Organik birikmalarning tuzilish nazariyasi

Koordinatsion yoki donor-akseptor bog‘.Bunday bog‘ hosil bo‘lishida bitta zarracha elektron jufti bilan, ikkinchisi esa bo‘sh elektron orbitali bilan qatnashadi:

donor akseptor

Azot atomi (donor) musbat, kislorod (akseptor)esa manfiy zaryadlanadi. Trimetilamin oksidida azot bilan kislorod ham qarama-qarshi zaryadlarning tortilishi (ion bog‘), ham elektron juft bilan (kovalent bog‘) bog‘langan. Bunday bog‘ga semipolyar (yarim polyar) bog‘ deyiladi.

Atom orbitallarning gibridlanishi

Metan molekulasining hosil bo‘lishida uglerod atomi bitta 2s- va uchta 2p-orbitali bilan, vodorod atomlari esa yagona 1s-orbitali bilan qatnashgani uchun, uning molekulasidagi uchta s-p bog‘, to‘rtinchi s-s bog‘dan farq qilishi kerak edi. Metanning kimyoviy xossalarini hamda undagi C–H bog‘larning ayrim parametrlari (bog‘ uzunligi, energiyasi, qutblanganligi)ni o‘rganish teskari natijalar berdi, ya’ni to‘rttala C–H bog‘ning ham bir xil tabiat (energiya, uzunlik)ga va xossalarga egaligi aniqlandi. Shu dalilni tushuntirish maqsadida L.Poling 1931-yilda orbitallarning gibridlanishi (qo‘shilishi, chatishishi) to‘g‘risidagi gipotezani ilgari surdi. Uning fikricha, metan va u singari CX₄ tipidagi organik moddalar hosil bo‘lishida uglerod atomining bitta s- hamda uchta p-orbitali qo‘shilib, to‘rtta bir xil shakl va energiyaga ega sp³-gibridlangan orbital yuzaga keladi. Bu gibrid orbital 25% s va 75% p xarakterga ega bo‘lib, unda s- va p-orbitallarning shakli muayyan darajada saqlanadi(8-rasm). Rasmdan ko‘rinib turibdiki, gibrid orbitalning bir tomonida elektron buluti ko‘p, ikkinchi tomonida esa kam. Gibrid orbital boshqa orbitalni ana shu elektron buluti ko‘p tomoni bilan qoplaydi. Natijada qoplanish maksimal bo‘ladi, yadrolar o‘rtasida elektron bulutining zichligi ortadi, demak, yuzaga kelgan bog‘ barqaror bo‘ladi.

8-rasm. sp³–Gibrid orbital

Uglerodning bitta 2s- va uchta 2p-orbitallaridan to‘rtta sp³-gibridlangan orbital hosil bo‘ladi(9-rasm):

9-rasm. sp³-Gibridlangan orbitalning hosil bo‘lishi

To‘rttala gibrid orbital tetraedr markazidan uning uchlariga tomon yo‘nalib joylashganda, ularning o‘zaro ta’sirlashishi kam bo‘ladi. Ikkinchidan, gibrid orbitallar va 1s- orbitallardan metan hosil bo‘lganda gibrid orbitallarning tetraedrik joylashishi metan molekulasidagi vodorod atomlarining bir-biridan baravar uzoqlikda turishini ham ta’minlaydi(10-rasm). Gibrid orbitallarning yo‘nalishlari orasidagi burchaklar metanda 10928ga teng.

Metan hosil bo‘lganda sp³-gibridlangan orbitallar vodorod atomlarining 1s-orbitallari bilan gibrid orbitallarning o‘qlari yo‘nalishlarida qoplangani uchun metandagi to‘rttala C–H bog‘ ham sp³-s tipidagi -bog‘lardir.

10-rasm. Metan molekulasining hosil bo‘lishi

Etan molekulasining hosil bo‘lishida ikkita uglerod atomining 8ta sp³-gibridlangan orbitali va 6ta vodorod atomlarining s orbitallari ishtirok qiladi(11-rasm).

11-rasm. Etan molekulasining hosil bo‘lishi.

Uglerodning sp³-gibridlanishga ega bo‘lgan holati, uning birinchi valentlik holati deyiladi. sp³-Gibridlangan uglerod atomining elektromanfiyligi 2,5ga teng.

sp²-Gibridlanishda bitta s- va ikkita p-orbitaldan uchta teng qiymatli gibrid orbital hosil bo‘ladi. Bitta p-orbital esa o‘zgarmasdan qoladi(12-rasm).

12-rasm. Uglerod atomining sp²-gibridlanishi

Uchta gibrid orbital bir-biridan 120 burchak ostida joylashsagina, ularning bir-biridan itarilishi minimal qiymatga ega bo‘ladi. Tabiiyki, bu orbitallar fazoda bir tekislikda joylashadi(13-rasm).

13-rasm. sp²-Gibridlangan uglerod atomi


sp²-Gibridlangan ikkita orbitalning bir-birini qoplashi natijasida sp²-sp²-tipidagi C–C-bog‘i hosil bo‘ladi (14-rasm, A).
Har qaysi uglerod atomida qolgan bittadan p-orbital etilen joylashgan tekislikka perpendikulyar yo‘nalishda bir-birini qoplaydi. Natijada -bog‘ yuzaga keladi. Etilen molekulasidagi - va -bog‘larning joylashishi 14-rasm, B da ko‘rsatilgan.

A B
14-rasm. Etilen molekulasining tuzilishi

Demak, etilen molekulasidagi jami oltita bog‘ning bittasi sp²-sp² -tipidagi C–C -bog‘i, bittasi 2p-2p-tipidagi -bog‘, to‘rttasi esa 2sp²-1s tipidagi C–H -bog‘lardir:

a =  2sp² 2sp²

b =  2p 2p
d =  1s 2sp²

Uglerod atomining sp²-gibridlangan holatiga uning ikkinchi valentlik holati deyiladi. sp²-Gibridlangan uglerod atomining elektromanfiyligi 2,8 ga teng.

Agar gibridlanish bitta s- va bitta p-orbital hisobiga sodir bo‘lsa, bunday gibridlanish sp-gibridlanish deyiladi(15-rasm).

15-rasm. Uglerod atomining sp-gibridlanishi
Hosil bo‘ladigan ikkita bir xil gibrid orbital bir-biri bilan 180 burchak ostida joylashsagina, ular o‘rtasidagi o‘zaro itarilish minimal bo‘ladi(16-rasm).

16-rasm. sp-Gibridlangan uglerod atomi.


sp-Gibridlanish holatidagi uglerod atomi «uchinchi valentlik holatda» deb ataladi. sp-Gibridlanishda ikkita «foydalanilmagan» sof orbital ortib qoladi. Ikkita sp-uglerod atomlaridan atsetilen molekulasi hosil bo‘lishida gibrid orbitallar -bog‘ hosil qilib bog‘lanadi(17-rasm, A). Har qaysi uglerod atomida ortib qolgan ikkitadan p-orbital esa bir-birini o‘zaro perpendikulyar tekislikda qoplaydi (17-rasm, B).

A B
17-rasm. Atsetilen molekulasining tuzilishi

Demak, atsetilen molekulasidagi uglerod atomlari ikkita - va bitta-bog‘ orqali bog‘langan:

sp-gibridlangan uglerod atomining elektromanfiyligi 3,1ga teng.