ВЗАИМНОЕ ВЛИЯНИЕ АТОМОВ В МОЛЕКУЛАХ БИООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИЕНИЙ. ЭЛЕКТРОННЫЕ ЭФФЕКТЫ ЗАМЕСТИТЕЛЕЙ. КИСЛОТНЫЕ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА БИООРГАНИЧЕСКИХ МОЛЕКУЛ

 

Содержание лекции.

2.1. Взаимное влияние атомов в молекулах биоорганических соединений

2.1.1. Электронные эффекты заместителей. Индуктивный и мезомерный эффект. Донорные и акцепторные группы-заместители.

2.1.2. Распределение электронной плотности в биоорганических молекулах.

2.2. Кислотно-основные свойства органических соединений.

2.2.1. Теория Бренстеда-Лоури. Определения « кислоты и основания» в соответствии с теорией Бренстеда-Лоури.

2.2.2. Биоорганические соединения- кислоты. Влияние типа кислотного центра и

заместителей кислотные свойства.

2.2.3. Биоорганические соединения- основания.. Влияние типа основного центра и

заместителей основные свойства. свойства

2.3.Медико- биологическое значение изучения темы « Кислотно-основные свойства биоорганических соединений»

 

Исходный уровень знаний для усвоения темы

Гибридизация орбиталей и пространственная ориентация орбиталей элементов 2 периода., виды химических связей, особенности образования ковалентных σ - и π –связей, полярные и неполярные ковалентные связи, изменение электроотрицательности элементов в периоде и группе, функциональные группы, сопряженные системы, делокализация.

 

 

2.1. Взаимное влияние атомов в молекулах биоорганических соединений.

Электронные эффекты заместителей

Ключевые слова к разделу 2.1.

Заместитель донорный, акцепторный, электроотрицательность, распределение электронной плотности в молекуле биоорганического соединения, эффект индуктивный, мезомерный

 

Смещение электронной плотности в биоорганических соединениях связано с различной электроотрицательностью атомов. Электронная плотность смещается всегда в сторону более электроотрицательного атома.

 

Ряд электроотрицательности:

 

F > O > N > C1 > Br > I ~ S > C > H

 

Функциональные группы, смещающие электронную плотность в свою сторону, являются акцепторами, а группы, «отталкивающие» от себя электронную плотность- донорами.

Для демонстрации этих явлений составляют диаграммы распределения электронной плотности, которые помогают понять направление органической реакции и объяснить, почему они именно так протекают, а не иначе. На основании распределения электронной плотности можно высказать предположение о механизме реакции и строении образующихся веществ.

Смещение электронной плотности вдоль σ –связей носит название индуктивного эффекта Атомы или функциональные группы, «отталкивающие» от себя электронную плотность, проявляют положительный ( +I ) а смещающие в свою сторону – отрицательный (- I ) эффекты.

Индуктивный эффект обозначают стрелкой вдоль связи, которая направлена от атома с частичным положительным зарядом (б + ) в сторону того атома, на котором возникает избыточный отрицательный заряд ( частичный заряд б- )

Индуктивный эффект распространяется на соседние 2-3 атома по отношению к группе, вызывающей этот эффект, и по мере удаления от группы убывает.

Пример:

Распределение электронной плотности в молекуле бутановой кислоты.

б + б + б +

СН₃ —> СН₂ —> СН₂—> СН₂ —> СООН

< —————— заряд б + убывает по направлению стрелки

 

Смещение электронной плотности в системе сопряженных связей носит название мезомерного эффекта ( М-эффект). Мезомерный эффект охватывает всюациклическую сопряженную систему, частичные заряды возникают на крайних атомах в сопряженной системе, а в бензольном кольце – изменение электронной плотности происходит в положениях 2, 4, 6 ( по отношению к группе, проявляющей эффект).

Атомы галогенов, гидрокси- и аминогруппы содержат неподеленные пары электронов, которые смещаются в сторону π -связи, образуя общую сопряженную систему. Они проявляют +М-эффект. Карбоксильная, карбонильная, нитро-группы обладают –М-эффектом, и они смещают π -электронную плотность в свою сторону.

Примеры: пропеновая (акриловая) кислота

 

б+ б-

СН2 == СН— С ==О

\

ОН

Хлорвинил (хлорэтен)

 

б+ б-

С1 —СН ==СН2

 

 

Если в ароматической системе бензола присутствует заместитель – донор, то возникает частичный( избыточный) заряд δ - в положениях 2, 4, 6 Донорными группами. Проявляющими положительный мезомерный эффект, следует считать гидрокси, амино группы, атомы галогенов фтора и хлора.

 

– если заместитель – акцептор, то частичный заряд δ + в положениях 2, 4, 6

 

Акцепторные группы: карбоксильная, альдегидная., нитро, циано.

Донор проявляет положительные + I и + М –эффекты, а акцептор - отрицательные - I и – М –эффекты.

В сопряженной системе главным считается мезомерный М-эффект.

Атом азота в шестичленных ароматических гетероциклических соединениях пиридине и пиримидине имеет отрицательный мезомерный эффект, поэтому снижается общая электронная плотность в ароматической системе( вспомните понятие π -недостаточные циклы) и по отношению к атому азота в положениях 2, 4, 6 цикла возникает недостаток электронной плотности и появляется частичный заряд б +. В никотиновой кислоте введение карбоксильной группы в молекулу пиридина увеличивает недостаток электронной плотности. Атом азота и карбоксильная группа действуют « согласованно» и создают недостаток электронной плотности в одних и тех же положениях 2, 4, 6 по отношению к ним.

 

 

δ +

δ + δ + δ + .. Пиридин   \

δ + δ + .. Пиримидин

δ +

δ +

Никотиновая кислота

 

В таблице представлены значения( направления) эффектов функциональных групп.

 

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Delphi. Основные характеристики и терминология
2. I. Основные профессиональные способности людей (Уровень 4)
3. II. ОСНОВНЫЕ ЖАЛОБЫ БОЛЬНОГО
4. II. Основные расчетные величины индивидуального пожарного риска
5. III. Электронные средства информации
6. VIII. Основные направления просветительской, популяризаторской и коммуникативной деятельности библиотек
7. XVI. Основные правовые системы современности.
8. А. Жизненный цикл продукта и его основные стадии. Оценка конкурентоспособности продукта
9. Авторитарный режим: основные черты и виды
10. АДАПТАЦИИ К ПАРАЗИТИЧЕСКОМУ ОБРАЗУ ЖИЗНИ. ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ
11. Акустоэлектронные полупроводниковые усилители СВЧ на ПАВ
12. Аминокислотные медиаторы подразделяются на две группы: возбуждающие (глутамат, аспартат) и тормозные (гамма – аминомасляная кислота, глицин, бета – аланин и, таурин).