर्ताओंप्रोटॉन)। ध्यान दें कि जलीय घोल में हाइड्रोजन आयन हाइड्रेटेड रूप में मौजूद होते हैं, यानी हाइड्रोनियम आयन के रूप में H3O+ . यह सिद्धांत न केवल पानी और हाइड्रॉक्साइड आयनों के साथ प्रतिक्रियाओं का वर्णन करता है, बल्कि विलायक की अनुपस्थिति में या गैर-जलीय विलायक के साथ की जाने वाली प्रतिक्रियाओं का भी वर्णन करता है।
उदाहरण के लिए, अमोनिया के बीच प्रतिक्रिया में एन.एच. 3 (कमजोर आधार) और गैस चरण में हाइड्रोजन क्लोराइड, ठोस अमोनियम क्लोराइड बनता है, और दो पदार्थों के संतुलन मिश्रण में हमेशा 4 कण होते हैं, जिनमें से दो एसिड होते हैं, और अन्य दो आधार होते हैं:
इस संतुलन मिश्रण में अम्ल और क्षार के दो संयुग्मी जोड़े होते हैं:
1)एन.एच. 4+ और एन.एच. 3
2) एचसीएलऔर क्लोरीन ‑
यहां, प्रत्येक संयुग्म युग्म में, अम्ल और क्षार में एक प्रोटॉन का अंतर होता है। प्रत्येक अम्ल का एक संयुग्मी आधार होता है। एक मजबूत अम्ल का कमजोर संयुग्मी आधार होता है, और एक कमजोर अम्ल का मजबूत संयुग्मी आधार होता है।
ब्रोंस्टेड-लोरी सिद्धांत जीवमंडल के जीवन के लिए पानी की अनूठी भूमिका को समझाने में मदद करता है। पानी, इसके साथ परस्पर क्रिया करने वाले पदार्थ के आधार पर, अम्ल या क्षार के गुण प्रदर्शित कर सकता है। उदाहरण के लिए, एसिटिक एसिड के जलीय घोल के साथ प्रतिक्रिया में, पानी एक आधार है, और अमोनिया के जलीय घोल के साथ प्रतिक्रिया में, यह एक एसिड है।
1) सीएच 3 कूह + H2O ↔ H3O + + सीएच 3 सीओओ- . यहां, एक एसिटिक एसिड अणु पानी के अणु को एक प्रोटॉन दान करता है;
2) एनएच 3 + H2O ↔ एनएच 4 + + वह- . यहां, एक अमोनिया अणु पानी के अणु से एक प्रोटॉन स्वीकार करता है।
इस प्रकार, पानी दो संयुग्मी जोड़े बना सकता है:
1) H2O(एसिड) और वह- (सन्युग्म ताल)
2) एच 3 ओ+ (एसिड) और H2O(सन्युग्म ताल)।
पहले मामले में, पानी एक प्रोटॉन दान करता है, और दूसरे में, वह इसे स्वीकार करता है।
इस संपत्ति को कहा जाता है उभयचरवाद. वे पदार्थ जो अम्ल और क्षार दोनों के रूप में प्रतिक्रिया कर सकते हैं, कहलाते हैं उभयधर्मी. ऐसे पदार्थ अक्सर जीवित प्रकृति में पाए जाते हैं। उदाहरण के लिए, अमीनो एसिड अम्ल और क्षार दोनों के साथ लवण बना सकते हैं। इसलिए, पेप्टाइड्स मौजूद धातु आयनों के साथ आसानी से समन्वय यौगिक बनाते हैं।
इस प्रकार, एक आयनिक बंधन की एक विशिष्ट संपत्ति नाभिक में से एक के लिए बंधन इलेक्ट्रॉनों की पूर्ण गति है। इसका मतलब यह है कि आयनों के बीच एक ऐसा क्षेत्र है जहां इलेक्ट्रॉन घनत्व लगभग शून्य है।
दूसरे प्रकार का कनेक्शन हैसहसंयोजक कनेक्शन
परमाणु इलेक्ट्रॉनों को साझा करके स्थिर इलेक्ट्रॉनिक विन्यास बना सकते हैं।
ऐसा बंधन तब बनता है जब इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी एक समय में एक साझा होती है सबकी ओर सेपरमाणु. इस मामले में, साझा बंधन इलेक्ट्रॉनों को परमाणुओं के बीच समान रूप से वितरित किया जाता है। सहसंयोजक बंधों के उदाहरणों में शामिल हैं होमोन्यूक्लियरदो परमाणुओंवाला अणु एच 2 , एन 2 , एफ 2. इसी प्रकार का संबंध एलोट्रोप में पाया जाता है हे 2 और ओजोन हे 3 और एक बहुपरमाणुक अणु के लिए एस 8 और भी विषम परमाणु अणुहाइड्रोजन क्लोराइड एचसीएल, कार्बन डाईऑक्साइड सीओ 2, मीथेन चौधरी 4, इथेनॉल साथ 2 एन 5 वह, सल्फर हेक्साफ्लोराइड एस एफ 6, एसिटिलीन साथ 2 एन 2. ये सभी अणु समान इलेक्ट्रॉन साझा करते हैं, और उनके बंधन एक ही तरह से संतृप्त और निर्देशित होते हैं (चित्र 4)।
जीवविज्ञानियों के लिए यह महत्वपूर्ण है कि एकल बंधन की तुलना में दोहरे और ट्रिपल बांड ने सहसंयोजक परमाणु त्रिज्या को कम कर दिया है।
चावल। 4.सीएल 2 अणु में सहसंयोजक बंधन।
आयनिक और सहसंयोजक प्रकार के बंधन कई मौजूदा प्रकार के रासायनिक बंधनों के दो चरम मामले हैं, और व्यवहार में अधिकांश बंधन मध्यवर्ती होते हैं।
आवर्त सारणी के समान या अलग-अलग अवधियों के विपरीत छोर पर स्थित दो तत्वों के यौगिक मुख्य रूप से आयनिक बंधन बनाते हैं। जैसे-जैसे तत्व एक अवधि के भीतर एक-दूसरे के करीब आते हैं, उनके यौगिकों की आयनिक प्रकृति कम हो जाती है, और सहसंयोजक चरित्र बढ़ जाता है। उदाहरण के लिए, आवर्त सारणी के बाईं ओर तत्वों के हैलाइड और ऑक्साइड मुख्य रूप से आयनिक बंधन बनाते हैं ( NaCl, AgBr, BaSO 4, CaCO 3, KNO 3, CaO, NaOH), और तालिका के दाईं ओर तत्वों के समान यौगिक सहसंयोजक हैं ( एच 2 ओ, सीओ 2, एनएच 3, नंबर 2, सीएच 4, फिनोल C6H5OH, ग्लूकोज सी 6 एच 12 ओ 6, इथेनॉल सी 2 एच 5 ओएच).
बदले में, सहसंयोजक बंधन में एक और संशोधन होता है।
बहुपरमाणुक आयनों और जटिल जैविक अणुओं में, दोनों इलेक्ट्रॉन केवल से ही आ सकते हैं एकपरमाणु. यह कहा जाता है दाताइलेक्ट्रॉन युग्म. वह परमाणु जो इलेक्ट्रॉनों की इस जोड़ी को दाता के साथ साझा करता है, कहलाता है हुंडी सकारनेवालाइलेक्ट्रॉन युग्म. इस प्रकार के सहसंयोजक बंधन को कहा जाता है समन्वय (दाता-स्वीकर्ता), यासंप्रदान कारक) संचार(चित्र 5)। इस प्रकार का बंधन जीव विज्ञान और चिकित्सा के लिए सबसे महत्वपूर्ण है, क्योंकि चयापचय के लिए सबसे महत्वपूर्ण डी-तत्वों का रसायन बड़े पैमाने पर समन्वय बांड द्वारा वर्णित है।
अंजीर। 5.
एक नियम के रूप में, एक जटिल यौगिक में धातु परमाणु एक इलेक्ट्रॉन युग्म के स्वीकर्ता के रूप में कार्य करता है; इसके विपरीत, आयनिक और सहसंयोजक बंधों में धातु परमाणु एक इलेक्ट्रॉन दाता होता है।
सहसंयोजक बंधन का सार और इसकी विविधता - समन्वय बंधन - को जीएन द्वारा प्रस्तावित एसिड और बेस के एक अन्य सिद्धांत की मदद से स्पष्ट किया जा सकता है। लुईस. उन्होंने ब्रोंस्टेड-लोरी सिद्धांत के अनुसार "अम्ल" और "क्षार" शब्दों की अर्थ संबंधी अवधारणा का कुछ हद तक विस्तार किया। लुईस का सिद्धांत जटिल आयनों के निर्माण की प्रकृति और न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं में, यानी सीएस के निर्माण में पदार्थों की भागीदारी की व्याख्या करता है।
लुईस के अनुसार, अम्ल एक ऐसा पदार्थ है जो किसी आधार से इलेक्ट्रॉन युग्म ग्रहण करके सहसंयोजक बंधन बनाने में सक्षम होता है। लुईस बेस एक ऐसा पदार्थ है जिसमें एक अकेला इलेक्ट्रॉन युग्म होता है, जो इलेक्ट्रॉन दान करके लुईस एसिड के साथ एक सहसंयोजक बंधन बनाता है।
अर्थात्, लुईस का सिद्धांत अम्ल-क्षार प्रतिक्रियाओं की सीमा को उन प्रतिक्रियाओं तक भी विस्तारित करता है जिनमें प्रोटॉन बिल्कुल भी भाग नहीं लेते हैं। इसके अलावा, इस सिद्धांत के अनुसार, प्रोटॉन स्वयं भी एक एसिड है, क्योंकि यह एक इलेक्ट्रॉन जोड़ी को स्वीकार करने में सक्षम है।
इसलिए, इस सिद्धांत के अनुसार, धनायन लुईस अम्ल हैं और ऋणायन लुईस क्षार हैं। एक उदाहरण निम्नलिखित प्रतिक्रियाएँ होंगी:
यह ऊपर उल्लेख किया गया था कि आयनिक और सहसंयोजक में पदार्थों का विभाजन सापेक्ष है, क्योंकि सहसंयोजक अणुओं में धातु परमाणुओं से स्वीकर्ता परमाणुओं तक पूर्ण इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण नहीं होता है। आयनिक बंधन वाले यौगिकों में, प्रत्येक आयन विपरीत चिह्न के आयनों के विद्युत क्षेत्र में होता है, इसलिए वे परस्पर ध्रुवीकृत होते हैं, और उनके गोले विकृत हो जाते हैं।
polarizabilityआयन की इलेक्ट्रॉनिक संरचना, आवेश और आकार द्वारा निर्धारित; आयनों के लिए यह धनायनों की तुलना में अधिक है। धनायनों के बीच उच्चतम ध्रुवीकरण क्षमता अधिक आवेश और छोटे आकार के धनायनों के लिए है, उदाहरण के लिए, एचजी 2+, सीडी 2+, पीबी 2+, अल 3+, टीएल 3+. एक मजबूत ध्रुवीकरण प्रभाव है एन+ . चूंकि आयन ध्रुवीकरण का प्रभाव दोतरफा होता है, इसलिए यह उनके द्वारा बनने वाले यौगिकों के गुणों को महत्वपूर्ण रूप से बदल देता है।
तीसरे प्रकार का कनेक्शन हैद्विध्रुवीय-द्विध्रुवीय कनेक्शन
सूचीबद्ध प्रकार के संचार के अलावा, द्विध्रुवीय-द्विध्रुवीय भी होते हैं आणविकअंतःक्रियाएँ भी कहा जाता है वान डर वाल्स .
इन अंतःक्रियाओं की ताकत अणुओं की प्रकृति पर निर्भर करती है।
अंतःक्रिया तीन प्रकार की होती है: स्थायी द्विध्रुव - स्थायी द्विध्रुव ( द्विध्रुवीय-द्विध्रुवीयआकर्षण); स्थायी द्विध्रुव - प्रेरित द्विध्रुव ( प्रेरणआकर्षण); तात्कालिक द्विध्रुव - प्रेरित द्विध्रुव ( फैलानेवालाआकर्षण, या लंदन बल; चावल। 6).
चावल। 6.
केवल ध्रुवीय सहसंयोजक बंध वाले अणुओं में द्विध्रुव-द्विध्रुव आघूर्ण होता है ( एचसीएल, एनएच 3, एसओ 2, एच 2 ओ, सी 6 एच 5 सीएल), और बंधन शक्ति 1-2 है देबया(1डी = 3.338 × 10‑30 कूलम्ब मीटर - सी × मी)।
जैव रसायन में एक अन्य प्रकार का संबंध होता है - हाइड्रोजन कनेक्शन जो एक सीमित मामला है द्विध्रुवीय-द्विध्रुवीयआकर्षण। यह बंधन हाइड्रोजन परमाणु और एक छोटे इलेक्ट्रोनगेटिव परमाणु, अक्सर ऑक्सीजन, फ्लोरीन और नाइट्रोजन के बीच आकर्षण से बनता है। समान इलेक्ट्रोनगेटिविटी वाले बड़े परमाणुओं (जैसे क्लोरीन और सल्फर) के साथ, हाइड्रोजन बंधन बहुत कमजोर होता है। हाइड्रोजन परमाणु को एक महत्वपूर्ण विशेषता से पहचाना जाता है: जब बंधनकारी इलेक्ट्रॉनों को दूर खींच लिया जाता है, तो इसका नाभिक - प्रोटॉन - उजागर हो जाता है और अब इलेक्ट्रॉनों द्वारा परिरक्षित नहीं होता है।
इसलिए, परमाणु एक बड़े द्विध्रुव में बदल जाता है।
वैन डेर वाल्स बांड के विपरीत, एक हाइड्रोजन बांड न केवल अंतर-आणविक अंतःक्रिया के दौरान बनता है, बल्कि एक अणु के भीतर भी बनता है - इंट्रामोलीक्युलरहाइड्रोजन बंध। हाइड्रोजन बांड जैव रसायन में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, उदाहरण के लिए, ए-हेलिक्स के रूप में प्रोटीन की संरचना को स्थिर करने के लिए, या डीएनए के दोहरे हेलिक्स के निर्माण के लिए (चित्र 7)।
चित्र 7.
हाइड्रोजन और वैन डेर वाल्स बंधन आयनिक, सहसंयोजक और समन्वय बंधन की तुलना में बहुत कमजोर हैं। अंतर-आणविक बंधों की ऊर्जा तालिका में दर्शाई गई है। 1.
तालिका नंबर एक।अंतरआण्विक बलों की ऊर्जा
टिप्पणी: अंतरआण्विक अंतःक्रिया की डिग्री पिघलने और वाष्पीकरण (उबलने) की एन्थैल्पी से परिलक्षित होती है। आयनिक यौगिकों को अणुओं को अलग करने की तुलना में आयनों को अलग करने के लिए काफी अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। आयनिक यौगिकों की पिघलने की एन्थैल्पी आणविक यौगिकों की तुलना में बहुत अधिक होती है।
कनेक्शन का चौथा प्रकार हैधातु कनेक्शन
अंत में, एक अन्य प्रकार का अंतर-आणविक बंधन है - धातु: धातु जाली के धनात्मक आयनों का मुक्त इलेक्ट्रॉनों के साथ संबंध। इस प्रकार का संबंध जैविक वस्तुओं में नहीं होता है।
बंधन प्रकारों की एक संक्षिप्त समीक्षा से, एक विवरण स्पष्ट हो जाता है: एक धातु परमाणु या आयन का एक महत्वपूर्ण पैरामीटर - एक इलेक्ट्रॉन दाता, साथ ही एक परमाणु - एक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता, इसका है आकार.
विवरण में जाने के बिना, हम ध्यान देते हैं कि परमाणुओं की सहसंयोजक त्रिज्या, धातुओं की आयनिक त्रिज्या और परस्पर क्रिया करने वाले अणुओं की वैन डेर वाल्स त्रिज्या बढ़ती है क्योंकि आवर्त सारणी के समूहों में उनकी परमाणु संख्या बढ़ती है। इस मामले में, आयन त्रिज्या का मान सबसे छोटा है, और वैन डेर वाल्स त्रिज्या सबसे बड़ा है। एक नियम के रूप में, समूह में नीचे जाने पर, सहसंयोजक और वैन डेर वाल्स दोनों, सभी तत्वों की त्रिज्या बढ़ जाती है।
जीवविज्ञानियों और चिकित्सकों के लिए सबसे अधिक महत्व हैं समन्वय(दाता स्वीकर्ता) समन्वय रसायन शास्त्र द्वारा विचारित बंधन।
मेडिकल बायोइनऑर्गेनिक्स। जी.के. बरशकोव
अध्याय 2. कार्बनिक यौगिकों में परमाणुओं का रासायनिक बंधन और पारस्परिक प्रभावअध्याय 2. कार्बनिक यौगिकों में परमाणुओं का रासायनिक बंधन और पारस्परिक प्रभाव
कार्बनिक यौगिकों के रासायनिक गुण रासायनिक बंधों के प्रकार, बंधे हुए परमाणुओं की प्रकृति और अणु में उनके पारस्परिक प्रभाव से निर्धारित होते हैं। ये कारक, बदले में, परमाणुओं की इलेक्ट्रॉनिक संरचना और उनके परमाणु कक्षाओं की परस्पर क्रिया से निर्धारित होते हैं।
2.1. कार्बन परमाणु की इलेक्ट्रॉनिक संरचना
परमाणु अंतरिक्ष का वह भाग जिसमें इलेक्ट्रॉन मिलने की संभावना अधिकतम होती है, परमाणु कक्षक (AO) कहलाता है।
रसायन विज्ञान में, कार्बन परमाणु और अन्य तत्वों की संकर कक्षाओं की अवधारणा का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। ऑर्बिटल्स की पुनर्व्यवस्था का वर्णन करने के तरीके के रूप में संकरण की अवधारणा तब आवश्यक होती है जब किसी परमाणु की जमीनी अवस्था में अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की संख्या गठित बांडों की संख्या से कम होती है। एक उदाहरण कार्बन परमाणु है, जो सभी यौगिकों में खुद को एक टेट्रावेलेंट तत्व के रूप में प्रकट करता है, लेकिन ऑर्बिटल्स को भरने के नियमों के अनुसार, जमीनी अवस्था 1s 2 2s 2 2p 2 में इसके बाहरी इलेक्ट्रॉनिक स्तर में केवल दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं (चित्र)। 2.1, एऔर परिशिष्ट 2-1). इन मामलों में, यह माना जाता है कि ऊर्जा में समान विभिन्न परमाणु कक्षाएँ, एक दूसरे के साथ मिश्रित हो सकती हैं, जिससे समान आकार और ऊर्जा की संकर कक्षाएँ बन सकती हैं।
हाइब्रिडाइज्ड ऑर्बिटल्स, अधिक ओवरलैप के कारण, गैर-हाइब्रिडाइज्ड ऑर्बिटल्स की तुलना में मजबूत बंधन बनाते हैं।
संकरण में प्रवेश कर चुके 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 की कक्षाओं पर इलेक्ट्रॉनों का वितरण (ए), उत्तेजित (बी) और संकरित अवस्था (सी - एसपी3, जी-sp2, डी-एसपी)
संकरण (चित्र 2.1, सी-डी देखें)। संकरण का प्रकार अंतरिक्ष में संकर एओ के अभिविन्यास को निर्धारित करता है और, परिणामस्वरूप, अणुओं की ज्यामिति, यानी, उनकी स्थानिक संरचना।
अणुओं की स्थानिक संरचना अंतरिक्ष में परमाणुओं और परमाणु समूहों की सापेक्ष व्यवस्था है।
एसपी 3-संकरण.जब एक उत्तेजित कार्बन परमाणु के चार बाहरी एओ (चित्र 2.1, बी देखें) - एक 2s और तीन 2p ऑर्बिटल्स - मिश्रित होते हैं, तो चार समकक्ष एसपी 3 हाइब्रिड ऑर्बिटल्स उत्पन्न होते 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 यह अवस्था संतृप्त हाइड्रोकार्बन (अल्केन्स) में और तदनुसार, एल्काइल रेडिकल्स में कार्बन परमाणुओं की विशेषता है।
आपसी प्रतिकर्षण के कारण, एसपी 3-हाइब्रिड एओ अंतरिक्ष में शीर्षों की ओर निर्देशित होते हैं चतुष्फलक,और उनके बीच का कोण 109.5 है? (सबसे लाभप्रद स्थान; चित्र 2.2, ए)।
स्थानिक संरचना को स्टीरियोकेमिकल सूत्रों का उपयोग करके दर्शाया गया है। इन सूत्रों में, एसपी 3-संकरित कार्बन परमाणु और उसके दो बंधनों को ड्राइंग के विमान में रखा गया है और ग्राफिक रूप से एक नियमित रेखा द्वारा दर्शाया गया है। एक मोटी रेखा या मोटी कील ड्राइंग के तल से आगे की ओर बढ़ते हुए और पर्यवेक्षक की ओर निर्देशित एक कनेक्शन को इंगित करती है; बिंदीदार रेखा या छायांकित पच्चर (..........) - ड्राइंग के विमान से परे पर्यवेक्षक से फैला हुआ एक कनेक्शन -
चावल। 2.2.कार्बन परमाणु संकरण के प्रकार. केंद्र में बिंदु परमाणु का नाभिक है (चित्र को सरल बनाने के लिए हाइब्रिड ऑर्बिटल्स के छोटे अंश छोड़े गए हैं; गैर-हाइब्रिडाइज्ड पी-एओ को रंग में दिखाया गया है)
महिला (चित्र 2.3, ए)। कार्बन परमाणु अवस्था में है एसपी 3-संकरण में चतुष्फलकीय विन्यास होता है।
एसपी 2-संकरण.एक को मिलाते समय 2s-और एक उत्तेजित कार्बन परमाणु के दो 2p-AO, तीन समतुल्य बनते हैं एसपी 2-हाइब्रिड ऑर्बिटल्स और अनहाइब्रिडाइज्ड 2p-AO रहता है। कार्बन परमाणु अवस्था में है एसपी 2-संकरण का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास 1s 2 2(sp 2) 3 2p 1 है (चित्र 2.1, d देखें)। कार्बन परमाणु संकरण की यह स्थिति असंतृप्त हाइड्रोकार्बन (एल्कीन) के साथ-साथ कुछ कार्यात्मक समूहों, जैसे कार्बोनिल और कार्बोक्सिल के लिए विशिष्ट है।
एसपी 2 -हाइब्रिडाइज्ड ऑर्बिटल्स 120 के कोण पर एक ही विमान में स्थित हैं, और गैर-हाइब्रिडाइज्ड एओ एक लंबवत विमान में है (चित्र 2.2, बी देखें)। कार्बन परमाणु अवस्था में है एसपी 2-संकरण है त्रिकोणीय विन्यास.दोहरे बंधन से जुड़े कार्बन परमाणु चित्र के तल में हैं, और पर्यवेक्षक की ओर और दूर निर्देशित उनके एकल बंधन ऊपर वर्णित अनुसार निर्दिष्ट हैं (चित्र 2.3 देखें)। बी)।
एसपी-संकरण।जब एक उत्तेजित कार्बन परमाणु के एक 2s- और एक 2p-ऑर्बिटल्स को मिलाया जाता है, तो दो समतुल्य एसपी-हाइब्रिड एओ बनते हैं, और दो पी-एओ अनहाइब्रिड रहते हैं। एसपी-संकरित अवस्था में कार्बन परमाणु का एक इलेक्ट्रॉनिक विन्यास होता है
चावल। 2.3.मीथेन (ए), ईथेन (बी) और एसिटिलीन (सी) के स्टीरियोकेमिकल सूत्र
1एस 2 2(एसपी 2) 2 2पी 2 (चित्र 2.1, डी देखें)। कार्बन परमाणु के संकरण की यह अवस्था उन यौगिकों में होती है जिनमें ट्रिपल बॉन्ड होता है, उदाहरण के लिए, एल्काइन और नाइट्राइल में।
एसपी-हाइब्रिडाइज्ड ऑर्बिटल्स 180 डिग्री के कोण पर स्थित हैं, और दो गैर-हाइब्रिडाइज्ड एओ परस्पर लंबवत विमानों में स्थित हैं (चित्र 2.2, सी देखें)। कार्बन परमाणु एसपी-संकरित अवस्था में है रैखिक विन्यासउदाहरण के लिए, एक एसिटिलीन अणु में, सभी चार परमाणु एक ही सीधी रेखा पर हैं (चित्र 2.3 देखें)। वी).
अन्य कार्बनिक 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।
सहसंयोजक बंधन एक रासायनिक बंधन है जो बंधे हुए परमाणुओं के बीच इलेक्ट्रॉनों के बंटवारे के परिणामस्वरूप बनता है।
ये साझा इलेक्ट्रॉन आणविक कक्षा (एमओ) पर कब्जा कर लेते हैं। एक नियम के रूप में, एक MO एक बहुकेंद्रीय कक्षक है और इसे भरने वाले इलेक्ट्रॉनों को डेलोकलाइज़्ड (फैला हुआ) किया जाता है। इस प्रकार, एक एमओ, एक एओ की तरह, खाली हो सकता है, एक इलेक्ट्रॉन या विपरीत स्पिन वाले दो इलेक्ट्रॉनों से भरा जा सकता है*।
2.2.1. σ- औरπ -सम्बन्ध
सहसंयोजक बंधन दो प्रकार के होते हैं: σ (सिग्मा) और π (pi) बंधन।
σ-बंध एक सहसंयोजक बंधन है जो तब बनता है जब एक एओ इस सीधी रेखा पर अधिकतम ओवरलैप के साथ दो बंधे हुए परमाणुओं के नाभिक को जोड़ने वाली एक सीधी रेखा (अक्ष) के साथ ओवरलैप होता है।
σ-बॉन्ड तब होता है जब हाइब्रिड वाले सहित कोई भी एओ ओवरलैप होता है। चित्र 2.4 कार्बन के हाइब्रिड एसपी 3-एओ और हाइड्रोजन के एस-एओ को ओवरलैप करके उनके हाइब्रिड एसपी 3-एओ और σ सी-एच बांड के अक्षीय ओवरलैप के परिणामस्वरूप कार्बन परमाणुओं के बीच एक σ बंधन के गठन को दर्शाता है।
* अधिक जानकारी के लिए देखें: पोपकोव वी.ए., पुजाकोव एस.ए.सामान्य रसायन शास्त्र। - एम.: जियोटार-मीडिया, 2007. - अध्याय 1।
चावल। 2.4.एओ के अक्षीय ओवरलैप द्वारा ईथेन में σ बांड का निर्माण (हाइब्रिड ऑर्बिटल्स के छोटे अंश छोड़े गए हैं और रंग में दिखाए गए हैं) एसपी 3-एओकार्बन, काला - एस-एओ हाइड्रोजन)
अक्षीय ओवरलैप के अलावा, एक अन्य प्रकार का ओवरलैप संभव है - पी-एओ का पार्श्व ओवरलैप, जिससे π बांड का निर्माण होता है (चित्र 2.5)।
पी-परमाणु कक्षाएँ
चावल। 2.5.पार्श्व ओवरलैप द्वारा एथिलीन में π बंधन का निर्माण आर-एओ
π-आबंध परमाणुओं के नाभिक को जोड़ने वाली सीधी रेखा के दोनों किनारों पर अधिकतम ओवरलैप के साथ असंकरित पी-एओ के पार्श्व ओवरलैप द्वारा गठित एक बंधन है।
कार्बनिक यौगिकों में पाए जाने वाले एकाधिक बंधन σ- और π-बंधों का एक संयोजन हैं: डबल - एक σ- और एक π-, ट्रिपल - एक σ- और दो π-बंध।
सहसंयोजक बंधन के गुणों को ऊर्जा, लंबाई, ध्रुवता और ध्रुवीकरण जैसी विशेषताओं के माध्यम से व्यक्त किया जाता है।
संचार ऊर्जावह ऊर्जा है जो तब निकलती है जब एक बंधन बनता है या दो बंधे हुए परमाणुओं को अलग करने के लिए आवश्यक होता है। यह बंधन की ताकत के माप के रूप में कार्य करता है: ऊर्जा जितनी अधिक होगी, बंधन उतना ही मजबूत होगा (तालिका 2.1)।
लिंक की लंबाईबंधित परमाणुओं के केंद्रों के बीच की दूरी है। एक दोहरा बंधन एकल बंधन से छोटा होता है, और एक ट्रिपल बंधन दोहरे बंधन 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 बुनियादी विशेषताएँ
जैसे-जैसे हाइब्रिड ऑर्बिटल में एस ऑर्बिटल का अंश बढ़ता है, बॉन्ड की लंबाई कम होती जाती है। उदाहरण के लिए, यौगिकों की एक श्रृंखला में प्रोपेन सीएच 3 सीएच 2 सीएच 3, प्रोपेन सीएच 3 सीएच=सीएच 2, प्रोपेन सीएच 3 सी=सीएच बांड लंबाई सीएच 3 -सी तदनुसार 0.154 के बराबर है; 0.150 और 0.146 एनएम.
संचार ध्रुवता इलेक्ट्रॉन घनत्व के असमान वितरण (ध्रुवीकरण) के कारण। किसी अणु की ध्रुवता उसके द्विध्रुव आघूर्ण के मान से निर्धारित की जाती है। एक अणु के द्विध्रुव क्षणों से, व्यक्तिगत बंधों के द्विध्रुव क्षणों की गणना की जा सकती है (तालिका 2.1 देखें)। द्विध्रुव आघूर्ण जितना बड़ा होगा, बंधन उतना ही अधिक ध्रुवीय होगा। बंध ध्रुवीयता का कारण बंधित परमाणुओं की विद्युत ऋणात्मकता में अंतर है।
वैद्युतीयऋणात्मकता एक अणु में एक परमाणु की वैलेंस इलेक्ट्रॉनों को धारण करने की क्षमता को दर्शाता है। जैसे-जैसे किसी परमाणु की इलेक्ट्रोनगेटिविटी बढ़ती है, उसकी दिशा में बंधन इलेक्ट्रॉनों के विस्थापन की डिग्री बढ़ जाती है।
बंधन ऊर्जा के मूल्यों के आधार पर, अमेरिकी रसायनज्ञ एल. पॉलिंग (1901-1994) ने परमाणुओं की सापेक्ष इलेक्ट्रोनगेटिविटी (पॉलिंग स्केल) की एक मात्रात्मक विशेषता प्रस्तावित की। इस पैमाने (श्रृंखला) में, विशिष्ट ऑर्गेनोजेन तत्वों को सापेक्ष इलेक्ट्रोनगेटिविटी (तुलना के लिए दो धातुएं दी गई हैं) के अनुसार निम्नानुसार व्यवस्थित किया जाता है:
इलेक्ट्रोनगेटिविटी किसी तत्व का पूर्ण स्थिरांक नहीं है। यह नाभिक के प्रभावी आवेश, एओ संकरण के प्रकार और प्रतिस्थापकों के प्रभाव पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, sp 2 या sp संकरण अवस्था में कार्बन परमाणु की इलेक्ट्रोनगेटिविटी sp 3 संकरण अवस्था की तुलना में अधिक होती है, जो संकर कक्षक में s कक्षक के अनुपात में वृद्धि से जुड़ी होती है। परमाणुओं के एसपी 3 से एसपी 2 तक और आगे तक संक्रमण के दौरान एसपी-संकरित अवस्था में, संकर कक्षक की सीमा धीरे-धीरे कम हो जाती है (विशेषकर उस दिशा में जो σ बंधन के निर्माण के दौरान सबसे बड़ा ओवरलैप प्रदान करती है), जिसका अर्थ है कि उसी क्रम में अधिकतम इलेक्ट्रॉन घनत्व नाभिक के करीब और करीब स्थित होता है संगत परमाणु का.
गैर-ध्रुवीय या व्यावहारिक रूप से गैर-ध्रुवीय सहसंयोजक बंधन के मामले में, बंधे हुए परमाणुओं की इलेक्ट्रोनगेटिविटी में अंतर शून्य या शून्य के करीब होता है। जैसे-जैसे इलेक्ट्रोनगेटिविटी में अंतर बढ़ता है, बंधन की ध्रुवता बढ़ती है। 0.4 तक के अंतर को कमजोर ध्रुवीय कहा जाता है, 0.5 से अधिक एक दृढ़ता से ध्रुवीय सहसंयोजक बंधन है, और 2.0 से अधिक एक आयनिक बंधन है। ध्रुवीय सहसंयोजक बंधनों में हेटरोलिटिक दरार होने का खतरा होता है
(3.1.1 देखें)।
बंधन ध्रुवीकरण किसी अन्य प्रतिक्रियाशील कण सहित बाहरी विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में बंधन इलेक्ट्रॉनों के विस्थापन में व्यक्त किया जाता है। ध्रुवीकरण क्षमता इलेक्ट्रॉन गतिशीलता द्वारा निर्धारित होती है। इलेक्ट्रॉन परमाणुओं के नाभिक से जितने दूर होते हैं, उतने ही अधिक गतिशील होते हैं। ध्रुवीकरण के संदर्भ में, π बांड, σ बांड से काफी बेहतर है, क्योंकि π बांड का अधिकतम इलेक्ट्रॉन घनत्व बंधे हुए नाभिक से आगे स्थित है। ध्रुवीकरण बड़े पैमाने पर ध्रुवीय अभिकर्मकों के प्रति अणुओं की प्रतिक्रियाशीलता को निर्धारित करता है।
2.2.2. दाता-स्वीकर्ता बांड
दो एक-इलेक्ट्रॉन एओ का ओवरलैप सहसंयोजक बंधन बनाने का एकमात्र तरीका नहीं है। एक परमाणु (दाता) के दो-इलेक्ट्रॉन कक्षक की दूसरे परमाणु (स्वीकर्ता) के रिक्त कक्षक के साथ परस्पर क्रिया से सहसंयोजक बंधन बन सकता है। दाता ऐसे यौगिक होते हैं जिनमें इलेक्ट्रॉनों की एक अकेली जोड़ी या π-MO वाले ऑर्बिटल्स होते हैं। इलेक्ट्रॉनों के एकाकी जोड़े के वाहक (एन-इलेक्ट्रॉन, अंग्रेजी से)। गैर-बंधन)नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, हैलोजन के परमाणु हैं।
यौगिकों के रासायनिक गुणों की अभिव्यक्ति में इलेक्ट्रॉनों के एकाकी जोड़े महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। विशेष रूप से, वे दाता-स्वीकर्ता इंटरैक्शन में प्रवेश करने के लिए यौगिकों की क्षमता के लिए ज़िम्मेदार हैं।
किसी एक बंधन भागीदार से इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी द्वारा गठित सहसंयोजक बंधन को दाता-स्वीकर्ता कहा जाता है।
परिणामी दाता-स्वीकर्ता बंधन केवल गठन की विधि में भिन्न होता है; इसके गुण अन्य सहसंयोजक बंधों के समान हैं। इस प्रकार दाता परमाणु एक धनात्मक आवेश प्राप्त कर लेता है।
दाता-स्वीकर्ता बांड जटिल यौगिकों की विशेषता हैं।
2.2.3. हाइड्रोजन बांड
एक प्रबल विद्युत ऋणात्मक तत्व (नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, फ्लोरीन, आदि) से बंधा हुआ हाइड्रोजन परमाणु उसी या किसी अन्य अणु के पर्याप्त रूप से विद्युत ऋणात्मक परमाणु के इलेक्ट्रॉनों के एकाकी जोड़े के साथ बातचीत करने में सक्षम होता है। परिणामस्वरूप, एक हाइड्रोजन बंधन उत्पन्न होता है, जो एक प्रकार का दाता बंधन है।
स्वीकर्ता बंधन. ग्राफ़िक रूप से, एक 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 होती है।
अंतर-आणविक हाइड्रोजन बांड अल्कोहल जैसे कार्बनिक यौगिकों के जुड़ाव को निर्धारित करते हैं।
हाइड्रोजन बांड यौगिकों के भौतिक (क्वथनांक और पिघलने बिंदु, चिपचिपापन, वर्णक्रमीय विशेषताओं) और रासायनिक (एसिड-बेस) गुणों को प्रभावित करते हैं। इस प्रकार, इथेनॉल का क्वथनांक C है 2 एच 5 OH (78.3°C) डाइमिथाइल ईथर CH 3 OCH 3 (-24°C) से काफी अधिक है, जिसका आणविक भार समान है और यह हाइड्रोजन बांड के माध्यम से जुड़ा नहीं है।
हाइड्रोजन बांड इंट्रामोल्युलर भी हो सकते हैं। सैलिसिलिक एसिड आयन में यह बंधन इसकी अम्लता में वृद्धि का कारण बनता है।
हाइड्रोजन बांड उच्च-आणविक यौगिकों - प्रोटीन, पॉलीसेकेराइड, न्यूक्लिक एसिड की स्थानिक संरचना के निर्माण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
2.3. संयुग्म प्रणालियां
एक सहसंयोजक बंधन को स्थानीयकृत या विस्थानीकृत किया जा सकता है। एक स्थानीयकृत बंधन वह होता है जिसके इलेक्ट्रॉन वास्तव में बंधे हुए परमाणुओं के दो नाभिकों के बीच साझा होते हैं। यदि आबंधन इलेक्ट्रॉनों को दो से अधिक नाभिकों के बीच साझा किया जाता है, तो वे एक डेलोकलाइज्ड बंधन की बात करते हैं।
एक डेलोकलाइज्ड बॉन्ड एक सहसंयोजक बंधन होता है जिसका आणविक कक्षक दो से अधिक परमाणुओं तक फैला होता है।
डेलोकलाइज्ड बॉन्ड ज्यादातर मामलों में π बॉन्ड होते हैं। वे युग्मित प्रणालियों की विशेषता हैं। इन प्रणालियों में, परमाणुओं का एक विशेष प्रकार का पारस्परिक प्रभाव होता है - संयुग्मन।
संयुग्मन (मेसोमेरिज्म, ग्रीक से। मेसोस- औसत) एक आदर्श, लेकिन गैर-मौजूद संरचना की तुलना में एक वास्तविक अणु (कण) में बंधों और आवेशों का संरेखण है।
संयुग्मन में शामिल डेलोकलाइज्ड पी-ऑर्बिटल्स या तो दो या दो से अधिक π-बॉन्ड, या एक π-बॉन्ड और पी-ऑर्बिटल के साथ एक परमाणु से संबंधित हो सकते हैं। इसके अनुसार, π,π-संयुग्मन और ρ,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 हेटरोएटम भी होते हैं।
2.3.1. ओपन सर्किट सिस्टम
π,π -जोड़ना.कार्बन श्रृंखला के साथ π,π-संयुग्मित प्रणालियों का सबसे सरल प्रतिनिधि ब्यूटाडीन-1,3 है (चित्र 2.6, ए)। कार्बन और हाइड्रोजन परमाणु और, परिणामस्वरूप, इसके अणु में सभी σ बंधन एक ही तल में स्थित होते हैं, जिससे एक सपाट σ कंकाल बनता है। कार्बन परमाणु sp 2 संकरण की स्थिति में हैं। प्रत्येक कार्बन परमाणु के असंकरित पी-एओ σ-कंकाल के तल के लंबवत और एक दूसरे के समानांतर स्थित होते हैं, जो उनके ओवरलैप के लिए एक आवश्यक शर्त है। ओवरलैप न केवल परमाणुओं सी-1 और सी-2, सी-3 और सी-4 के पी-एओ के बीच होता है, बल्कि परमाणु सी-2 और सी-3 के पी-एओ के बीच भी होता है, जिसके परिणामस्वरूप एकल π का निर्माण होता है। चार कार्बन परमाणुओं-प्रणाली को कवर करते हुए, यानी, एक डेलोकलाइज्ड सहसंयोजक बंधन दिखाई देता 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। 1,3-ब्यूटाडाइन में C-1-C-2 के साथ-साथ C-3-C-4 बॉन्ड की लंबाई थोड़ी बढ़ जाती है, और C-2 और C-3 के बीच की दूरी पारंपरिक डबल और की तुलना में कम हो जाती है। एकल बांड. दूसरे शब्दों में, इलेक्ट्रॉन डेलोकलाइज़ेशन की प्रक्रिया से बांड की लंबाई बराबर हो जाती है।
बड़ी संख्या में संयुग्मित दोहरे बंधन वाले हाइड्रोकार्बन पौधे जगत में आम हैं। इनमें शामिल हैं, उदाहरण के लिए, कैरोटीन, जो गाजर, टमाटर आदि का रंग निर्धारित करते हैं।
एक खुली संयुग्मन प्रणाली में हेटरोएटम भी शामिल हो सकते हैं। खुले का एक उदाहरण श्रृंखला में हेटेरोएटम के साथ π,π-संयुग्मित प्रणालियाँα,β-असंतृप्त कार्बोनिल यौगिक काम कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, एक्रोलिन सीएच में एल्डिहाइड समूह 2 =CH-CH=O तीन एसपी 2-संकरित कार्बन परमाणुओं और एक ऑक्सीजन परमाणु की संयुग्मन श्रृंखला में भागीदार है। इनमें से प्रत्येक परमाणु एकल π-प्रणाली में एक पी-इलेक्ट्रॉन का योगदान देता है।
पीएन-युग्मन।इस प्रकार का संयुग्मन अक्सर संरचनात्मक टुकड़े -CH=CH-X वाले यौगिकों में होता है, जहां X एक हेटेरोएटम है जिसमें इलेक्ट्रॉनों की एक अकेली जोड़ी होती है (मुख्य रूप से O या N)। इनमें शामिल हैं, उदाहरण के लिए, विनाइल ईथर, जिनके अणुओं में दोहरा बंधन संयुग्मित होता है आर-ऑक्सीजन परमाणु का कक्षक। दो पी-एओ एसपी 2-हाइब्रिडाइज्ड कार्बन परमाणुओं और एक को ओवरलैप करके एक डेलोकलाइज्ड तीन-केंद्र बंधन बनता है आरएन-इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी के साथ एक हेटरोएटम का एओ।
एक समान डेलोकलाइज्ड तीन-केंद्र बंधन का निर्माण कार्बोक्सिल समूह में होता है। यहां, C=O बांड के π-इलेक्ट्रॉन और OH समूह के ऑक्सीजन परमाणु के n-इलेक्ट्रॉन संयुग्मन में भाग लेते हैं। पूरी तरह से संरेखित बंधनों और आवेशों वाली संयुग्मित प्रणालियों में नकारात्मक रूप से आवेशित प्रजातियाँ शामिल हैं, जैसे एसीटेट आयन।
इलेक्ट्रॉन घनत्व बदलाव की दिशा एक घुमावदार तीर द्वारा इंगित की जाती है।
युग्मन परिणाम प्रदर्शित करने के अन्य ग्राफिकल तरीके हैं। इस प्रकार, एसीटेट आयन (I) की संरचना मानती है कि चार्ज दोनों ऑक्सीजन परमाणुओं पर समान रूप से वितरित है (जैसा कि चित्र 2.7 में दिखाया गया है, जो सच है)।
संरचनाएं (II) और (III) का उपयोग किया जाता है अनुनाद सिद्धांत.इस सिद्धांत के अनुसार, एक वास्तविक अणु या कण को कुछ तथाकथित अनुनाद संरचनाओं के एक सेट द्वारा वर्णित किया जाता है, जो केवल इलेक्ट्रॉनों के वितरण में एक दूसरे से भिन्न होते हैं। संयुग्मित प्रणालियों में, अनुनाद संकर में मुख्य योगदान π-इलेक्ट्रॉन घनत्व के विभिन्न वितरण वाली 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। हालाँकि, एक डिग्री या किसी अन्य तक, वे एक अणु (कण) में इलेक्ट्रॉन घनत्व के वास्तविक वितरण में "योगदान" करते हैं, जिसे सीमित संरचनाओं के सुपरपोजिशन द्वारा प्राप्त एक गुंजयमान संकर के रूप में दर्शाया जाता है।
कार्बन श्रृंखला के साथ ρ,π-संयुग्मित प्रणालियों में, संयुग्मन तब हो सकता है यदि π बंधन के बगल में गैर-संकरित पी-ऑर्बिटल के साथ एक कार्बन परमाणु हो। ऐसी प्रणालियाँ मध्यवर्ती कण हो सकती हैं - कार्बोनियन, कार्बोकेशन, मुक्त कण, उदाहरण के लिए, एक एलिलिक संरचना के साथ। मुक्त कण एलिलिक अंश लिपिड पेरोक्सीडेशन की प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
एलिल आयन सीएच 2 =सीएच-सीएच 2 में एसपी 2 -संकरित कार्बन परमाणु सी-3 सामान्य संयुग्म को आपूर्ति करता है
चावल। 2.7.पेनिसिलिन में COONa समूह का इलेक्ट्रॉन घनत्व मानचित्र
एलिलिक रेडिकल सीएच में सिस्टम दो इलेक्ट्रॉन 2 =सीएच-सीएच 2+ - एक, और एलिलिक कार्बोकेशन सीएच में 2 =सीएच-सीएच 2+ कोई आपूर्ति नहीं करता. परिणामस्वरूप, जब तीन एसपी 2-संकरित कार्बन परमाणुओं का पी-एओ ओवरलैप होता है, तो एक डेलोकलाइज्ड तीन-केंद्र बंधन बनता है जिसमें चार (कार्बनियन में), तीन (मुक्त रेडिकल में) और दो (कार्बोकेशन में) इलेक्ट्रॉन होते हैं। , क्रमश।
औपचारिक रूप से, एलिल धनायन में C-3 परमाणु एक सकारात्मक चार्ज रखता है, एलिल रेडिकल में यह एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन रखता है, और एलिल आयन में यह एक नकारात्मक चार्ज रखता है। वास्तव में, ऐसी संयुग्मित प्रणालियों में इलेक्ट्रॉन घनत्व का डेलोकलाइज़ेशन (फैलाव) होता है, जिससे बांड और चार्ज का संरेखण होता है। इन प्रणालियों में C-1 और C-3 परमाणु समतुल्य हैं। उदाहरण के लिए, एक एलिल धनायन में, उनमें से प्रत्येक पर धनात्मक आवेश होता है+1/2 और सी-2 परमाणु से डेढ़ बंधन द्वारा जुड़ा हुआ है।
इस प्रकार, संयुग्मन के परिणामस्वरूप पारंपरिक संरचना सूत्रों द्वारा चित्रित संरचनाओं की तुलना में वास्तविक संरचनाओं में इलेक्ट्रॉन घनत्व वितरण में महत्वपूर्ण अंतर होता है।
2.3.2. बंद-लूप सिस्टम
संयुग्मित खुली प्रणालियों की तुलना में बढ़ी हुई थर्मोडायनामिक स्थिरता वाले यौगिकों के समूह के रूप में चक्रीय संयुग्मित प्रणालियाँ बहुत रुचि रखती हैं। इन यौगिकों में अन्य विशेष गुण भी होते हैं, जिनकी समग्रता सामान्य अवधारणा से एकजुट होती है सुगंधि.इनमें ऐसे औपचारिक रूप से असंतृप्त यौगिकों की क्षमता शामिल है
ऑक्सीकरण एजेंटों और तापमान के प्रतिरोध, जोड़ के बजाय प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं में संलग्न होना।
सुगंधित प्रणालियों के विशिष्ट प्रतिनिधि एरेन्स और उनके डेरिवेटिव हैं। सुगंधित हाइड्रोकार्बन की इलेक्ट्रॉनिक संरचना की ख़ासियतें बेंजीन अणु के परमाणु कक्षीय मॉडल में स्पष्ट रूप से प्रकट होती हैं। बेंजीन ढांचा छह एसपी 2-संकरित कार्बन परमाणुओं द्वारा बनता है। सभी σ बांड (सी-सी और सी-एच) एक ही तल में स्थित हैं। छह असंकरित पी-एओ अणु के तल के लंबवत और एक दूसरे के समानांतर स्थित हैं (चित्र 2.8, ए)। प्रत्येक आर-एओ दो पड़ोसी लोगों के साथ समान रूप से ओवरलैप हो सकता है आर-एओ. इस तरह के ओवरलैप के परिणामस्वरूप, एक एकल डेलोकलाइज्ड π-प्रणाली उत्पन्न होती है, जिसमें उच्चतम इलेक्ट्रॉन घनत्व σ-कंकाल के विमान के ऊपर और नीचे स्थित होता है और चक्र के सभी कार्बन परमाणुओं को कवर करता है (चित्र 2.8, बी देखें) . π-इलेक्ट्रॉन घनत्व पूरे चक्रीय तंत्र में समान रूप से वितरित होता है, जिसे चक्र के अंदर एक वृत्त या बिंदीदार रेखा द्वारा दर्शाया जाता है (चित्र 2.8, सी देखें)। बेंजीन रिंग में कार्बन परमाणुओं के बीच सभी बांडों की लंबाई समान (0.139 एनएम) होती है, जो सिंगल और डबल बांड की लंबाई के बीच मध्यवर्ती होती है।
क्वांटम यांत्रिक गणना के आधार पर, यह स्थापित किया गया था कि ऐसे स्थिर अणुओं के निर्माण के लिए, एक सपाट चक्रीय प्रणाली में (4n + 2) π-इलेक्ट्रॉन होने चाहिए, जहां एन= 1, 2, 3, आदि (हुकेल का नियम, 1931)। इन आंकड़ों को ध्यान में रखते हुए, "सुगंधितता" की अवधारणा को निर्दिष्ट किया जा सकता है।
एक यौगिक सुगंधित होता है यदि उसमें एक तलीय वलय और एक संयुग्म होπ -इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली चक्र के सभी परमाणुओं को कवर करती है और युक्त होती है(4एन+2) π-इलेक्ट्रॉन।
हकल का नियम किसी भी समतल संघनित प्रणाली पर लागू होता है जिसमें से अधिक द्वारा साझा किए गए परमाणु नहीं होते हैं
चावल। 2.8.बेंजीन अणु का परमाणु कक्षीय मॉडल (हाइड्रोजन परमाणु छोड़े गए; पाठ में स्पष्टीकरण)
दो चक्र. संघनित बेंजीन रिंग वाले यौगिक, जैसे नेफ़थलीन और अन्य, सुगंधितता के मानदंडों को पूरा करते हैं।
युग्मित प्रणालियों की स्थिरता. एक संयुग्मित और विशेष रूप से सुगंधित प्रणाली का निर्माण एक ऊर्जावान रूप से अनुकूल प्रक्रिया है, क्योंकि इससे ऑर्बिटल्स के ओवरलैप 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 आंतरिक ऊर्जा की कम आपूर्ति होती है और जमीनी अवस्था में वे गैर-संयुग्मित प्रणालियों की तुलना में कम ऊर्जा स्तर पर रहते हैं। इन स्तरों के बीच के अंतर से, संयुग्मित यौगिक की थर्मोडायनामिक स्थिरता की मात्रा निर्धारित की जा सकती है, अर्थात, इसकी संयुग्मन ऊर्जा(डेलोकलाइज़ेशन ऊर्जा)। ब्यूटाडीन-1,3 के लिए यह छोटा है और इसकी मात्रा लगभग 15 kJ/mol है। जैसे-जैसे संयुग्मित श्रृंखला की लंबाई बढ़ती है, संयुग्मन ऊर्जा और, तदनुसार, यौगिकों की थर्मोडायनामिक स्थिरता बढ़ती है। बेंजीन के लिए संयुग्मन ऊर्जा बहुत अधिक है और इसकी मात्रा 150 kJ/mol है।
2.4. प्रतिस्थापकों के इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव 2.4.1. प्रेरक प्रभाव
एक अणु में एक ध्रुवीय σ बंधन आस-पास के σ बांड के ध्रुवीकरण का कारण बनता है और पड़ोसी परमाणुओं पर आंशिक आवेश की उपस्थिति की ओर जाता है*।
प्रतिस्थापन न केवल अपने स्वयं के, बल्कि पड़ोसी σ-बंधों के भी ध्रुवीकरण का कारण बनते हैं। परमाणुओं के प्रभाव के इस प्रकार के स्थानांतरण को आगमनात्मक प्रभाव (/-प्रभाव) कहा जाता है।
आगमनात्मक प्रभाव σ बांड के इलेक्ट्रॉनों के विस्थापन के परिणामस्वरूप प्रतिस्थापन के इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव का स्थानांतरण है।
σ बांड की कमजोर ध्रुवीकरण क्षमता के कारण, सर्किट में तीन या चार बांड के बाद आगमनात्मक प्रभाव फीका पड़ जाता है। इसका प्रभाव स्थानापन्न वाले कार्बन परमाणु के निकटवर्ती कार्बन परमाणु के संबंध में सबसे अधिक स्पष्ट होता है। प्रतिस्थापक के आगमनात्मक प्रभाव की दिशा का गुणात्मक मूल्यांकन हाइड्रोजन परमाणु से तुलना करके किया जाता है, जिसका प्रेरक प्रभाव शून्य माना जाता है। ग्राफ़िक रूप से, /-प्रभाव का परिणाम वैलेंस रेखा की स्थिति के साथ मेल खाने वाले और अधिक विद्युत ऋणात्मक परमाणु की ओर इशारा करते हुए एक तीर द्वारा दर्शाया जाता है।
/वी\हाइड्रोजन परमाणु से अधिक 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, कूह, संख्या 2 और धनायनित समूह, उदाहरण के लिए -NH 3+.
एक पदार्थ जो हाइड्रोजन परमाणु की तुलना में इलेक्ट्रॉन घनत्व को बदलता हैσ -श्रृंखला के कार्बन परमाणु की ओर बंधता है, प्रदर्शित करता हैसकारात्मकआगमनात्मक प्रभाव (+/- प्रभाव).
ऐसे प्रतिस्थापन श्रृंखला (या रिंग) में इलेक्ट्रॉन घनत्व को बढ़ाते हैं और कहलाते हैं इलेक्ट्रॉन दाता.इनमें एसपी 2-संकरित कार्बन परमाणु पर स्थित एल्काइल समूह और आवेशित कणों में आयनिक केंद्र शामिल हैं, उदाहरण के लिए -ओ -।
2.4.2. मेसोमेरिक प्रभाव
संयुग्मित प्रणालियों में, डेलोकलाइज्ड सहसंयोजक बंधों के π-इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव के संचरण में मुख्य भूमिका निभाते हैं। एक डेलोकलाइज्ड (संयुग्मित) π-प्रणाली के इलेक्ट्रॉन घनत्व में बदलाव में प्रकट होने वाले प्रभाव को मेसोमेरिक (एम-प्रभाव), या संयुग्मन प्रभाव कहा जाता है।
मेसोमेरिक प्रभाव एक संयुग्मित प्रणाली के माध्यम से प्रतिस्थापन के इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव का स्थानांतरण है।
इस मामले में, डिप्टी स्वयं युग्मित प्रणाली में भागीदार है। यह संयुग्मन प्रणाली में या तो π-बॉन्ड (कार्बोनिल, कार्बोक्सिल समूह, आदि), या हेटेरोएटम इलेक्ट्रॉनों की एक अकेली जोड़ी (एमिनो और हाइड्रॉक्सी समूह), या एक खाली या एक-इलेक्ट्रॉन से भरे पी-एओ को पेश कर सकता है।
एक पदार्थ जो संयुग्मित प्रणाली में इलेक्ट्रॉन घनत्व को बढ़ाता है प्रदर्शित करता हैसकारात्मकमेसोमेरिक प्रभाव (+एम-प्रभाव)।
एम-प्रभाव उन प्रतिस्थापनों द्वारा प्रदर्शित किया जाता है जिनमें इलेक्ट्रॉनों की एक अकेली जोड़ी (उदाहरण के लिए, एनिलिन अणु में एक अमीनो समूह) या संपूर्ण नकारात्मक चार्ज वाले परमाणु शामिल होते हैं। ये प्रतिस्थापक सक्षम हैं
इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी को एक सामान्य संयुग्म प्रणाली में स्थानांतरित करना, यानी वे हैं इलेक्ट्रॉन दाता.
एक पदार्थ जो संयुग्मित प्रणाली में इलेक्ट्रॉन घनत्व को कम करता है प्रदर्शित करता हैनकारात्मकमेसोमेरिक प्रभाव (-एम-प्रभाव)।
संयुग्मित प्रणाली में एम-प्रभाव कार्बन परमाणु से दोहरे बंधन से जुड़े ऑक्सीजन या नाइट्रोजन परमाणुओं के कारण होता है, जैसा कि ऐक्रेलिक एसिड और बेंजाल्डिहाइड के उदाहरण में दिखाया गया है। ऐसे समूह हैं इलेक्ट्रॉन-निकासी।
इलेक्ट्रॉन घनत्व बदलाव को एक घुमावदार तीर द्वारा दर्शाया जाता है, जिसकी शुरुआत से पता चलता है कि कौन से पी या π इलेक्ट्रॉन विस्थापित हुए हैं, और जिसके अंत में वह बंधन या परमाणु दिखता है जिससे वे विस्थापित हुए हैं। मेसोमेरिक प्रभाव, आगमनात्मक प्रभाव के विपरीत, बहुत अधिक दूरी पर संयुग्मित बंधों की एक प्रणाली के माध्यम से प्रसारित होता है।
किसी अणु में इलेक्ट्रॉन घनत्व के वितरण पर प्रतिस्थापनों के प्रभाव का आकलन करते समय, आगमनात्मक और मेसोमेरिक प्रभावों के परिणामी प्रभाव को ध्यान में रखना आवश्यक है (तालिका 2.2)।
तालिका 2.2.कुछ प्रतिस्थापकों के इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव
प्रतिस्थापनों के इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव गैर-प्रतिक्रियाशील अणु में इलेक्ट्रॉन घनत्व के वितरण का गुणात्मक आकलन करना 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 इसमें हाइड्रोजन, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, फॉस्फोरस, सल्फर और अन्य तत्व होते हैं. कार्बन परमाणु लंबी अशाखित और शाखित श्रृंखलाएं, वलय बना सकते हैं और अन्य तत्वों को जोड़ सकते हैं, इसलिए कार्बनिक यौगिकों की संख्या 20 मिलियन के करीब है, जबकि अकार्बनिक पदार्थों की संख्या 100 हजार से कुछ अधिक है।
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 संयोजकता की अवधारणा की 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 सिद्धांत पदार्थ की रासायनिक संरचना, यानी रासायनिक बंधन पर स्थिति है। यह क्रम संरचनात्मक सूत्रों का उपयोग करके प्रदर्शित किया जाता है। बटलरोव का सिद्धांत उस विचार को बताता है जो प्रत्येक पदार्थ में होता है विशिष्ट रासायनिक संरचनाऔर पदार्थों के गुण संरचना पर निर्भर करते हैं.
ए. एम. बटलरोव द्वारा कार्बनिक यौगिकों की रासायनिक संरचना का सिद्धांत
जिस प्रकार अकार्बनिक रसायन विज्ञान के लिए विकास का आधार डी.आई. मेंडेलीव का आवर्त नियम और रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी है, उसी प्रकार कार्बनिक रसायन विज्ञान के लिए यह मौलिक हो गया है।
ए. एम. बटलरोव द्वारा कार्बनिक यौगिकों की रासायनिक संरचना का सिद्धांत बटलरोव के सिद्धांत का मुख्य अभिधारणा पदार्थ की रासायनिक संरचना पर स्थिति है, जिसका अर्थ है क्रम, अणुओं में परमाणुओं के पारस्परिक संबंध का क्रम, अर्थात। रासायनिक बंध.
रासायनिक संरचना- किसी अणु में रासायनिक तत्वों के परमाणुओं के उनकी संयोजकता के अनुसार जुड़ने 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 रेखा किसी रासायनिक तत्व के परमाणु की संयोजकता की इकाई से मेल खाती है. उदाहरण के लिए, कार्बनिक पदार्थ मीथेन के लिए, जिसका आणविक सूत्र CH4 है, संरचनात्मक सूत्र इस तरह दिखता है:
ए.एम. बटलरोव के सिद्धांत के मुख्य प्रावधान:
कार्बनिक अणुओं में परमाणु एक दूसरे से बंधे होते हैं उनकी संयोजकता के अनुसार. कार्बनिक यौगिकों में कार्बन हमेशा टेट्रावेलेंट होता है, और इसके परमाणु एक दूसरे के साथ जुड़कर विभिन्न श्रृंखलाएँ बनाने में सक्षम होते हैं।
· पदार्थों के गुण न केवल उनकी गुणात्मक और मात्रात्मक संरचना से निर्धारित होते हैं, बल्कि अणु में परमाणुओं के कनेक्शन के क्रम से भी निर्धारित होते हैं, अर्थात। किसी पदार्थ की रासायनिक संरचना.
· कार्बनिक यौगिकों के गुण न केवल पदार्थ की संरचना और उसके अणु में परमाणुओं के कनेक्शन के क्रम पर निर्भर करते हैं, बल्कि इस पर भी निर्भर करते हैं परमाणुओं का पारस्परिक प्रभावऔर एक दूसरे के ऊपर परमाणुओं के समूह।
कार्बनिक यौगिकों की संरचना का सिद्धांत एक गतिशील एवं विकासशील सिद्धांत है। जैसे-जैसे रासायनिक बंधों की प्रकृति और कार्बनिक पदार्थों के अणुओं की इलेक्ट्रॉनिक संरचना के प्रभाव के बारे में ज्ञान विकसित हुआ, उन्होंने अनुभवजन्य और संरचनात्मक सूत्रों के अलावा, इलेक्ट्रॉनिक सूत्रों का उपयोग करना शुरू कर दिया। ऐसे सूत्र दिशा दिखाते हैं एक अणु में इलेक्ट्रॉन जोड़े का विस्थापन.
क्वांटम रसायन विज्ञान और कार्बनिक यौगिकों की संरचना के रसायन विज्ञान ने रासायनिक बंधनों (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 प्रकार और रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दिशाओं और तंत्र की भविष्यवाणी के लिए पूर्व शर्ते बनाईं।
कार्बनिक पदार्थों में अनेक विशेषताएँ होती हैं।
· सभी कार्बनिक पदार्थों में कार्बन और हाइड्रोजन होते हैं, इसलिए जलाने पर वे बनते हैं कार्बन डाइऑक्साइड और पानी.
कार्बनिक पदार्थ जटिल रूप से निर्मितऔर इसमें भारी आणविक भार (प्रोटीन, वसा, कार्बोहाइड्रेट) हो सकता है।
· कार्बनिक पदार्थों को संरचना, संरचना और गुणों में समान पंक्तियों में व्यवस्थित किया जा सकता है होमोलोग्स.
· कार्बनिक पदार्थों के लिए यह विशेषता है संवयविता.
कार्बनिक पदार्थों का समावयवता और समरूपता
कार्बनिक पदार्थों के गुण न केवल उनकी संरचना पर बल्कि इस पर भी निर्भर करते हैं एक अणु में परमाणुओं के जुड़ने का क्रम.
संवयविता- यह विभिन्न पदार्थों के अस्तित्व की घटना है - समान गुणात्मक और मात्रात्मक संरचना वाले आइसोमर्स, यानी समान आणविक सूत्र के साथ।
समावयवता दो प्रकार की होती है: संरचनात्मक और स्थानिक(स्टीरियोइसोमेरिज़्म)। अणु में परमाणुओं के बंधन के क्रम में संरचनात्मक आइसोमर्स एक दूसरे से भिन्न होते हैं; स्टीरियोइसोमर्स - अंतरिक्ष में परमाणुओं की व्यवस्था जिनके बीच समान क्रम का बंधन होता है।
समरूपता के मुख्य प्रकार:
· संरचनात्मक समावयवता - पदार्थ अणुओं में परमाणुओं के बंधन के क्रम में भिन्न होते हैं:
1) कार्बन कंकाल की समरूपता;
2) स्थिति समावयवता:
- एकाधिक बांड;
- प्रतिनिधि;
- कार्यात्मक समूह;
3) सजातीय श्रृंखला (अंतरवर्ग) की समावयवता।
· स्थानिक समावयवता - पदार्थों के अणु परमाणुओं के बंधन के क्रम में नहीं, बल्कि अंतरिक्ष में उनकी स्थिति में भिन्न होते हैं: सीआईएस-, ट्रांस-आइसोमेरिज्म (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 - ए.एम. बटलरोव के सिद्धांत पर आधारित है। कार्बनिक पदार्थों को उनके अणुओं में परमाणुओं की उपस्थिति और उनके जुड़ाव के क्रम के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है। किसी कार्बनिक पदार्थ के अणु का सबसे टिकाऊ और सबसे कम परिवर्तनशील भाग उसका होता है कंकाल - कार्बन परमाणुओं की श्रृंखला. इस श्रृंखला में कार्बन परमाणुओं के जुड़ने के क्रम के आधार पर पदार्थों को विभाजित किया जाता है अचक्रीय, अणुओं में कार्बन परमाणुओं की बंद श्रृंखलाएं शामिल नहीं हैं, और कार्बोसाइक्लिकअणुओं में ऐसी शृंखलाएँ (चक्र) होती हैं।
कार्बन और हाइड्रोजन परमाणुओं के अलावा, कार्बनिक पदार्थों के अणुओं में अन्य रासायनिक तत्वों के परमाणु भी हो सकते हैं। वे पदार्थ जिनके अणुओं में ये तथाकथित हेटरोएटम एक बंद श्रृंखला में शामिल होते हैं, उन्हें हेटरोसायक्लिक यौगिकों के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।
heteroatoms(ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, आदि) अणुओं और एसाइक्लिक यौगिकों का हिस्सा हो सकते हैं, उनमें कार्यात्मक समूह बना सकते हैं, उदाहरण के लिए,
हाइड्रॉकसिल
कार्बोनिल
,
कार्बाक्सिल
,
अमीनो समूह
.
कार्यात्मक समूह- परमाणुओं का एक समूह जो किसी पदार्थ के सबसे विशिष्ट रासायनिक गुणों और उसके यौगिकों के एक निश्चित वर्ग से संबंधित को निर्धारित करता है।
कार्बनिक यौगिकों का नामकरण
कार्बनिक रसायन विज्ञान के विकास की शुरुआत में, खोजे जाने वाले यौगिकों को सौंपा गया था तुच्छ नाम, अक्सर उनके उत्पादन के इतिहास से जुड़े होते हैं: एसिटिक एसिड (जो वाइन सिरका का आधार है), ब्यूटिरिक एसिड (मक्खन में बनता है), ग्लाइकोल (यानी "मीठा"), आदि। जैसे-जैसे नए खोजे गए पदार्थों की संख्या में वृद्धि हुई, उनकी संरचना के साथ नामों को जोड़ने की आवश्यकता उत्पन्न हुई। इस प्रकार तर्कसंगत नाम सामने आए: मिथाइलमाइन, डायथाइलमाइन, एथिल अल्कोहल, मिथाइल एथिल कीटोन, जो सबसे सरल यौगिक के नाम पर आधारित हैं। अधिक जटिल यौगिकों के लिए, तर्कसंगत नामकरण उपयुक्त नहीं है।
ए. एम. बटलरोव की संरचना के सिद्धांत ने संरचनात्मक तत्वों और 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 किसके द्वारा विकसित किया गया है इंटरनेशनल यूनियन ऑफ प्योर एंड एप्लाइड केमिस्ट्री (आईयूपीएसी), 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। आइए हम स्थानापन्न नामकरण के कई बुनियादी नियम प्रस्तुत करें और दो कार्यात्मक समूहों वाले हेटरोफंक्शनल यौगिक के उदाहरण का उपयोग करके उनके अनुप्रयोग पर विचार करें - अमीनो एसिड ल्यूसीन:
1. यौगिकों के नाम मूल संरचना (एसाइक्लिक अणु की मुख्य श्रृंखला, कार्बोसाइक्लिक या हेटरोसाइक्लिक प्रणाली) पर आधारित होते हैं। मूल संरचना का नाम नाम का आधार, शब्द का मूल बनता है।
इस मामले में, मूल 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) उपसर्गों और प्रत्ययों द्वारा निर्दिष्ट किए जाते हैं। विशेषता समूहों को वरिष्ठता के आधार पर विभाजित किया गया है। मुख्य समूहों की प्राथमिकता का क्रम:
वरिष्ठ विशेषता समूह की पहचान की जाती है, जिसे प्रत्यय में निर्दिष्ट किया गया है। अन्य सभी प्रतिस्थापनों को उपसर्ग में वर्णानुक्रम में नाम दिया गया है।
इस मामले में, वरिष्ठ विशेषता समूह कार्बोक्सिल है, यानी यह यौगिक कार्बोक्जिलिक एसिड के वर्ग से संबंधित है, इसलिए हम नाम के मूल भाग में -ic एसिड जोड़ते हैं। दूसरा सबसे पुराना समूह अमीनो समूह है, जिसे उपसर्ग अमीनो- द्वारा निर्दिष्ट किया गया है। इसके अलावा, अणु में हाइड्रोकार्बन प्रतिस्थापन मिथाइल- होता है। इस प्रकार, नाम का आधार एमिनोमिथाइलपेंटानोइक एसिड है।
3. नाम में डबल और ट्रिपल बॉन्ड का पदनाम शामिल है, जो रूट के तुरंत बाद आता है।
विचाराधीन यौगिक में एकाधिक बंधन नहीं हैं।
4. मूल संरचना के परमाणु क्रमांकित होते हैं। क्रमांकन कार्बन श्रृंखला के अंत से शुरू होता है जिसके सबसे निकट उच्चतम विशेषता समूह स्थित होता है:
श्रृंखला की संख्या कार्बन परमाणु से शुरू होती है जो कार्बोक्सिल समूह का हिस्सा है, इसे नंबर 1 सौंपा गया है। इस मामले में, अमीनो समूह कार्बन 2 पर होगा, और मिथाइल समूह कार्बन 4 पर होगा।
इस प्रकार, IUPAC नामकरण के नियमों के अनुसार प्राकृतिक अमीनो एसिड ल्यूसीन को 2-एमिनो-4-मिथाइलपेंटानोइक एसिड कहा जाता है।
हाइड्रोकार्बन। हाइड्रोकार्बन का वर्गीकरण
हाइड्रोकार्बन- ये ऐसे 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।
चक्रीय को दो समूहों में बांटा गया है: कार्बोसाइक्लिक यौगिक(चक्र केवल कार्बन परमाणुओं द्वारा बनते हैं) और heterocyclic(चक्रों में अन्य परमाणु भी शामिल हैं, जैसे ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, सल्फर)।
कार्बोसाइक्लिक यौगिकों में, बदले में, यौगिकों की दो श्रृंखलाएँ शामिल होती हैं: ऐलीचक्रीयऔर खुशबूदार.
आणविक संरचना पर आधारित सुगंधित यौगिक होते हैं पी-इलेक्ट्रॉनों की एक विशेष बंद प्रणाली के साथ फ्लैट कार्बन युक्त चक्र, एक सामान्य π-प्रणाली (एक एकल π-इलेक्ट्रॉन बादल) का निर्माण। सुगन्धितता कई विषमचक्रीय यौगिकों की भी विशेषता है।
अन्य सभी कार्बोसाइक्लिक यौगिक एलिसाइक्लिक श्रृंखला के हैं।
एसाइक्लिक (स्निग्ध) और चक्रीय हाइड्रोकार्बन दोनों में एकाधिक (डबल या ट्रिपल) बॉन्ड हो सकते हैं। ऐसे हाइड्रोकार्बन कहलाते हैं असीमित(असंतृप्त) सीमित (संतृप्त) के विपरीत, जिसमें केवल एकल बंधन होते हैं।
संतृप्त ऐलिफैटिक 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 भी अक्सर प्रयोग किया जाता है - पैराफिन्स:
एक दोहरे बंधन वाले असंतृप्त स्निग्ध हाइड्रोकार्बन कहलाते हैं ऐल्कीन. उनके पास सामान्य सूत्र C n H 2n है:
दो दोहरे आबंध वाले असंतृप्त ऐलिफैटिक हाइड्रोकार्बन कहलाते हैं अल्केडिएन्स. उनका सामान्य सूत्र C n H 2n-2 है:
एक त्रिबंध वाले असंतृप्त स्निग्ध हाइड्रोकार्बन कहलाते हैं एल्काइन्स. उनका सामान्य सूत्र C n H 2n - 2 है:
संतृप्त एलिसाइक्लिक हाइड्रोकार्बन - cycloalkanes, उनका सामान्य सूत्र C n H 2n है:
हाइड्रोकार्बन का एक विशेष समूह, सुगंधित, या एरेनास(एक बंद आम एन-इलेक्ट्रॉनिक 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 समजात श्रृंखला
समान कार्यात्मक समूह वाले हाइड्रोकार्बन और उनके व्युत्पन्न समजातीय श्रृंखला बनाते हैं।
सजातीय श्रृंखलाएक ही वर्ग (समजात) से संबंधित यौगिकों की एक श्रृंखला का नाम बताएं, जो संरचना और रासायनिक गुणों में समान, उनके सापेक्ष आणविक द्रव्यमान के बढ़ते क्रम में व्यवस्थित हैं, जहां प्रत्येक सदस्य पिछले एक से सजातीय 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 बनाती है।
हाइड्रोकार्बन 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 हैलोजन डेरिवेटिव को हैलोजन परमाणुओं द्वारा हाइड्रोकार्बन में एक या अधिक हाइड्रोजन परमाणुओं के प्रतिस्थापन के उत्पाद के रूप में माना जा सकता है। इसके अनुसार, परिमित और असंतृप्त मोनो-, डी-, ट्राई- (सामान्य मामले में पॉली-) हो सकते हैं हलोजन डेरिवेटिव.
संतृप्त हाइड्रोकार्बन के मोनोहैलोजन डेरिवेटिव का सामान्य सूत्र:
और रचना सूत्र द्वारा व्यक्त की जाती है
जहां आर एक संतृप्त हाइड्रोकार्बन (अल्केन) का शेष है, एक हाइड्रोकार्बन रेडिकल (कार्बनिक पदार्थों के अन्य वर्गों पर विचार करते समय इस पदनाम का उपयोग आगे किया जाता है), जी एक हैलोजन परमाणु (एफ, सीएल, ब्र, आई) है।
उदाहरण के लिए:
यहां डाइहैलोजन व्युत्पन्न का एक उदाहरण दिया गया है:
को ऑक्सीजन युक्त कार्बनिक पदार्थइसमें अल्कोहल, फिनोल, एल्डिहाइड, कीटोन, कार्बोक्जिलिक एसिड, ईथर और एस्टर शामिल हैं। अल्कोहल हाइड्रोकार्बन के व्युत्पन्न होते हैं जिनमें एक या अधिक हाइड्रोजन परमाणुओं को हाइड्रॉक्सिल समूहों द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।
अल्कोहल को मोनोहाइड्रिक कहा जाता है यदि उनमें एक हाइड्रॉक्सिल समूह होता है, और यदि वे अल्केन्स के व्युत्पन्न होते हैं तो उन्हें संतृप्त कहा जाता है।
सीमा के लिए सामान्य सूत्र मोनोहाइड्रिक अल्कोहल:
और उनकी रचना सामान्य सूत्र द्वारा व्यक्त की गई है:
उदाहरण के लिए:
ज्ञात उदाहरण पॉलीहाइड्रिक अल्कोहल, यानी कई हाइड्रॉक्सिल समूह वाले:
फिनोल- सुगंधित हाइड्रोकार्बन (बेंजीन श्रृंखला) के व्युत्पन्न, जिसमें बेंजीन रिंग में एक या अधिक हाइड्रोजन परमाणुओं को हाइड्रॉक्सिल समूहों द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।
सूत्र C 6 H 5 OH या वाला सबसे सरल प्रतिनिधि
फिनोल कहा जाता है.
एल्डिहाइड और कीटोन- परमाणुओं के कार्बोनिल समूह वाले हाइड्रोकार्बन के व्युत्पन्न
(कार्बोनिल)।
अणुओं में एल्डीहाइडएक कार्बोनिल बंधन हाइड्रोजन परमाणु के साथ संयोजित होता है, दूसरा - हाइड्रोकार्बन रेडिकल के साथ। एल्डिहाइड का सामान्य सूत्र:
उदाहरण के लिए:
कब कीटोन्सकार्बोनिल समूह दो (आम तौर पर अलग-अलग) रेडिकल से जुड़ा होता है, कीटोन्स का सामान्य सूत्र है:
उदाहरण के लिए:
संतृप्त एल्डिहाइड और कीटोन की संरचना सूत्र C 2n H 2n O द्वारा व्यक्त की जाती है।
कार्बोक्जिलिक एसिड- कार्बोक्सिल समूहों वाले हाइड्रोकार्बन डेरिवेटिव
(या -COOH).
यदि अम्ल अणु में एक कार्बोक्सिल समूह है, तो कार्बोक्जिलिक एसिड मोनोबैसिक है। संतृप्त मोनोबैसिक एसिड का सामान्य सूत्र:
इनका संघटन सूत्र C n H 2n O 2 द्वारा व्यक्त किया जाता है।
उदाहरण के लिए:
ईथरवे कार्बनिक पदार्थ हैं जिनमें ऑक्सीजन परमाणु से जुड़े दो हाइड्रोकार्बन रेडिकल होते हैं: आर-ओ-आर या आर 1-ओ-आर 2।
मूलांक एक जैसे या भिन्न हो सकते हैं। ईथर की संरचना सूत्र C n H 2n+2 O द्वारा व्यक्त की जाती है।
उदाहरण के लिए:
एस्टर- कार्बोक्जिलिक एसिड में कार्बोक्सिल समूह के हाइड्रोजन परमाणु को हाइड्रोकार्बन रेडिकल से प्रतिस्थापित करने से बनने वाले यौगिक।
एस्टर का सामान्य सूत्र:
उदाहरण के लिए:
नाइट्रो यौगिक- हाइड्रोकार्बन के व्युत्पन्न जिसमें एक या अधिक हाइड्रोजन परमाणुओं को नाइट्रो समूह -NO 2 द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।
संतृप्त मोनोनिट्रो यौगिकों का सामान्य सूत्र:
और रचना सामान्य सूत्र C n H 2n+1 NO 2 द्वारा व्यक्त की जाती है।
उदाहरण के लिए:
एरेन्स के नाइट्रो डेरिवेटिव:
अमीन- ऐसे यौगिक जिन्हें अमोनिया (एनएच 3) का व्युत्पन्न माना जाता है, जिसमें हाइड्रोजन परमाणुओं को हाइड्रोकार्बन रेडिकल्स द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। रेडिकल की प्रकृति के आधार पर, एमाइन एलिफैटिक हो सकते हैं, उदाहरण के लिए:
और सुगंधित, उदाहरण के लिए:
रेडिकल द्वारा प्रतिस्थापित हाइड्रोजन परमाणुओं की संख्या के आधार पर, निम्नलिखित को प्रतिष्ठित किया जाता है:
प्राथमिक अमीनसामान्य सूत्र के साथ:
माध्यमिक- सामान्य सूत्र के साथ:
तृतीयक- सामान्य सूत्र के साथ:
किसी विशेष मामले में, द्वितीयक और तृतीयक ऐमीन के रेडिकल समान हो सकते हैं।
प्राथमिक एमाइन 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। संतृप्त प्राथमिक ऐमीनों की संरचना सूत्र C n H 2n + 3 N द्वारा व्यक्त की जाती है।
उदाहरण के लिए:
अमीनो एसिड में हाइड्रोकार्बन रेडिकल से जुड़े दो कार्यात्मक समूह होते हैं: अमीनो समूह -NH 2 और कार्बोक्सिल -COOH।
α-अमीनो 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 संतृप्त अमीनो एसिड की संरचना सूत्र C n H 2n + 1 NO 2 द्वारा व्यक्त की जाती है।
उदाहरण के लिए:
अन्य महत्वपूर्ण कार्बनिक यौगिक ज्ञात हैं जिनमें कई अलग-अलग या समान कार्यात्मक समूह, बेंजीन रिंगों से जुड़ी लंबी रैखिक श्रृंखलाएं हैं। ऐसे मामलों में, यह सख्त निर्धारण असंभव है कि कोई पदार्थ किसी विशिष्ट वर्ग से संबंधित है या नहीं। इन यौगिकों को अक्सर पदार्थों के विशिष्ट समूहों में वर्गीकृत किया जाता है: कार्बोहाइड्रेट, प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड, एंटीबायोटिक्स, एल्कलॉइड, आदि।
वर्तमान में, ऐसे कई यौगिक भी ज्ञात 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 व्युत्पन्न माना जा सकता है।
उदाहरण के लिए:
ऐसे यौगिक होते हैं जिनका आणविक सूत्र समान होता है, जो पदार्थों की संरचना को व्यक्त करता है।
आइसोमेरिज्म की घटना यह है कि अलग-अलग गुणों वाले कई पदार्थ हो सकते हैं, जिनकी आणविक संरचना समान होती है, लेकिन संरचनाएं अलग-अलग होती हैं। इन पदार्थों को आइसोमर्स कहा जाता है।
हमारे मामले में, ये इंटरक्लास आइसोमर्स हैं: साइक्लोअल्केन्स और अल्केन्स, एल्केडीन्स और एल्काइन्स, संतृप्त मोनोहाइड्रिक अल्कोहल और ईथर, एल्डिहाइड और कीटोन्स, संतृप्त मोनोकार्बोक्सिलिक एसिड और एस्टर।
संरचनात्मक समरूपता
निम्नलिखित किस्में प्रतिष्ठित हैं संरचनात्मक समरूपता: कार्बन कंकाल की समावयवता, स्थितीय समावयवता, कार्बनिक यौगिकों के विभिन्न वर्गों की समावयवता (इंटरक्लास समावयवता)।
कार्बन कंकाल का आइसोमेरिज्म किसके कारण होता है? कार्बन परमाणुओं के बीच अलग-अलग बंधन क्रम, अणु के कंकाल का निर्माण। जैसा कि पहले ही दिखाया जा चुका है, आणविक सूत्र सी 4 एच 10 दो हाइड्रोकार्बन से मेल खाता है: एन-ब्यूटेन और आइसोब्यूटेन। हाइड्रोकार्बन C5H12 के लिए, तीन आइसोमर्स संभव हैं: पेंटेन, आइसोपेंटेन और नियोपेंटेन।
जैसे-जैसे किसी अणु में कार्बन परमाणुओं की संख्या बढ़ती है, आइसोमर्स की संख्या तेजी से बढ़ती है। हाइड्रोकार्बन सी 10 एच 22 के लिए उनमें से पहले से ही 75 हैं, और हाइड्रोकार्बन सी 20 एच 44 के लिए - 366,319।
स्थितिगत समावयवता अणु के समान कार्बन कंकाल के साथ एकाधिक बंधन, प्रतिस्थापन और कार्यात्मक समूह की विभिन्न स्थितियों के कारण होती है:
कार्बनिक यौगिकों के विभिन्न वर्गों का समावयवता (इंटरक्लास समावयवता) उन पदार्थों के अणुओं में परमाणुओं की विभिन्न स्थिति और संयोजन के कारण होता है जिनका आणविक सूत्र समान होता है, लेकिन वे विभिन्न वर्गों से संबंधित होते हैं। इस प्रकार, आणविक सूत्र C 6 H 12 असंतृप्त हाइड्रोकार्बन हेक्सेन-1 और चक्रीय हाइड्रोकार्बन साइक्लोहेक्सेन से मेल खाता है।
आइसोमर्स एल्काइन्स से संबंधित एक हाइड्रोकार्बन हैं - ब्यूटिन-1 और ब्यूटाडीन-1,3 श्रृंखला में दो दोहरे बंधन वाला एक हाइड्रोकार्बन:
डायथाइल ईथर और ब्यूटाइल अल्कोहल का आणविक सूत्र C 4 H 10 O समान है:
संरचनात्मक आइसोमर्स अमीनोएसेटिक एसिड और नाइट्रोएथेन हैं, जो आणविक सूत्र सी 2 एच 5 एनओ 2 के अनुरूप हैं:
इस प्रकार के आइसोमर्स में विभिन्न कार्यात्मक समूह होते हैं और पदार्थों के विभिन्न वर्गों से संबंधित होते हैं। इसलिए, वे कार्बन कंकाल आइसोमर्स या पोजिशनल आइसोमर्स की तुलना में भौतिक और रासायनिक गुणों में बहुत अधिक भिन्न होते हैं।
स्थानिक समरूपता
स्थानिक समरूपताको दो प्रकारों में विभाजित किया गया है: ज्यामितीय और ऑप्टिकल।
ज्यामितीय समावयवता यौगिकों की विशेषता है दोहरे बंधन और चक्रीय यौगिक युक्त. चूँकि एक दोहरे बंधन के चारों ओर या एक रिंग में परमाणुओं का मुक्त घूमना असंभव है, इसलिए प्रतिस्थापन या तो डबल बॉन्ड या रिंग (सीआईएस स्थिति) के विमान के एक ही तरफ या विपरीत पक्षों (ट्रांस स्थिति) पर स्थित हो सकते हैं। पदनाम सीआईएस और ट्रांस आमतौर पर समान प्रतिस्थापनों की एक जोड़ी को संदर्भित करते हैं।
ज्यामितीय आइसोमर्स भौतिक एवं रासायनिक गुणों में भिन्न होते हैं.
ऑप्टिकल आइसोमेरिज्म होता है यदि अणु दर्पण में अपनी छवि के साथ असंगत है. यह तभी संभव है जब अणु में कार्बन परमाणु के चार अलग-अलग प्रतिस्थापन हों। इस परमाणु को असममित कहा जाता है। ऐसे अणु का एक उदाहरण α-एमिनोप्रोपियोनिक एसिड (α-alanine) अणु CH 3 CH(NH 2)OH है।
α-alanine अणु किसी भी गति के दौरान अपनी दर्पण छवि के साथ मेल नहीं खा सकता है। ऐसे स्थानिक आइसोमर्स को दर्पण, ऑप्टिकल एंटीपोड या एनैन्टीओमर्स कहा जाता है। ऐसे आइसोमर्स के सभी भौतिक और लगभग सभी रासायनिक गुण समान होते हैं।
शरीर में होने वाली कई प्रतिक्रियाओं पर विचार करते समय ऑप्टिकल आइसोमेरिज्म का अध्ययन आवश्यक है। इनमें से अधिकांश प्रतिक्रियाएँ एंजाइम - जैविक उत्प्रेरक की क्रिया के तहत होती हैं। इन पदार्थों के अणुओं को उन यौगिकों के अणुओं में फिट होना चाहिए जिन पर वे कार्य करते हैं, ताले की चाबी की तरह; इसलिए, इन प्रतिक्रियाओं के दौरान स्थानिक संरचना, आणविक वर्गों की सापेक्ष व्यवस्था और अन्य स्थानिक कारकों का बहुत महत्व है . ऐसी प्रतिक्रियाओं को स्टीरियोसेलेक्टिव कहा जाता है।
अधिकांश प्राकृतिक यौगिक व्यक्तिगत एनैन्टीओमर्स होते हैं, और उनके जैविक प्रभाव (स्वाद और गंध से लेकर औषधीय प्रभाव तक) प्रयोगशाला में प्राप्त उनके ऑप्टिकल एंटीपोड के गुणों से काफी भिन्न होते हैं। जैविक गतिविधि में ऐसा अंतर बहुत महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह सभी जीवित जीवों की सबसे महत्वपूर्ण संपत्ति - चयापचय को रेखांकित करता है।
संवयविता कार्बन परमाणु की इलेक्ट्रॉनिक संरचना
कार्बनिक यौगिकों में निहित कार्बन एक स्थिर संयोजकता प्रदर्शित करता है। कार्बन परमाणु का अंतिम ऊर्जा स्तर होता है 4 इलेक्ट्रॉन, जिनमें से दो 2s कक्षक पर कब्जा कर लेते हैं, जिसका एक गोलाकार आकार होता है, और दो इलेक्ट्रॉन 2p कक्षक पर कब्जा कर लेते हैं, जिसका एक डम्बल आकार होता है। उत्तेजित होने पर, 2s कक्षक से एक इलेक्ट्रॉन रिक्त 2p कक्षकों में से किसी एक में जा सकता है। इस संक्रमण के लिए कुछ ऊर्जा व्यय (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, 1 एस-एस प्रकार का बंधन (कार्बन परमाणु के एस-इलेक्ट्रॉन और हाइड्रोजन परमाणु के एस-इलेक्ट्रॉन के बीच) और 3 पी-एस बंधन (कार्बन परमाणु के 3 पी-इलेक्ट्रॉन और 3 हाइड्रोजन के 3 एस-इलेक्ट्रॉन के बीच) परमाणु) का निर्माण होना चाहिए। इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि कार्बन परमाणु द्वारा निर्मित चार सहसंयोजक बंधन असमान हैं। हालाँकि, रसायन विज्ञान में व्यावहारिक अनुभव बताता है कि मीथेन अणु में सभी 4 बंधन बिल्कुल बराबर हैं, और मीथेन अणु में 109.5 0 के बंधन कोण के साथ एक टेट्राहेड्रल संरचना होती है, जो कि बंधन असमान होने पर ऐसा नहीं हो सकता है। आख़िरकार, केवल पी-इलेक्ट्रॉन के ऑर्बिटल्स परस्पर लंबवत अक्षों x, y, z के साथ अंतरिक्ष में उन्मुख होते हैं, और एक एस-इलेक्ट्रॉन के ऑर्बिटल का एक गोलाकार आकार होता है, इसलिए इस इलेक्ट्रॉन के साथ एक बंधन के गठन की दिशा होगी मनमाना। संकरण का सिद्धांत इस विरोधाभास को समझाने में सक्षम था। एल. पोलिंग ने सुझाव दिया कि किसी भी अणु में एक दूसरे से पृथक कोई बंधन नहीं होते हैं। जब बंधन बनते हैं, तो सभी वैलेंस इलेक्ट्रॉनों की कक्षाएँ ओवरलैप हो जाती 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
कक्षीय संकरणसहसंयोजक बंधन के निर्माण के दौरान कुछ इलेक्ट्रॉनों के आकार और ऊर्जा में परिवर्तन होता है, जिससे अधिक कुशल कक्षीय ओवरलैप होता है और बंधन शक्ति में वृद्धि होती है। कक्षीय संकरण तब होता है जब विभिन्न प्रकार के कक्षकों से संबंधित इलेक्ट्रॉन बंधों के निर्माण में भाग लेते हैं।
1. एसपी 3 -संकरण(कार्बन की प्रथम संयोजकता अवस्था)। एसपी 3 संकरण के दौरान, उत्तेजित कार्बन परमाणु के 3 पी ऑर्बिटल्स और एक एस ऑर्बिटल्स इस तरह से बातचीत करते हैं कि परिणामी ऑर्बिटल्स ऊर्जा में बिल्कुल समान होते हैं और अंतरिक्ष में सममित रूप से स्थित होते हैं। इस परिवर्तन को इस प्रकार लिखा जा सकता है:
संकरण के दौरान, कक्षाओं की कुल संख्या नहीं बदलती है, बल्कि केवल उनकी ऊर्जा और आकार बदल जाता है। यह दिखाया गया है कि एसपी 3-संकरण ऑर्बिटल्स एक त्रि-आयामी आकृति आठ से मिलते जुलते हैं, जिनमें से एक ब्लेड दूसरे की तुलना में बहुत बड़ा है। चार हाइब्रिड ऑर्बिटल्स को केंद्र से 109.5 0 के कोण पर एक नियमित टेट्राहेड्रोन के शीर्ष तक विस्तारित किया जाता है। हाइब्रिड इलेक्ट्रॉनों (उदाहरण के लिए, एक एस-एसपी 3 बॉन्ड) द्वारा बनाए गए बॉन्ड अनहाइब्रिडाइज्ड पी इलेक्ट्रॉनों (उदाहरण के लिए, एक एसपी बॉन्ड) द्वारा बनाए गए बॉन्ड से अधिक मजबूत होते हैं। क्योंकि हाइब्रिड एसपी 3 ऑर्बिटल गैर-हाइब्रिडाइज्ड पी ऑर्बिटल की तुलना में इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल ओवरलैप का एक बड़ा क्षेत्र प्रदान करता है। जिन अणुओं में एसपी 3 संकरण होता है उनमें टेट्राहेड्रल संरचना होती है। इनमें मीथेन के अलावा, मीथेन होमोलॉग, अमोनिया जैसे अकार्बनिक अणु शामिल हैं। आंकड़े एक संकरित कक्षक और एक टेट्राहेड्रल मीथेन अणु दिखाते हैं।
मीथेन में कार्बन और हाइड्रोजन परमाणुओं के बीच उत्पन्न होने वाले रासायनिक बंधन σ-बंध (sp 3 -s-बंध) प्रकार के होते हैं। सामान्यतया, किसी भी सिग्मा बंधन की विशेषता इस तथ्य से होती है कि दो परस्पर जुड़े परमाणुओं का इलेक्ट्रॉन घनत्व परमाणुओं के केंद्रों (नाभिक) को जोड़ने वाली रेखा के साथ ओवरलैप होता है। σ-बॉन्ड परमाणु कक्षाओं के ओवरलैप की अधिकतम संभव डिग्री के अनुरूप हैं, इसलिए वे काफी मजबूत हैं।
2. एसपी 2 -संकरण(कार्बन की दूसरी संयोजकता अवस्था)। यह एक 2s और दो 2p ऑर्बिटल्स के ओवरलैप के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है। परिणामी एसपी 2-हाइब्रिड ऑर्बिटल्स एक दूसरे से 120 0 के कोण पर एक ही विमान में स्थित हैं, और गैर-हाइब्रिडाइज्ड पी-ऑर्बिटल इसके लंबवत हैं। ऑर्बिटल्स की कुल संख्या नहीं बदलती - उनमें से चार हैं।
एसपी 2 संकरण अवस्था एल्कीन अणुओं में, कार्बोनिल और कार्बोक्सिल समूहों में होती है, अर्थात। दोहरे बंधन वाले यौगिकों में। इस प्रकार, एथिलीन अणु में, कार्बन परमाणु के संकरित इलेक्ट्रॉन 3 σ बंधन बनाते हैं (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)। एक कार्बन परमाणु का शेष असंकरित पी-इलेक्ट्रॉन दूसरे कार्बन परमाणु के असंकरित पी-इलेक्ट्रॉन के साथ π-आबंध बनाता है। π बांड की एक विशेषता यह है कि इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स का ओवरलैप दो परमाणुओं को जोड़ने वाली रेखा के बाहर होता है। ऑर्बिटल्स का ओवरलैप दोनों कार्बन परमाणुओं को जोड़ने वाले σ बॉन्ड के ऊपर और नीचे होता है। इस प्रकार, एक दोहरा बंधन σ और π बांड का एक संयोजन है। पहले दो आंकड़े दर्शाते हैं कि एथिलीन अणु में एथिलीन अणु बनाने वाले परमाणुओं के बीच बंधन कोण 120 0 हैं (तीन एसपी 2 हाइब्रिड ऑर्बिटल्स के स्थानिक अभिविन्यास के अनुरूप)। आंकड़े π बांड के गठन को दर्शाते हैं।
चूंकि π बॉन्ड में अनहाइब्रिडाइज्ड पी-ऑर्बिटल्स का ओवरलैप क्षेत्र σ बॉन्ड में ऑर्बिटल्स के ओवरलैप क्षेत्र से कम है, इसलिए π बॉन्ड σ बॉन्ड की तुलना में कम मजबूत है और रासायनिक प्रतिक्रियाओं में अधिक आसानी से टूट जाता है।
3. एसपी संकरण(कार्बन की तीसरी संयोजकता अवस्था)। एसपी-हाइब्रिडाइजेशन 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 गैर-हाइब्रिडाइज्ड पी-ऑर्बिटल्स दो परस्पर लंबवत विमानों में स्थित होते हैं। एसपी-संकरण एल्काइन और नाइट्राइल की विशेषता है, अर्थात। ट्रिपल बॉन्ड वाले यौगिकों के लिए।
इस प्रकार, एक एसिटिलीन अणु में, परमाणुओं के बीच बंधन कोण 180 o हैं। कार्बन परमाणु के संकरित इलेक्ट्रॉन 2 σ बांड बनाते हैं (कार्बन परमाणु और हाइड्रोजन परमाणु के बीच एक एसपी-एस बंधन और कार्बन परमाणुओं के बीच दूसरा एसपी-एसपी बंधन होता है। एक कार्बन परमाणु के दो अनहाइब्रिडाइज्ड पी इलेक्ट्रॉन अनहाइब्रिडाइज्ड पी के साथ दो π बॉन्ड बनाते हैं। दूसरे कार्बन परमाणु के इलेक्ट्रॉन। पी-इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स का ओवरलैप न केवल σ-बॉन्ड के ऊपर और नीचे होता है, बल्कि आगे और पीछे भी होता है, और पी-इलेक्ट्रॉनों के कुल बादल का एक बेलनाकार आकार होता है। इस प्रकार, एक ट्रिपल बॉन्ड होता है एक σ-बॉन्ड और दो π-बॉन्ड का संयोजन है। एसिटिलीन अणु में कम मजबूत दो π-बॉन्ड की उपस्थिति इस पदार्थ की ट्रिपल बॉन्ड के दरार के साथ अतिरिक्त प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करने की क्षमता सुनिश्चित करती है।
परीक्षा देने के लिए संदर्भ सामग्री:
मेंडेलीव तालिका
घुलनशीलता तालिका
निरंतरता. शुरुआत देखें № 15, 16/2004
पाठ 5. संकरण
कार्बन परमाणु कक्षाएँ
एक सहसंयोजक रासायनिक बंधन साझा बंधन इलेक्ट्रॉन जोड़े का उपयोग करके बनाया जाता है जैसे:
एक रासायनिक बंधन बनाएं, यानी। केवल अयुग्मित इलेक्ट्रॉन ही दूसरे परमाणु के "विदेशी" इलेक्ट्रॉन के साथ एक सामान्य इलेक्ट्रॉन युग्म बना सकते हैं। इलेक्ट्रॉनिक सूत्र लिखते समय, अयुग्मित इलेक्ट्रॉन एक कक्षीय कोशिका में एक-एक करके स्थित होते हैं।
परमाणु कक्षकएक फ़ंक्शन है जो परमाणु नाभिक के चारों ओर अंतरिक्ष में प्रत्येक बिंदु पर इलेक्ट्रॉन बादल के घनत्व का वर्णन करता है। इलेक्ट्रॉन बादल अंतरिक्ष का एक क्षेत्र है जिसमें उच्च संभावना के साथ एक इलेक्ट्रॉन का पता लगाया जा सकता है।
कार्बन परमाणु की इलेक्ट्रॉनिक संरचना और इस तत्व की संयोजकता में सामंजस्य स्थापित करने के लिए, कार्बन परमाणु के उत्तेजना के बारे में अवधारणाओं का उपयोग किया जाता है। सामान्य (अउत्तेजित) 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 हो सकते हैं आर-कक्षीय. तब कार्बन परमाणु में चार अयुग्मित इलेक्ट्रॉन प्रकट होते हैं:
आइए हम याद करें कि एक परमाणु के इलेक्ट्रॉनिक सूत्र में (उदाहरण के लिए, कार्बन 6 सी - 1 के लिए)। एस 2 2एस 2 2पी 2) अक्षरों के सामने बड़ी संख्याएँ - 1, 2 - ऊर्जा स्तर की संख्या दर्शाती हैं। पत्र एसऔर आरइलेक्ट्रॉन बादल (कक्षीय) के आकार को इंगित करें, और अक्षरों के ऊपर दाईं ओर की संख्याएँ किसी दिए गए कक्षक 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 दर्शाते हैं पी एक्स, 2पी वाईऔर 2 पी जेडउन अक्षों के अनुसार जिनके साथ ये कक्षाएँ स्थित हैं।
जब रासायनिक बंधन बनते हैं, तो इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स समान आकार प्राप्त कर लेते हैं। इस प्रकार, संतृप्त हाइड्रोकार्बन में एक एस-कक्षीय और तीन आर-कार्बन परमाणु की कक्षाएँ चार समान (संकर) बनाती हैं एसपी 3-कक्षक:
यह - एसपी 3-संकरण.
संकरण– परमाणु कक्षाओं का संरेखण (मिश्रण) ( एसऔर आर) नए परमाणु कक्षकों के निर्माण के साथ कहा जाता है संकर कक्षाएँ.
हाइब्रिड ऑर्बिटल्स में एक असममित आकार होता है, जो संलग्न परमाणु की ओर लम्बा होता है। इलेक्ट्रॉन बादल एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं और जहाँ तक संभव हो एक दूसरे से अंतरिक्ष में स्थित होते हैं। इस मामले में, चार की कुल्हाड़ियाँ एसपी 3-संकर कक्षाएँटेट्राहेड्रोन (नियमित त्रिकोणीय पिरामिड) के शीर्षों की ओर निर्देशित होना।
तदनुसार, इन कक्षाओं के बीच का कोण चतुष्फलकीय है, जो 109°28" के बराबर है।
इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स के शीर्ष अन्य परमाणुओं के ऑर्बिटल्स के साथ ओवरलैप हो सकते हैं। यदि इलेक्ट्रॉन बादल परमाणुओं के केंद्रों को जोड़ने वाली रेखा के साथ ओवरलैप होते हैं, तो ऐसे सहसंयोजक बंधन को कहा जाता है सिग्मा()-कनेक्शन. उदाहरण के लिए, ईथेन अणु सी 2 एच 6 में, दो हाइब्रिड ऑर्बिटल्स को ओवरलैप करके दो कार्बन परमाणुओं के बीच एक रासायनिक बंधन बनता है। ये एक कनेक्शन है. इसके अलावा, प्रत्येक कार्बन परमाणु अपने तीन के साथ एसपी 3-कक्षक ओवरलैप होते हैं एस-तीन हाइड्रोजन परमाणुओं के कक्षक, तीन-बंध बनाते हैं।
कुल मिलाकर, एक कार्बन परमाणु के लिए विभिन्न प्रकार के संकरण वाली तीन संयोजकता अवस्थाएँ संभव हैं। के अलावा एसपी 3-संकरण विद्यमान है एसपी 2 - और एसपी-संकरण.
एसपी 2 -संकरण- एक को मिलाना एस- और दो आर-ऑर्बिटल्स. परिणामस्वरूप, तीन संकर बनते हैं एसपी 2-कक्षक. इन एसपी 2-कक्षक एक ही तल में (अक्षों के साथ) स्थित होते हैं एक्स, पर) और 120° की कक्षाओं के बीच के कोण के साथ त्रिभुज के शीर्षों की ओर निर्देशित हैं। असंकरित
आर-कक्षीय तीन संकर के तल के लंबवत है एसपी 2-ऑर्बिटल्स (अक्ष के अनुदिश उन्मुख जेड). ऊपरी आधा आर-ऑर्बिटल्स समतल के ऊपर हैं, निचला आधा भाग समतल के नीचे है।
प्रकार एसपी 2-कार्बन संकरण दोहरे बंधन वाले यौगिकों में होता है: C=C, C=O, C=N। इसके अलावा, दो परमाणुओं (उदाहरण के लिए, C=C) के बीच का केवल एक बंधन - बंधन हो सकता है। (परमाणु के अन्य बंधन कक्षक विपरीत दिशाओं में निर्देशित होते हैं।) दूसरा बंधन गैर-संकर ओवरलैपिंग के परिणामस्वरूप बनता है आर-परमाणु नाभिक को जोड़ने वाली रेखा के दोनों ओर कक्षक।
पार्श्व ओवरलैप द्वारा निर्मित सहसंयोजक बंधन आर-पड़ोसी कार्बन परमाणुओं के कक्षक कहलाते हैं pi()-कनेक्शन.
शिक्षा
|
कम कक्षीय ओवरलैप के कारण, -बॉन्ड, -बॉन्ड की तुलना में कम मजबूत होता है।
एसपी-संकरण- यह एक का मिश्रण (आकार और ऊर्जा में संरेखण) है एस-और एक
आर-ऑर्बिटल्स दो संकर बनाते हैं एसपी-ऑर्बिटल्स. एसपी-ऑर्बिटल्स एक ही रेखा पर (180° के कोण पर) स्थित होते हैं और कार्बन परमाणु के नाभिक से विपरीत दिशाओं में निर्देशित होते हैं। दो
आर-ऑर्बिटल्स असंकरित रहते हैं। उन्हें परस्पर लंबवत रखा गया है
कनेक्शन की दिशाएँ. छवि पर एसपी-ऑर्बिटल्स को अक्ष के अनुदिश दिखाया गया है य, और असंकरित दो
आर-ऑर्बिटल्स - अक्षों के अनुदिश एक्सऔर जेड.
कार्बन-कार्बन ट्रिपल बॉन्ड सीसी में ओवरलैपिंग द्वारा गठित एक -बॉन्ड होता है
एसपी-हाइब्रिड ऑर्बिटल्स, और दो-बंध।
कार्बन परमाणु के ऐसे मापदंडों जैसे संलग्न समूहों की संख्या, संकरण के प्रकार और बनने वाले रासायनिक बंधों के प्रकार के बीच संबंध तालिका 4 में दिखाया गया है।
तालिका 4
सहसंयोजक कार्बन बंधन
| समूहों की संख्या संबंधित कार्बन के साथ |
प्रकार संकरण |
प्रकार इसमें भाग लेने वाले रासायनिक बन्ध |
यौगिक सूत्रों के उदाहरण |
|---|---|---|---|
| 4 | एसपी 3 | चार - कनेक्शन | |
| 3 | एसपी 2 | तीन - कनेक्शन और एक - कनेक्शन |
|
| 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 कौन सी इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाएँ (उदाहरण के लिए, सी याएन ) को बुनियादी कहा जाता है, और कौन से उत्साहित हैं?
4. किसी परमाणु के इलेक्ट्रॉनिक सूत्र में संख्याओं और अक्षरों का क्या अर्थ है (उदाहरण के लिए, सी याएन )?
5. परमाणु कक्षक क्या है? C परमाणु के दूसरे ऊर्जा स्तर में कितने कक्षक हैं? और वे कैसे भिन्न हैं?
6. हाइब्रिड ऑर्बिटल्स उन मूल ऑर्बिटल्स से किस प्रकार भिन्न हैं जिनसे वे बने हैं?
7. कार्बन परमाणु के लिए किस प्रकार के संकरण ज्ञात हैं और उनमें क्या शामिल है?
8. कार्बन परमाणु की इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं में से किसी एक के लिए कक्षकों की स्थानिक व्यवस्था का चित्र बनाएं।
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: ए) संकरण का प्रकार; बी) इसके रासायनिक बंधों के प्रकार; ग) बंधन कोण।
विषय 1 के अभ्यास के उत्तर
पाठ 5
1. वे इलेक्ट्रॉन जो किसी कक्षक में एक समय में एक स्थित 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 शामिल दो इलेक्ट्रॉन कहलाते हैं साझा इलेक्ट्रॉन युग्म. आमतौर पर, रासायनिक बंधन बनने से पहले, इस जोड़ी में एक इलेक्ट्रॉन एक परमाणु का होता था, और दूसरा इलेक्ट्रॉन दूसरे परमाणु का होता था:
3. किसी परमाणु की इलेक्ट्रॉनिक अवस्था जिसमें इलेक्ट्रॉन कक्षकों को 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 आधारभूत स्थितियां. में उत्साहित राज्यपरमाणु के वैलेंस इलेक्ट्रॉनों में से एक उच्च ऊर्जा के साथ एक मुक्त कक्षक पर रहता है; ऐसा संक्रमण युग्मित इलेक्ट्रॉनों के पृथक्करण के साथ होता है। योजनाबद्ध रूप से इसे इस प्रकार लिखा गया है:
जबकि जमीनी अवस्था में केवल दो अयुग्मित वैलेंस इलेक्ट्रॉन थे, उत्तेजित अवस्था में ऐसे चार इलेक्ट्रॉन होते हैं।
5.
एक परमाणु कक्षक एक फ़ंक्शन है जो किसी दिए गए परमाणु के नाभिक के चारों ओर अंतरिक्ष में प्रत्येक बिंदु पर इलेक्ट्रॉन बादल के घनत्व का वर्णन करता है। कार्बन परमाणु के दूसरे ऊर्जा स्तर पर चार कक्षाएँ होती हैं - 2 एस, 2पी एक्स, 2पी वाई,
2पी जेड. ये कक्षाएँ भिन्न हैं:
ए) इलेक्ट्रॉन बादल का आकार ( एस- गेंद, आर- डम्बल);
बी) आर-ऑर्बिटल्स की अंतरिक्ष में अलग-अलग दिशाएँ होती हैं - परस्पर लंबवत अक्षों के साथ एक्स, यऔर जेड, वे नामित हैं पी एक्स, पी वाई,
पी जेड.
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 आकृति आठ, एसपी-हाइब्रिड कक्षीय - असममित आकृति आठ।
ऊर्जा अंतर: इ(एस) < इ(एसपी) < इ(आर). इस प्रकार, एसपी-ऑर्बिटल - आकार और ऊर्जा में औसत ऑर्बिटल, मूल 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.
-बंध - परमाणुओं के केंद्रों को जोड़ने वाली रेखा के साथ ऑर्बिटल्स के हेड-ऑन ओवरलैपिंग द्वारा गठित एक सहसंयोजक बंधन।
-बंधन - पार्श्व ओवरलैप द्वारा गठित एक सहसंयोजक बंधन आर-परमाणुओं के केन्द्रों को जोड़ने वाली रेखा के दोनों ओर कक्षक।
-बंधों को जुड़े हुए परमाणुओं के बीच दूसरी और तीसरी रेखाओं द्वारा दिखाया जाता है।
