Органик бирикмаларнинг тузилиши ва реакцион қобилияти 1-қ

6. ГИБРИДЛАНИШ. sp³-, sp²- ва sp-электронлар (атом орбиталлари -АО). УГЛЕРОД АТОМИНИНГ ВАЛЕНТ ҲОЛЛАРИ. МОЛЕКУЛЯР ОРБИТАЛАР (МО).

Юқорида кўрганимиздек, углерод атомининг электрон тузулиши унда 2 та жуфтланмаган тоқ электрон борлигини кўрсатади ва шунинг учун углерод атоми фақат икки валентли бўлиши керакдек кўринади. Хақиқатда эса углероднинг икки валентли бирикмалари кам ва қарорсиз бўлиб, углерод асосан тўрт валентлидир. Бу ҳолат шу билан тушунтириладики, 2s² орбиталдаги электрон жуфт бир-биридан ажралиб улардан бири 2p_z орбитални эгаллайди ва углерод атоми қўзғолган ҳолатга ўтади. Бу ҳолатда тўртта тоқ электрон мавжуд бўлиб, улар углероднинг тўрт валентли бирикмалар ҳосил қилишини таъминлайди.

Бу электронлар ҳисобига кимёвий боғлар ҳосил бўлганда маълум энергия ажралиб чиқади. Бу энергия 2s² орбитал электронларни ажратишга сарф бўлган энергиядан анча кўпдир. қўзғолган углерод атомининг электрон тузулишига қаралганда ҳосил бўладиган боғлар 2 хил бўлиши керак, яъни боғлар s- ва p-электронлар ҳисобига 2 хил бўлиши керак. Амалда эса тўрттала электрон ҳисобига ҳосил бўладиган тўртта боғ бир хилдир. Масалан, метан CH₄ да ҳамма боғлар тенг қимматли бўлиб, мунтазам тетраэдрнинг учларига йўналган бўлади, бу боғлар орасидаги валент бурчак эса 109⁰28’ га тенгдир. Тўрттала боғнинг бундай тенг қимматли бўлишига сабаб 2s орбитал билан 2p³ орбиталлар қўшилиб тўртта янги орбиталларни ҳосил қилади. Бу орбиталлар гибрид орбиталлари дейилади ва sp³ гибрид орбиталлари деб ифодаланади. гибрид орбиталларнинг ҳосил бўлиш жараёни эса гибридланиш деб аталади. Электронлари sp³-гибридланишига эга бўлган углерод атоми бошқа атомлар (масалан углерод, кислород, азот ва ҳ.к.) билан оддий (-сигма) боғлар ҳосил қилади. Углерод атомининг бундай валент ҳолати унинг биринчи валент ҳолати деб аталади. Масалан, CH₄, CH₃-CH₃, CH₃-OH, CH₃-CH(CH₃)-CH₃ каби бирикмаларда углерод биринчи валент ҳолатдадир.
Гибридланишда углерод атомининг фақат 2s ва 2p² орбиталлари иштирок этиши ҳам мумкин. Бунда учта янги sp²-гибрид орбиталлар ҳосил бўлади. Бундай гибридланиш sp²-гибридланиш деб аталади. Бундай гибрид электронларга эга бўлган углерод ясси деб аталади ва у бошқа атомлар билан қўш боғ орқали боғланган бўлади. Бундай углерод атоми иккинчи валент ҳолатидаги углерод деб аталади. Масалан каби бирикмалардаги қўш боғ тутган углерод атомлари иккинчи валент ҳолатидадир.
Гибридланишда фақат 2s ва 2p орбиталлар ҳам иштирок этиши мумкин. Бунда янги иккита sp гибрид орбиталлар ҳосил бўлади. Гибридланишнинг бу тури sp-гибридланиш деб аталади. sp-гибрид электронли углерод уч боғ ёки иккита қўш боғ тутган углерод атоми бўлган бирикмаларда бўлади. Углерод атомининг бу валент ҳолати учинчи валент ҳолат деб аталади. Масалан, каби бирикмалардаги уч боғ ёки иккита қўш боғ тутувчи углерод атомлари учинчи валент ҳолатдадир. қуйида турли хилдаги гибрид электронларнинг (атом орбиталларнинг) сферик кўриниши келтирилган:

Келтирилган sp³, sp² ва sp гибрид атом орбиталларининг сферик тузулишидан кўриниб турубдики, юқоридан пастга қараб гибрид орбиталлар таркибида s-орбиталнинг улуши ортиб бормоқда (иккинчи доира катталашиб бормоқда). Бу ҳолат турли валент ҳолатидаги углерод бирикмаларининг хоссаларида ўз аксини топади.
Шуни таъкидлаш керакки, гибридланиш физик ҳодиса сифатида амалда йўқ. У молекуладаги электронларнинг ҳақиқий тақсимлаш моделини, биз қўллайдиган усулини акс эттиради, холос.
Молекуляр орбиталлар.
Органик бирикмаларда биз уч хил углерод-углерод ковалент боғида дуч келамиз. Булар оддий (С-С), қўш (СқС) ва уч (CC) углерод-углерод боғлардир. Бу боғларни p, sp³, sp² ва sp-атом орбиталлари ҳосил қилади. Боғ ҳосил бўлишида иккита атом орбиталлари (АО) иккита молекуляр орбитал (МО) га айланади. Бу молекуляр орбиталлардан бири боғловчи, иккинчиси эса бўшаштирувчи молекуляр орбиталлардир. Боғлар ҳосил бўлишини тушунтирувчи методлардан бири – молекуляр орбиталлар методи бўйича боғловчи молекуляр орбитал ҳосил бўлиши учун атом орбиталлар функцияларининг ишораси бир хил бўлиши керак. Турли ишорага эга бўлган атом орбиталлари эса бўшаштирувчи молекуляр орбитал ҳосил қилади. Масалан, С-С оддий углерод-углерод -боғининг ҳосил бўлиш схемасини қуйидагича кўрсатиш мумкин:

Углерод-углерод қўш боғ ҳосил бўлганда боғларнинг бири -, иккинчиси эса -боғ бўлади. - боғни иккита углерод атомига тегишли 2 та sp²-гибрид атом орбиталлари юқоридаги схемадаги каби ҳосил қилади. p-атом орбиталларининг таъсирлашуви натижасида -боғнинг ҳосил бўлиш схемасини қуйидагича тасвирлаш мумкин:

-боғловчи МО электронлари ўқи ётувчи текислик молекула атомлари ётувчи текисликка перпендикуляр бўлади. -боғнинг бундай тузилиши ,-алмашинган олефинларда геометрик (цис-транс) изомерларнинг пайдо бўлишига сабаб бўлади.

Углерод-углерод уч боғидаги боғлардан бири -боғ бўлиб, бу боғни углеродларнинг sp-гибрид атом орбиталлари ҳосил қилади. қолган иккита боғ -боғ бўлиб, улар p-атом орбиталларининг жуфт-жуфт бўлиб таъсирлашувидан ҳозиргина келтирилган схемадаги каби ҳосил бўлади.
Ацетилен молекуласидаги -боғловчи МО ларни қуйидагича тасвирлаш мумкин:



Мисоллар:


1. CHNO таркибли ҳамма очиқ занжирли бирикмалар структура ва электрон формулаларини ёзинг.
Ечиш. 1) Циан кислотаси
Эркин ҳолда ва туз ҳолда учрайди.
2) Изоциан кислота
Эфирлар ҳолда учрайди.
3) қалдироқ кислота
Тузлар ҳолида учрайди
4) Нитрил оксиди



2. Метилнитрит, диметилсульфоксид, диметил эфирнинг уч фторли бор билан ҳосил қилган бирикмасининг структура ва электрон формулаларини ёзинг.
Ечиш. Метил нитрит
Диметилсульфоксид
Диметил эфирининг бор учфторид билан ҳосил қилган бирикмаси



3. Фенилизоцианатнинг ( , қ2,29) диполь моментига нисбатан фанилизотиоцианатнинг , қ2,85) диполь моментининг ката бўлишига мумкин бўлган сабабини айтинг.
Ечиш. Маълумки, бирикманинг диполь моменти, яъни унинг қутублиги қутублар орасидаги масофага, ҳамда қутблар зарядига боғлиқ. Шу муносабат билан фенилизотиоцианатдаги диполь моментнинг катталиги –СқО боғнинг узунлигига нисбатан CқS боғнинг узунроқ экани билан тушунтириш мумкин.


4. Метилазид CH₃N₃ молекуласидаги учала азот атоми диазометан молекуласидаги углерод ва азот атомлари бита тўғри чизиқда жойлашиши маълум бўлса уларнинг структара формулаларини ёзинг.
Ечиш. Октет қоидасига амал қилган ҳолда метилазид молекуласи учун қуйидаги икки структурани ёзиш мумкин:
1) 2)
Амалда метилазид молекуласидаги электронларнинг (ёки зарядларнинг) тақсимланиши шу икки структура оралиғида бўлади:

2) Диазометан учун ҳам шунга ўхшаш структураларни ёзиш мумкин.
1) 2) ёки