1 / 28

2 -3 . El ő ad á s A kovalens kötés.

2 -3 . El ő ad á s A kovalens kötés. Elektroneffektusok. Konjugált kötés. Másodlagos kötések (H kötés stb). Szénvegyületek négyes, hármas, kettes koordinációs számú szénatommal. Ionos W.Kossel (1916) > 600 kJ /mol. Kovalens G.N.Lewis (1916) poláros apoláros 150 – 550 kJ /mol.

fionn
Télécharger la présentation

2 -3 . El ő ad á s A kovalens kötés.

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 2-3. Előadás A kovalens kötés. Elektroneffektusok. Konjugált kötés. Másodlagos kötések (H kötés stb). Szénvegyületek négyes, hármas, kettes koordinációs számú szénatommal.

  2. Ionos W.Kossel (1916) > 600 kJ/mol Kovalens G.N.Lewis (1916) poláros apoláros 150 – 550 kJ/mol Másodlagos o ion – dipólus o dipólus – dipólus o Van der Waals 4 - 30 kJ/mol 5. A kémiai kötés 5.1. Definició: Atomok, molekulák között vonzóerők léte esetén létrejövő tartós kapcsolat. 5.2. Kötéstípusok: 5.3. Kötések elméleti értelmezése 5.3.1. Bohr atommodell – oktett elv (1916) Li………C………..FN Rendszám (összes elektron) 3 6 9 10 Vegyértékhéj K 2 2 2 2 (lezárt) L 1 4 7 8 Hajtóerő: „lezárt héj” „Módszer”: a) elektron transzfer, b) elektron megosztás

  3. , N N a) Elektron transzfer pl. - 4e - 1e DEN értékek C – H DEN = 2,5 – 2,15 = 0,35 C – FDEN = 1,45 C – ODEN = 1,0 C – NDEN = 0,5 + 1e + 4e b) Elektron megosztás pl. Szimmetrikus A kötő elektronpár szimmetrikusan oszlik meg a két atom között. Aszimmetrikus A kötő elektronpár közelebb „húzódik” a nagyobb elektononativitású atomhoz. pl. pl. BEN> AEN o folyadék, szilárd o poláros kötés o poláros molekula o izolált molekula (gáz) o apoláros kötés o apoláros molekula EN értékek C 2,5 O 3,5 H 2,15 F 3,95 N 3,0

  4. C 1,54 Å HCH, CCC 109o C C 1,34 Å HCH 116,7o; HCC 121,6o 1,29 Å CCH 180o C C C 5. 3. 2. Kvantumelméleti megközelítés Kísérletekből adodó tapasztalatok: o Kötéstávolságok eltérőek (egyszeres, kettős, hármas..) o Kötésszög eltérő (pl. metán HCH 109o, víz HOH 104o, H2S 93o) o Töltéseloszlás aszimmetrikus o Sztereoizoméria, optikai aktivitás o Eltérő kémiai reaktivitás (egyszeres, kettős, hármas..) Példák: Elméleti megfontolások: 1924 L. De Broglie Az elektron részecské és hullám. 1926 E. Schrödinger Az elektron energiája kifejezhető egy hullámfüggvény (Y) megoldásaként. Pauli elv: Egyazon atomban két vagy több elektron nem lehet egyidejűleg ugyanabban a kvantumállapotban. Hund szabály: Újabb kvantumpályára elektron nem kerül, amíg van betöltetlen, alacsonyabb energiájú pályán hely. Schrödinger egyenlet: a) differenciál egyenlet b) megoldásai hullámfüggvények (Yn, n = 1,...) c) a hullámfüggvényhez tartozó sajátérték az elektron energiája (En, n = 1,....)

  5. Atompályák

  6. 3.2.1. Molekulapálya (MO) módszer 3.2.2. Hibridizált atomi pályák (VB) módszer Lásd „A szénvegyületek kötései” fejezet

  7. Hullámegyenlet • Hullámfüggvény (Yn, n = 1, 2....) • 2. Energia (En, n = 1, 2....) Atomok Atompályák (AO) (Y, E) Molekulák Molekulapályák (MO) (Ym, Em) Atompályák lineáris kombinációja (LCAO módszer) Hibridizált atompályák kombinációja (VB módszer) Hibridizált atompályák (Linus Pauling, 1930 ) A kémiai kötés leírása (összegzés)

  8. H H H H C C H H H H , CH4 CCl4 6. A szénvegyületek kötései Szempont: A C atom koordinációs száma, Koordinációs szám: a kiválasztott szén atom körül elhelyezkedő atomok (ligandumok) száma, lehet 4,3 vagy 2 Konfiguráció: a térbeli elrendeződés egy bizonyos módja, az azonos atomhoz kapcsolodó ligandumok egymáshoz viszonyított térbeli elrendeződése. (elvileg) lehet: tetraéderes, piramisos, koplanáris, lineáris 6.1.Szénatom négyes koordinációs számmal Jellemzés: C atom a középpontban van, négy ligandum, a négy ligandum a C atomhoz közel, de egymástól távol van, egyforma kötésszögek (109o) tetraéderes konfiguráció Bizonyíték: optikai izoméria

  9. Levezetés: pályahibridizáció

  10. CH2 O H2C CH2 6.2.Szénatom hármas koordinációs számmal , Jellemzés: C atom a középpontban van, három ligandum, a négy atom egy síkban van, a három ligandum a C atomhoz közel, de egymástól távol van, kötésszög YCX és XCX 120o planáris konfiguráció Bizonyíték: geometriai izoméria Levezetés: pályahibridizáció

  11. , N CH HC HC 6.3. Szénatom kettes koordinációs számmal Jellemzés: C atom a középpontban van, két ligandum, a három atom egyvonalban van, a két ligandum a C atomhoz közel, de egymástól távol van, kötésszög HCH 180o lineáris konfiguráció Levezetés

  12. 6.4. Kiterjesztés (N,O) amin imin nitril oxi oxo

  13. 7. Elektroneffektusok: indukció és konjugáció 7. 1. Kötéstípusok s-kötés Tengelyirányú átfedés Hengerszimmetria 340 kJ/mol C(sp3)–X(s) pl. C–H C(sp3)–X(p) pl. C–F C(sp3)–X(sp3) pl. C–C p-kötés Oldalirányú átfedés Tükörszimmetria 265 kJ/mol C(p) C(sp2) [C(sp2)]3 s-kötés p-kötés p

  14. 7. 2. Elektroneffektusok eredete és típusai OKA: Elektronegativitásbeli (EN) különbségek Elektroneloszlásbeli különbségek TÍPUSAI INDUKTÍV EFFEKTUS SZTATIKUS: Eredete Két különböző EN atom kovalens kötésben kötő elektronpár eltolódása. Mértéke Dipólusmomentum m=e·l [Debye] ha 1Å távolságban van egy elektronnyi negatív illetve pozitív töltés, akkor m=4,8 D Mérése Dielektromos állandó Példák: d+ d- m=0 m=0,4D

  15. Az effektus előjele: [ ] d+ d- d- d+ ENX>ENC -I-effektus X: ”elektronvonzó” ENY<ENC +I-effektus Y: ”elektronküldő” C-atomhoz kapcsolódó induktív effektusok Konfiguráció EN= C(sp) > C(sp2) >>> C(sp3) -I-effektus: propin propilén metil-benzol +I-effektus: < < EN= > > > +I-effektus: > > tButil iPropil Etil d+ d+ d+ > ; Rendűség d+ d+ d+ Lánchossz EN= > > > +I-effektus: > > d+ d+ d+

  16. Halogénatomok -I-effektusa [ALKIL-HALOGENIDEK] EN= F > Cl > Br > I Halogén milyensége: CH3F > CH3Cl > CH3Br > CH3I m 1,83 1,86 1,82 1,48 C-atom rendűsége: CH3CH2– Br < – Br < – Br m 1,88 2,04 2,21 C-lánc hosszúsága: CH3 Br < CH3CH2 Br < CH3CH2CH2 Br m 1,82 1,88 1,93 C C C C Br d+ d+ d+ d+ d+ d+ d+ d+ d+ d+ d g b a Szubsztituált karbonsavak aciditása pKa pKa H–CH2–COOH 4,76 CH3–CH2–CHCl–COOH 2,86 I–CH2–COOH 3,12 CH3–CHCl–CH2–COOH 4,05 Br–CH2–COOH 2,87 CH2Cl–CH2–CH2–COOH 4,52 F–CH2–COOH 2,68 CH3–CH2–CH2–COOH 4,82 -I-effektus: F > Cl > Br > I X > X > X X–CH2 X–CH2 + H+ a g b d+ -

  17. DINAMIKUS: külső erőtér hatására polarizálódik a s-kötés, 1e- a hatás megszűnésével eltűnik Külső erőtér - ionok - dipólus s-kötések érzékenysége: C–C > C–N > C–O > C–F C–I > C–Br > C–Cl > C–F Tapasztalat: Nagy statikus I jelenléte esetén kicsi a dinamikus. Kis statikus I tartalmú kötések érzékenyek KONJUGÁCIÓS EFFEKTUS MEZOMER EFFEKTUS [SZTATIKUS, p-elektronrendszer] 2 atom között lokalizált p-elektronok példa: A p-elektronok eltolódnak (ENO>ENC) A p-elektronok három v. több atom erőterében delokalizálódnak Ha a p-kötések konjugált helyzetben vannak példa: butadién 6.2.3.1.2.2. Ha p-kötésben résztvevő atomhoz nemkötő elektronpárt tartalmazó atom is kapcsolódik példa: vinil-klorid

  18. Az effektus előjele: Az atom, amely felé a p-elektronok elmozdulnak –M effektust képes kiváltani; amelyről elmozdultak, +M effektusra képes. Példa: O: -M H2C: +M Cl: +M CH2=CH: -M 6.2.2.2. ELEKTROMER EFFEKTUS [ Dinamikus, p-elektronok] A hatás megszűnésével eltűnik Külső erőtér - ionok - dipólus Tapasztalat: teljes töltésszétválást is létrehozhat ikerion Példa: 7. 3. ELEKTRON-EFFEKTUSOK EGYÜTTES MEGJELENÉSE 1-butén propanal m=0,3D m=2,5D -I-effektus -I-effektus, -M-effektus + -

  19. 7.4. KONJUGÁLT KÖTÉS Definíció: Olyan kovalens kötések rendszere, amelyben két kettős/hármas kötést egy egyszeres kötés választ el egymástól. LINEÁRISAN KONJUGÁLT CIKLIKUSAN KONJUGZÁLT RENDSZER RENDSZER imidazol purin Olyan kovalens kötések rendszere, amelyben a kettős kötésben résztvevő C-atomhoz nemkötő elektront, elektronpárt tartalmazó atom kapcsolódik. Példa: Példa: vinil-klorid fenolát 1,3-butadién -

  20. 7.4.1. LINEÁRISAN KONJUGÁLT RENDSZEREK • várható kötéshossz: • C(sp3)–C(sp3) 1,54Å • C(sp2)–C(sp2) 1,34Å • Röntgen- 1,37Å 1,37Å • diffrakció 1,48Å • b) • + Br2 • UV-spektrum • likopin (11 kettős kötés) • ÉRTELMEZÉS: • Az egyszeres és kettős kötések kölcsönhatnak. • Nincsenek külön (izolált) egyszeres és kettős kötések, hanem a • p-elektronok az egész molekulára kiterjedő, delokalizált • molekulapályán mozognak. 3,4-dibróm-1-butén 1 2 3 4 1,4-dibróm-2-butén lmax [nm] 162 217 227 vörös E=h·n

  21. SZERKEZETÁBRÁZOLÁS AZ OKTETT-ELV ALAPJÁN HATÁRSZERKEZETEK E II I I II I II … III IV V stb. REZONANCIA-SZABÁLYOK a) egységes szerkezet, oszcilláció nincs b) azonos számú p-elektron (p-kötés, magános elektronpár) c) azonos geometria, p-elektronok lokalizációja azonos (a valóságos) planáris s-vázon d) elvileg lehetséges határszerkezetek felírása; határszerkezetek súlyozása izolált p-kötések száma szerint; izovalens, heterovalens és poláros határszerkezetek e) magas energiaértékű határszerkezetek elhanyagolása. Pl. V igen valószínűtlen. f) nem-egyforma energiaértékű határszerkezetek: valóságos szerkezet a legkisebb energiájú határszerkezethez hasonlít (pl. butadién) g) egyforma energiaértékű határszerkezetek: valóságos szerkezet mindkettőtől erősen eltér III IV V

  22. SZERKEZETLEÍRÁS MO-MÓDSZERREL Példa: butadién: 22 vegyértékelektron; 11 kötő elektronpár s-váz 18 vegyértékelektron; 9 kötő elektronpár p-rendszer 4 vegyértékelektron; 2 kötő elektronpár A 4 p-elektron 4 atomi p-pályán B 4 p-elektron két bicentrikus p-kötőpályán 4 p-elektron (p1+p2) (p3+p4) Négy atomi p-pálya lineáris kombinációja C + - + - F4 F3 F2 F1 + - - + E + + - - + + + +

  23. 7.4.2. CIKLIKUSAN KONJUGÁLT RENDSZEREK a C(sp3)–C(sp3) 1,54Å C(sp2)–C(sp2) 1,34Å CH—CH (benzol) 1,39Å Nincs különbség! (Nincs izoméria) b Reagens 1,3,5-hexatrién HNO3/H2SO4 Polimerizáció Br2 / FeBr3 H2/PtO2 c UV-spektrum lmax [nm] 162 217 200 ÉRTELMEZÉS: 1. Nincsenek izolált egyszeres és kettős kötések. 2. A p-elektronok delokakizálódnak a teljes kötésrendszeren. H2C=CH–CH=CH–CH=CH2 Br–CH2–CH=CH–CH=CH–CH2–Br H3C–CH2–CH2–CH2–CH2–CH3 H2C=CH2 H2C=CH–CH=CH2

  24. AROMÁS VEGYÜLETEK (Aroma, görög, kellemes illat) AROMÁS JELLEG FELTÉTELEI= aromás = nem aromás 1. A gyűrűt felépítő atomok egy síkban vannak, koplanáris szerkezet, sp2 konfiguráció. 2. A gyűrűt felépítő atomoknak van egy, a síkra merőleges szabad p pályája. 3. A delokalizált molekulapályára kerülő p és/vagy nem-kötő elektronok száma 4n + 2, ahol n = 0,1,2.... (HÜCKEL, E. szabály)  benzol naftalin bifenil piridin     C H ciklopropén ciklopropenil ciklobutadién pirrol imidazol      ciklopentadién ciklopentadienil kation gyök anion adenin      cikloheptadién cikloheptadienil kation gyök anion pirillium kation

  25. KLASSZIKUS SZERKEZETLEÍRÁS SZERKEZETLEÍRÁS MO-MÓDSZERREL s-váz: 6db C(sp2)–C(sp2) kötés: 12elektron 6db C(sp3)–H(s) kötés: 12 elektron 30 elektron p-váz:6db C(p) 6 elektron 6 p-pálya lineáriskombinációja: 3 kötő, 3 lazítómolekulapálya s p Jellemzés: a pályák folyamatos és folytonos átfedése, planáris gyűrű, kötésszögek CCC < 120º HCC < 120º

More Related