Файл: Пальм, В. А. Введение в теоретическую органическую химию учеб. пособие.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.10.2024

Просмотров: 177

Скачиваний: 0

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

 

 

 

 

Т а б л и ц а 43

Дипольные моменты некоторых связей, вычисленные исходя из двух

 

разных гипотез о

направлении, диполя связи Csp3— Н

 

 

D

 

 

Связь *

дс - —н + =

Мс+ — Н~ =

Связь

Д, D

 

= 0,4 D

= 0,4 D

 

 

С— F

1,39

2,19

НО

1,51

С—С1

1,47

2,27

НN

1,31

С— Вг

1,42

2,22

НS

0,7

С— I

1,25

2,05

N+->0-

4,3

С— N

0,45

1,26

Р + —>0~

2,9

С— О **

1,1

1,9

N+-+B-

2,55

С—О ***

0,7

1,5

 

 

С—О

2,4

3,2

 

 

C s N

3,1

3,9

 

 

* Атом, стоящий слева, является положительным полюсом диполя.

**В спиртах.

***В эфирах.

Т а б л и ц а 44

Аддитивные групповые составляющие дипольных моментов и углы 0

для групп X, приравненные дипольным моментам £Н 3— X

 

 

и СеН5 — X

в бензене при 25° С

 

X

СНз - X

 

с„н . - х

 

Д, D

0, град

д, D

0» град

 

с н 3

0

0

0,37

0

F

—1,79

0

— 1,47

0

С1

—1,87

0

— 1,59

0

Вг

—1,82

0

—1,57

0

I

—1,65

0

— 1,40

0

CF3

—2,32

0

—2,54

0

СС1,

- 1 ,5 7

0

—2,04

0

ОН

1,55

90

ОСН3

—1,28

124

1,28

72

n h 2

1,46

91

1,53

48,5

N (СН3)2

0,86

109

1,58

30

n o 2

—3,10

0

—4,01

0

ОНО

—2,49

125

. —2,96

146

с о с н 3

—2,75

120

—2,96

132

с о о н

—1,63

106

_

_

СООСНз

— 1,83

ПО

Примечание.

Групповой момент положителен,

если группа X является положительным

концом диполя.

 

 

 

 

определенные в газовой фазе, в бензене или каком-либо другом раство­ рителе.

Несмотря на неопределенность дипольных моментов связей С—Н, сопоставление экспериментальных значений дипольных моментов с векторными суммами моментов связей или групп позволяет делать впо­

183


лне определенные выводы о характере зависимости дипольных моментов от особенностей строения молекул.

В качестве измерительной единицы молекулярных дипольных мо­ ментов используется дебай (D) (Ш = 1-10-18 электростатических еди­ ниц). Диполь, состоящий из двух единичных зарядов, удаленных друг от друга на 1 А, обладает моментом в 4,80 D.

Значения дипольных моментов некоторых связей и групп приве­ дены в табл. 43 и 44.

ЗАВИСИМОСТЬ АДДИТИВНОГО ЗНАЧЕНИЯ ДИПОЛЬНОГО МОМЕНТА ОТ ГЕОМЕТРИИ МОЛЕКУЛЫ

Если влиянием электронных эффектов можно пренебречь, то ди­ польный момент молекулы может быть представлен как векторная сум­ ма групповых моментов. При этом существенное значение имеют как абсолютные величины последних, так и пространственная ориен­ тация групповых диполей, характеризующаяся углами между направ­ лениями диполей групп. Для простейшего случая двух таких диполей,

**> —>

—>

моменты которых равны p t и р 2, их сумма р равна

Р = (р? + pi — 2ЦЩ2 cos ф),

—> —>

где ф — угол между направлениями диполей р х и р 2.

Направление р определяется обычным параллелограммом сложе­ ния векторов (рис. 25).

Рис. 25. Представление дипольного момента р молекулы как векторной суммы моментов рх и р2Двух связей или групп. При значениях угла ф меж­

ду направлениями моментов рх ир2,

превышающих 90°,

имеет место

ча­

стичная компенсация моментов pj

и р2, а при ф=180°

и |p i|= |p |2

полная компенсация

 

 

При 0°^ф <90° (см. рис. 25, а) созф>0 и дипольный момент р молекулы превышает значение каждого из групповых моментов p t и р 2. При 90°^ф ^180° (см. рис. 25, б) дипольный момент р может стать меньше одного из групповых моментов (скажем р х), что достигается

при с о э ф < — ^2.. При ф=180° (cos ф=0) и |рх| = |р2| (см. рис. 25, в)

величина результирующего момента равна нулю. Этот результат пред­ ставляет собой частный случай общего положения, что дипольные мо­ менты центросимметричных молекул, в которых все групповые момен­ ты компенсируются противоположно направленными моментами иден­ тичных групп, равны нулю.

189


К числу таких молекул относятся все алканы, поскольку равно­ действующая дипольных моментов трех связей С—Н в метильной груп­ пе равняется дипольному моменту связи С—Н и т. д. В метане это приводит к компенсации дипольного момента любой из четырех связей С—Н моментами оставшихся трех связей. Если отождествить понятия эффективной электроотрицательности и поляризующего действия за­ местителя, характеризуемого его групповым дипольным моментом, то можно объяснить, почему индукционные постоянные о * для водорода и всех насыщенных алкидов составляют обособленную шкалу. Можно предположить, что о * для этих заместителей отражает их поляризуе­ мость под влиянием «электроотрицательных» заместителей, а а * для последних — их поляризующее действие (см. стр. 86).

Существенно различают дипольные моменты геометрических изо­ меров. В симметричных транс-изомерах с регулярными группами у двойной связи имеет место компенсация групповых моментов и их ди­ польные моменты равны нулю. В случае несимметрично замещенных двойных связей дипольные моменты транс- (анти-) и цис- (син-) изо­ меров также значительно различаются:

F

Ч с _ су р

\ с - с / Н

Н/ Ч Р

н / Ч н

транс-(\1 0)

цис-{ju = 2,42 D)

0,№

/\

НNOo

транс‘(и,=0,50 D)

При вращении вокруг одиночной связи С—С в соединениях типа X—СН2—СН2—X' меняется угол между направлениями диполей свя­ зей С—X и С—X' (или групп СН2Х и СН2Х'). Вследствие этого раз­ личные конформеры одного и того же соединения характеризуются раз­ ными значениями дипольного момента. Так, для транс- конформации 1,2-дихлорэтана р = 0 (центросимметричная конфигурация), а для гош- конформации р=2,63 D. Исходя из экспериментального значения р = = 1,47 D, можно рассчитать, что при 25° С 31,3% указанного соедине­ ния находится в форме гош-конформера.

190


Сильно различаются также дипольные моменты конформеров или стереоизомеров замещенных алициклических систем, что позволяет сопоставлять экспериментально измеренные и рассчитанные для раз­ личных конформеров или стереоизомеров значения дипольных момен­ тов, чтобы уточнить пространственное строение таких соединений.

Существенно различаются дипольные моменты изомерных о-, м- и я-дизамещенных бензенов. В этом случае следует пользоваться груп­ повыми моментами, определенными для монозамещенных бензенов, причем для о- и я-изомеров аддитивность соблюдается лишь в том слу­ чае, если отсутствует прямое полярное сопряжение между заместите­ лями, для чего оба они должны принадлежать либо к типу + R , либо

к — R. Для я-изомеров с одинаковыми регулярными

заместителями

р = 0 (дентросимметричность). Если же оба заместителя

нерегулярны,

то для различных поворотных изомеров дипольные моменты неодина­ ковы, а результирующий момент молекулы зависит от относительного содержания этих конформеров, т. е. усредняется с учетом свободного вращения.

Ниже приведено несколько примеров дизамещенных бензенов, с ука­ занием экспериментально измеренных и вычисленных по аддитивной схеме значений дипольных моментов

no2 no2 n o 2

 

 

 

NO,

^эксп = 6,00 О

^эксп

= 3,880

= 0

^выч= 6,93 О

 

= 4,010

 

Cl

Cl

Cl

Cl

^эксп

= 2,270

ЭКСП

= 2,76D

В Ы Ч

=1,480

=1,540

 

 

Cl

= 3.440

^"эксп

= 2,570

 

 

= 2,42 D

191