А. Гибридизация орбиталей и химические связи

Большинство биомолекул — соединения углерода с водородом, кислородом, азотом, серой или фосфором. Устойчивые ковалентные связи между этими атомами неметаллов образуются в результате перекрывания определённых орбиталей двух атомов и формирования молекулярных орбиталей (см. Кинетика химических реакций), на которых располагаются по одному электрону от каждого атома. Так, четыре валентных электрона атома углерода занимают атомные орбитали 2s и 2р (1а). 2s-Орбиталь имеет форму шара (шаровую симметрию), а три 2p-орбитали — форму гантелей, вытянутых вдоль осей х, у, z. Следовало ожидать, что атомы углерода будут образовывать по крайней мере две различные молекулярные орбитали. Однако в действительности все четыре связи эквивалентны за счёт гибридизации орбиталей. Благодаря суммированию энергий одной s- и трёх р-орбиталей атом углерода образует четыре равноценные sp3-атомные орбитали, направленные по осям тетраэдра (sp3-гибридизация). Перекрывание таких орбиталей с 1s-орбиталями атомов водорода приводит к образованию четырёх σ-молекулярных орбиталей (1б). Это означает, что валентность атома углерода равна четырём, а в молекуле метана (CH4) имеются четыре простые (одинарные) ковалентные связи. По такому же принципу образуются простые связи между другими атомами. Так, фосфат-анион и катион аммония также имеют тетраэдрическую форму (1в).

Часто встречается тип связи, образованной за счёт гибридизации 2s-орбитали только с двумя из трёх 2p-орбиталей (sp2-гибридизация, 2а). В результате формируются три эквивалентные гибридные sp2-орбитали, расположенные в одной плоскости под углом 120°. Оставшаяся 2px-орбиталь располагается перпендикулярно плоскости. При формировании молекулярных орбиталей такие атомы могут образовывать два различных типа связей (2б): три sp2-орбитали образуют σ-связи, как описано выше, а электроны двух 2pх-орбиталей от двух атомов, то есть π-электроны, — вытянутую молекулярную π-орбиталь над и под плоскостью, занимаемой σ-связями. Этот тип связи носит название двойной связи. Двойные связи состоят из одной σ- и одной π-связей. Такой тип связи образуется лишь при наличии sp2-гибридизации у двух атомов, принимающих участие в её образовании. В отличие от простой связи вращение вокруг двойных связей невозможно, поскольку это должно вызывать разрушение π-орбиталей. Поэтому атомы при двойной связи лежат в одной плоскости (2в), что в свою очередь делает возможным существование цис- и транс-изомеров (см. Изомерия).


Основы биохимии. Общая химия / Химические связи

Статьи раздела «Химические связи»:

Следущая статья   |   — Вернуться в раздел


How to Build a Dinosaur: The New Science of Reverse Evolution / A world-renowned paleontologist reveals groundbreaking science that trumps science fiction: how to grow a living dinosaur Over a decade after Jurassic Park, Jack Horner and his colleagues in molecular biology labs are in the process of building the technology to create a real dinosaur. Based on new How to Build a Dinosaur: The New Science of Reverse Evolution
A world-renowned paleontologist reveals groundbreaking science that trumps science fiction: how to grow a living dinosaur Over a decade after Jurassic ...
Внутриклеточная Са<sup>2+</sup>-зависимая протеолитическая система животных / Монография представляет собой обобщающее издание, основанное на анализе современной зарубежной, отечественной научной литературы и собственных данных авторов по вопросам структурно-функциональной организации и биологической роли белков Са<sup>2+</sup>-зависимой протеолитической системы (кальпаинов иВнутриклеточная Са2+-зависимая протеолитическая система животных
Монография представляет собой обобщающее издание, основанное на анализе ...
Asphaltenes: Chemical Transformation during Hydroprocessing of Heavy Oils (Chemical Industries) / During the upgrading of heavy petroleum, asphaltene is the most problematic impurity since it is the main cause of catalyst deactivation and sediments formation. Exploring many aspects related to asphaltenes composition and conversion, Asphaltenes: Chemical Transformation during Hydroprocessing of HAsphaltenes: Chemical Transformation during Hydroprocessing of Heavy Oils (Chemical Industries)
During the upgrading of heavy petroleum, asphaltene is the most problematic impurity since it is the main cause of catalyst deactivation and sediments ...
Лекции по природоведческой микробиологии / Книга основана на курсе лекций, прочитанных в МГУ им. М. В. Ломоносова в 1995-2002 гг. Основное внимание уделено анализу природной среды обитания в рамках больших биосферных систем. Бактерии — катализаторы биогеохимических циклов, сформировали биосферу в течение первых двух третей её существования иЛекции по природоведческой микробиологии
Книга основана на курсе лекций, прочитанных в МГУ им. М. В. Ломоносова в 1995-2002 гг. ...