Файл: Татевский В.М. Классическая теория строения молекул и квантовая механика.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 280

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

атомов (т. е. классификация химических связей G—С и С—Н)

была уже рассмотрена

раньше.

Прежде всего рассмотрим пары

атомов,

расположенных

в

цепи

химического

действия через.один

атом, т.

е. пары

(Э, Э)'.

Такими могут быть, например, пары

(Н, Н)',

(С, Н ) ' и

(С, С)',

входящие в состав

фрагментов первого

окружения атомов С.

 

 

 

 

Виды

пар (Н, Н)', очевидно, будут те же,

что и виды атомов С

или виды фрагментов первого окружения атомов С, содержащих

хоть одну пару (Н, Н)' . Фрагменты

первого

окружения атомов С,

содержащие пары (Н, Н)',

будут, очевидно,

следующими:

 

 

 

/

Н—С0 —Н

С—с,—н

— с — с 2 — н х

где индекс у атома С указывает число атомов С в его первом окру­ жении. Следовательно, в молекулах алканов будет существовать три вида пар (Н, Н)': (Н, Щ, (Н, Щ, (Н, H)J.

Виды пар (С, Н ) ' будут те же, что и виды атомов С, в первом окружении которых встречается хоть одна пара (С, Н)' . Фрагмен­ ты первого окружения атомов С таких видов будут, очевидно:

— С — С , — Н

— С — С 2 —-НI х

—СС——ССз3 —С—-

/

- \ н

/

\ Н

/

\ Н \

Следовательно, в молекулах алканов будет существовать три вида пар (С, Н)': (С, Щ, (С, Щ, (С, Н)'3.

Виды пар (С, С)' будут те же, что и виды атомов С, в первом окружении которых встречается хоть одна пара (С, С)'. Фраг­ менты первого окружения атомов С таких видов будут, очевидно:

\

/ С Г

\

/ С /

\

А /

— С — С г — Н ч

— С — С 3 — С —

— С— С 4 — С —

/

\ ' н

/

\ н \

/

\ c N

Следовательно, в молекулах алканов будет существовать три вида пар (С, С)': (С, С)'2, (С, С)'3, (С, С)'4.

В табл. 5 приведены все виды фрагментов первого окружения атомов С, встречающихся в молекулах алканов, обозначения видов пар (Н, Н)', (С, Н ) ' и (С, С)', встречающихся во фрагменте ато­ ма С каждого вида и числа пар каждого вида, содержащихся во фрагменте первого окружения атома С соответствующего вида.


Рассмотрим теперь

пары атомов,

стоящих через два атома в

цепи химического действия, т. е. пары

(Э, Э)" . Такими парами

мо­

гут быть

пары (Н, Н)",

(С, Н)",

(С, С)", входящие

в состав

фраг­

ментов первого окружения связей С—С.

 

 

 

Таблица

5. Виды атомов С, фрагментов

первого окружения атомов

С

 

 

и пар

(Н, Н)', (С, Н)' и (С, С)'

в молекулах алканов

 

 

 

 

 

 

 

 

Число пар (Э,

Э)'

Вид

Фрагмент

первого

Вид пары

Сокращенное

данного вида

 

обозначение

во фрагменте

атома С

окружения атома С

о ,

эу

вида пары

первого окружения

 

 

 

 

 

 

атома

С

 

/

Н — С 0 — Н

н \

/н

(Н, Н)'0

 

 

 

- с 0 -

Со

V ( H , Н)' =

6

 

\\ н

 

 

 

/

\

/н

 

н

\

с ,

/н

(н,

н>;

 

 

 

-

с

,

-

— с — с , — н

 

 

 

 

V ( H ,

Н)' =

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/

\ н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С \

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сі

 

(н,

с>;

V ( H ,

су =

3

 

 

 

/

\

\|/

 

 

\

/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/с

 

н

н

(Н,

Я)'2

 

 

 

_

с

2

-

— с — с 2

— н

 

 

 

с 2

 

V (H. ну =

1

 

 

 

\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/

\ н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\

 

/с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

.(н,

с>;

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V ( H . С)' =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с

\

с 2

/с

( С

С)\

 

С ) ' = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V ( C ,

 

 

 

/

\

/с/

н \

 

/ с

(Н, С)'3

 

 

 

- С 3

-

— С — С 3 — С—

 

 

Сз

.

V ( H ,

С)' —

3

 

 

 

\

/

\ н \

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сз

 

(С,

С)3 '

V ( C ,

С)' =

3

 

 

 

 

\

/

V

с

ч

/ с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\

— с — с 4

— с —

 

 

с 4

 

(С, С)'<

V ( C ,

су =

6

 

 

 

/

\ с

\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/ | \

Виды (и

разновидности)

пар (Н, Н)", (С,

Н)",

(С, С ) " могут

быть установлены из рассмотрения фрагментов

первого окружения

связей С—С

разных видов

и разновидностей. Для

иллюстрации


Таблица

6.

Виды (и разновидности) связей С^—С,,

С 2 ,

С і С з ,

Cj—С4 , С2 —-С2

*,

фрагментов первого окружения этих

связей и

пар (Н, Н)",

(С, Н)" и

(С, С)", входящих в первое окружение связей этих видов

(ядра

атомов С обозначены зачерненными кружками,

 

 

 

ядра атомов Н—светлыми кружками)

 

Вид (и разно­

Фрагмент первого

Вид

пары

видность) связи

окружения связи

О ,

Э)"

С - С

С - С

 

 

\ /

\ / 1

0?

f-c,-c2 -

С, С;

-с,-с«

 

Число

пар

вида

Сокращенное

(Э, Э)'-' во фраг­

обозначение

менте

первого

вида пары (Э, Э)'

окружения

связи

 

С - С

 

(н,

t

(Н,

н у

H>;v,

(Н,

Н ) ' ' 1 , 8

V і "

„ = 6

 

 

(Н,

Н)"

 

 

 

е

(Н, H ) f ' /

(Н, Н)£,«

(н, с);;/

(Н, С ) £ в

(Н, Н ) ^ '

(Н, Н ) £ , «

(н, Q ; ; /

(н, Q ; ; - *

(н, Q ; V

(н. с);;-,

V 1 2 1

„ =

2

(Н,

H)J •

^

(Н.

н у

 

V ' 2 1

=

1

V o ;

1

V 3

1

„ = 1

(Н,

Н ) ,

 

V 1

3

'

. = 2

V ( H , Н)"

 

V o ;,«• =

2

' н

 

С Г - 4

 

 

 

=

3

(Н, С).

 

V ( Н . С ) в » = 6

1

4

1

 

 


Продолжение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Число

пар вида

 

Вид (и разно­

Фрагмент первого

 

Вид пары

Сокращенное

 

(Э,

 

Э)"

 

во фраг-

 

видность) связи

окружения связи

 

О.

Э)"

обозначение

Э)"

ченте

первого

 

 

С - С

С-С

 

 

 

 

 

вида пары (Э,

окружения связи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С-С

 

 

—СоСо—

 

 

 

 

 

(Н, Н) 221

 

V 2

2

1

 

 

 

= 9

 

 

 

 

 

 

(Н,

Н ) 2 ' 2 /

 

 

сн,

Н ) "

^

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Н,

С ) £ «

 

V 2

2

1

 

=

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V 2

2

1

 

 

=

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

с » ; " 1

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

(Н,

Н)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^2

С2'

 

 

 

 

 

 

 

 

( Н ,

 

Hff

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(н, Н ) £ «

( Н ,

Н ) "

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Н,

С)"м

 

v

2

2 2

 

„ =

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Н, с £

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Н,

С)

 

V™*

 

„ =

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( H , C , G

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(с, с);;-/

v " 2

 

„ =

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(с,

о;

 

 

— С г — С 2

 

 

 

 

 

 

(Н,

Н ) ^ 8 '

 

V 2

 

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( Н . H ) J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Н, Н ) " ^ *

 

v 2

 

2

3

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

'9

 

 

 

 

 

( Н . Н ) "

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Н,

С ) 2 2 ' 3 '

 

(н,

 

в

=

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cft

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V 2

 

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Н, С ) й , «

 

 

 

 

 

 

 

 

<2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(С,

С ) 2 2 ' 3 в

 

V 2

 

2

3

 

 

 

 

 

*

В общем обозначении вида

и разновидности связи

С—С в алканах

( — С и > C J — \

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\ /

'

 

 

 

Ч/от

индекс

и, равный для всех связей

С—С единице,

опущен,

так что связь

вида и разновидности

(—С,<—*-С,—|

обозначена как (—С.-<—*-С,—\

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\ /

1

' \ h v

 

\ /

1

Ч / о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


в табл. 6 приведены виды и разновидности пар (Н, Н)", (С, Н ) " и (С, С)", входящих в первое окружение связей С—С видов Сі—Сі, Gi—С2, Сі—Сз, Сі—C4 и C2 —C2 . Аналогично тому, как это сделано

в табл.

6, могут

быть рассмотрены

виды

и

разновидности

пар

(Н, Н)",

(С, Н ) "

и (С, С)", встречающиеся

в

первом

окружении

связей СС и других видов и разновидностей.

 

 

 

 

Как

видно из этой таблицы, пары

(Н, Н)",

(С, Н)",

(С, С ) "

во

фрагментах первого окружения связей С—С могут еще разли­ чаться трансили гош-расположением атомов таких пар, т. е. своей поворотно-изомерной разновидностью.

ГЛАВА

XV U I

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗНЫХ ПРИБЛИЖЕНИЙ ДЛЯ ОТДЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ РАВНОВЕСНУЮ КОНФИГУРАЦИЮ ЯДЕР В МОЛЕКУЛЕ

§ 1. Общие замечания

Из сказанного выше и рассмотрения конкретных эксперимен­ тальных данных по равновесной конфигурации ядер в различных изученных молекулах, рядах молекул и отдельных фрагментах мог лекул можно установить закономерности разных приближений для отдельных групп параметров, характеризующих равновесную гео­ метрическую конфигурацию ядер. Эти закономерности можно раз­ делить на три класса: 1) закономерности в так называемых «ва­ лентных углах»; 2) закономерности в межъядерных расстояниях непосредственно химически связанных атомов (т. е. в межъядерных расстояниях пар атомов, осуществляющих главные взаимодей­ ствия); 3) закономерности в углах внутреннего вращения, т. е. в углах поворота одних атомных групп по отношению к другим.

Закономерности каждого из этих классов могут быть сформули­ рованы в различных приближениях — в более грубом приближении (назовем его условно первым приближением) на основе понятий типов атомов и типов связей и в более точном приближении (назо­ вем его условно вторым приближением) на основе понятий вида атомов и вида связей *.

§ 2. Закономерности первого приближения

Закономерности в равновесных значениях валентных углов. Ва­ лентные углы во фрагменте первого окружения некоторого атома типа Э 2 ' з> Р определяются химической индивидуальностью, валент­

ностью и распределением

единиц сродства

по связям (валентным

состоянием)

атома типа

Эг> q> р , т. е. только

типом этого атома, и

* Дальнейшее уточнение этих закономерностей принципиально возможно при

учете второго

окружения (и высших) атомов и связей при классификации атомов

и связей (см.

гл. XV § 7). В настоящее время это не имеет большого практиче­

ского значения за исключением сравнительно небольшого числа сильно развет­ вленных молекул или сильно «закрученных» поворотных изомеров (конформеров) молекул в каждом конкретном рассматриваемом ряде молекул. Здесь нам важно указать только на принципиальную возможность такого уточнения, даваемого классической теорией,