Namangan davlat universiteti kimyo kafedrasi organik birikmalarning tuzilish nazariyasi

MARUZA 3

ORGANIK BIRIKMALAR TARKIBIDAGI UGLЕROD ATOMINING VALЕNT HOLATLARI VA OKSIDLANISH DARAJALARI

Reja: Organik birikmalar tarkibidagi uglеrod atomining oksidlanish darajalarini aniqlash. Organik birikmalar ishtirokida boradigan oksidlanish - qaytarilish rеaksiyalari va ularni tеnglash. Uglеrod atomining tuzilishi. Oddiy, qo’sh va uch bog’ tutgan uglеrod birikmalaridagi uglеrod atomi elеktronlarining gibridlanishi. Gibridlanish va organik birikma xossalari o’rtasidagi bog’lanish.
Organik birikmalar ishtirokida boradigan oksidlanish - qaytarilish reaktsiyalari va ularni tenglash.

A. Elektron-balans usuli:

CH₃-CH₂OH+ KMnO₄ = CH₃ - COOK + MnO₂ + KOH + H₂O

C^-3H⁺¹₃-C^-1H⁺¹₂O^-2H⁺¹+K⁺¹Mn⁺⁷O^-2₄ = C^-3H⁺¹₃–C⁺³O^-2O^-2K⁺¹+Mn⁺⁴O^-2₂+K⁺¹O^-2H⁺¹ + H⁺¹₂O^-2

C^-1 - 4ē = C⁺³ (oksidlanish) 3

Mn⁺⁷+ 3ē =Mn⁺⁴(kaytarilish) 4

1. 
   3CH₃-CH₂OH+ 4KMnO₄ = 3CH₃- COOK +4MnO₂ + KOH + 4H₂O
   

B. Yarim reaktsiyalar usuli:

C₆H₁₂O₆+KMnO₄+H₂SO₄=CO₂+MnSO₄+K₂SO₄+H₂O

C₆H₁₂O₆+K⁺+MnO₄^-+2H⁺+SO₄^2-=CO₂+Mn²⁺+SO₄^2-+2K⁺+SO₄^2-+H₂O

C₆H₁₂O₆ +MnO₄^-+2H⁺= CO₂+Mn²⁺+H₂O MnO₄^-+H⁺=Mn²⁺+H₂O

C₆H₁₂O₆ +6H₂O=6CO₂+24H⁺ MnO₄^-+8H⁺=Mn²⁺+4H₂O

0 +24 +7 +2

MnO₄^-+8H⁺+5e = Mn²⁺+4H₂O 24

C₆H₁₂O₆ +6H₂O-24e = 6CO₂+24H⁺ 5

5C₆H₁₂O₆+24MnO₄^-+30H₂O+192 H⁺ = 30CO₂+24Mn²⁺+120H⁺ +96H₂O

5C₆H₁₂O₆+24MnO₄^-+72 H⁺ = 30CO₂+24Mn²⁺+66H₂O

5C₆H₁₂O₆+24KMnO₄+36H₂SO₄=30CO₂+24MnSO₄+12K₂SO₄+66H₂O

Organik kimyoda uglerod atomining elektron tuzilishini bilish organik moddalardagi bog’larning tabiatini tushunishga yordam beradi. Uglerod atomining elektron konfigurasiyasi quyidagicha: ¹²₆C. 1s²2s²2p².

Atom orbitallar s, p, d va hokazo orbitallarga bo’linadi. s-orbital shakli sferik ya'ni sharsimon bo’ladi va bu orbital bo’ylab xarakterlanadigan elektron s-elektron deyiladi. p-atom orbitali gantelsimon harakat qiladigan elektronlar p-elektronlar deyiladi va ularning harakatidan hosil bo’ladigan elektron bulutlari o’zaro perpendikulyar va koordinatlar o’qi bo’ylab yo’nalgan bo’ladi. Shu sababli ularni p_x, p_y, p_z - orbitallar deb ham belgilanadi.

Agarda uglerod atomida elektronlarni orbitallar bo’ylab joylashtirilsa: 1s²2s²2p²

Bundan ko’rinadiki, qo’zg’almagan holda uglerod atomining tashqai qavatida to’rtta elektron bo’lib, ulardan ikkitasi 2s-orbitalda, ikkitasi juftlashmagan holda 2p orbitalda joylashgan va bitta 2p orbital bo’sh qoladi. Bu holda uglerod atomi ikki valentlikni namoyon qiladi. Lekin organik birikmalarda uglerod atomi faqat to’rt valentlikni namoyon qiladi. Bunga sabab uglerod atomi boshqa atomlar bilan ta'sirlashib yoki o’zaro bog’ hosil qilganda osonlikcha qo’zg’algan holatga o’tadi, ya'ni 2s -orbitaldan bitta elektron 2p orbitalidagi bo’sh yacheykaga ko’chib o’tadi. Buni sxematik tarzda quyidagicha ko’rsatish mumkin:



ya'ni 1s²2s²2p² 1s²2s¹2p³

2s - orbitaldagi elektronning 2p-orbitalga o’tkazish uchun, ya'ni uglerod atomining qo’zg’algan holatga o’tish uchun sarflangan energiya qo’zg’atilmagan holatdagi ikkita elektronni hisobiga bog’ hosil qilishda ajralib chiqadigan energiyadan kam bo’ladi va shu sababli reaksiya vaqtida elektronning ko’chib o’tishi o’z-o’zidan sodir bo’ladi. Demak, qo’zg’algan holatda uglerod atomi to’rtta juftlashmagan elektronga ega bo’lib, to’rt valentlikni namoyon qiladi. Bu to’rt elektron bir xil holatda emas (bittasi 2s-elektron va uchtasi 2p-elektronlar) lekin metanning kimyoviy xossalarini va bog’larning mustahkamligini tekshirish to’rttala bog’ning energiyasi bir xil ekanligini ko’rsatadi. Bunga sabab energiyasi yaqin bo’lgan orbitallarning gibridlanishidir. L.Poling tomonidan orbitallarning gibridlanish tushunchasi - ya'ni shar va gantel shaklidagi orbitallarning o’ziga xos aralashishini taklif etildi. Bunga ko’ra uglerod atomiga uch xil valent holati tegishli bo’lib, ular har xil gibridlangandir: sp³; sp²; sp. sp³-gibridlanishda bitta 2s-orbita va uchta 2p-orbital fazoda aralashib, gibridlashib bir xil shakl va energiyaga ega bo’lgan to’rtta oraliq orbitallarni - sp³-gibridlangan orbitallarni hosil qiladi.

Gibridlanishda uglerod atomining faqat 2s va 2p² orbitallari ishtirok etishi ham mumkin. Bunda uchta yangi sp²-gibrid orbitallar hosil bo`ladi. Bunday gibridlanish sp<sup>2</sup>-gibridlanish deb ataladi. Bunday gibrid elektronlarga ega bo`lgan uglerod yassi deb ataladi va u boshqa atomlar bilan qo`sh bog’ orqali bog’langan bo`ladi. Bunday uglerod atomi ikkinchi valent holatidagi uglerod deb ataladi. Masalan kabi birikmalardagi qo`sh bog’ tutgan uglerod atomlari ikkinchi valent holatidadir.

Gibridlanishda faqat 2s va 2p orbitallar ham ishtirok etishi mumkin. Bunda yangi ikkita sp gibrid orbitallar hosil bo`ladi. Gibridlanishning bu turi sp-gibridlanish deb ataladi. sp-gibrid elektronli uglerod uch bog’ yoki ikkita qo`sh bog’ tutgan uglerod atomi bo`lgan birikmalarda bo`ladi. Uglerod atomining bu valent holati uchinchi valent holat deb ataladi. Masalan,

kabi birikmalardagi uch bog’ yoki ikkita qo`sh bog’ tutuvchi uglerod atomlari uchinchi valent holatdadir. quyida turli xildagi gibrid elektronlarning (atom orbitallarning) sferik ko`rinishi keltirilgan:

Keltirilgan sp³, sp² va sp gibrid atom orbitallarining sferik tuzulishidan ko`rinib turibdiki, yuqoridan pastga qarab gibrid orbitallar tarkibida s-orbitalning ulushi ortib bormoqda (ikkinchi doira kattalashib bormoqda). Bu holat turli valent holatidagi uglerod birikmalarining xossalarida o`z aksini topadi.

SHuni ta`kidlash kerakki, gibridlanish fizik hodisa sifatida amalda yo`q. U molekuladagi elektronlarning haqiqiy taqsimlash modelini, biz qo`llaydigan usulini aks ettiradi, xolos.

sp³-gibrid orbitallari fazoda yo’nalishga ega bo’ladi. sp³-gibrid orbitallarning yo’nalishi orasidagi burchak 109^o28` ni tashkil etadi. Bunday gibridlanish tetraedrik gibridlanish deyiladi. Agarda to’g’ri tetraedrning markazida uglerod atomi bor deb qaralsa, uning valent orbitallari tetraedrning uchlariga qarab yo’nalgan bo’ladi. Uglerodning bu valent holati birinchi valent holati yoki "tetragonal" holati deyiladi.

Uglerod atomining sp³-gibridlangan elektron bulutlari vodorod atomlarining s-elektron bulutlari bilan atomlarni tutashtiruvchi to’g’ri chiziqlar bo’ylab qoplashadi va to’rtta bir xil energiyaga ega bo’lgan  -bog’larni hosil qiladi. Bog’ hosil qilayotgan atomlarning markazlarini birlashtiruvchi chiziq bo’ylab orbitallarning bir-birini qoplashi natijasida yuzaga keladigan bog’lanish  -bog’lanish deyiladi. Bog’lanayotgan atomlarning elektron bulutlari qoplashuvi qanchalik ko’p bo’lsa, bog’ shunchalik mustahkam bo’ladi.

Atomlarni tutashtiruvchi to’g’ri chiziq ular orasidagi eng qisqa masofa bo’ylab, elektron bulutlari qoplashuvi maksimal bo’ladi. Shu sababli -bog’lari mustahkam, uzilish energiyasi yuqori bo’ladi.

To’yingan uglevodorodlarda - alkanlarda uglerod atomi sp³-gibridlangan, ya'ni birinchi valent holatida bo’lib, ularda hamma bog’lar -bog’lardir. Shu sababli bu moddalar reaksiyalarga qiyinchilik bilan, maxsus sharoitlarda kirishadi. sp²-gibridlanishda uglerod atomidagi bitta 2s va ikkita 2p-elektron bulutlari gibridlashib (aralashib) uchta bir xil shakldagi sp²-gibridlangan elektron bulutlarni hosil qiladi. Bu valent elektron bulutlari fazoda bir-biriga nisbatan 120^o burchak ostida joylashgan va ulardan hosil bo’lgan  -bog’lari bir tekislikda yotadi.

120

Qo’sh bog’dagi ikkala uglerod atomlaridan gibridlanishda qatnashmay qolgan va fazoda gantel shakliga ega bo’lgan bittadan p-elektron bulutlari  -bog’lari yotgan tekislikning ostki va ustki qismida bir-birini qoplashib -bog’ni hosil qiladi. Bu bog’lar o’zaro perpendikulyar tekisliklarda joylashgan bo’ladi. Bu uglerod atomining ikkinchi valent holati yoki trigonal holati deyiladi.  va  -bog’lari bir-biridan farq qiladi.  –bog’ning uzilish energiyasi kichik bo’lib, qutblanuvchanligi katta bo’ladi va bu birikmalar osonlik bilan  -bog’i uzilishi hisobiga elektrofil birikish reaksiyalariga kirishadi.

sp-gibridlanish asetilen uglevodorodlarida yuzaga kelib, uch bog’ hosil bo’lishiga sabab bo’ladi. Bunda bitta 2s-elektron buluti va bitta 2p-elektron buluti bilan gibridlanib ikkita bir xil shaklga ega bo’lgan va bir-biriga nisbatan 180^o burchak ostida joylashgan sp-gibridlangan elektron bulutlari hosil qiladi. Bular bir-birini qoplashib ikkita -bog’larni hosil qiladi.

180^o 180^o

Har bir uglerod atomida ortib qolgan ikkitadan 2p-elektronlar bulutlari bo’lib, bir-birini qoplab ikkita -bog’ni hosil qiladi. Bu -bog’lar o’zaro perpendikulyar tekislikda joylashadi.

Uglerod atomining bu holati uchinchi valent holati deyiladi. sp³ - gibridlanishda s-orbital ulushi 25 % ni, ikkinchi valent holatida sp²-gibridlanishda 33,3 % va uchinchi valent holatida sp - gibridlanishda 50 % ni tashkil qiladi.