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


Practical Forensic Microscopy: A Laboratory Manual / Forensic Microscopy: A Laboratory Manual will provide the student with a practical overview and understanding of the various microscopes and microscopic techniques employed within the field of forensic science. Each laboratory experiment has been carefully designed to cover the variety of evidence dPractical Forensic Microscopy: A Laboratory Manual
Forensic Microscopy: A Laboratory Manual will provide the student with a practical overview and understanding of the various microscopes and ...
Биотермодинамика. Изучение равновесных биохимических процессов / Учебное пособие, в котором авторы из США и Великобритании в доступной форме рассматривают основные законы термодинамики в приложении к биофизическим системам. В гл. 1-3 изложена термодинамика равновесных процессов, знание которых необходимо для понимания биохимических и биофизических процессов. ГлавБиотермодинамика. Изучение равновесных биохимических процессов
Учебное пособие, в котором авторы из США и Великобритании в доступной форме ...
Жизнь молекул в экстремальных условиях. Горячий микромир Камчатки / Книга посвящена исследованию вопроса о том, в каких предельных экстремальных условиях возможно существование биомакромолекул и, следовательно, возможна жизнь. Обсуждение базируется на более чем тридцатилетнем опыте экспедиционных работ в областях активной вулканической деятельности. На Земле экстремЖизнь молекул в экстремальных условиях. Горячий микромир Камчатки
Книга посвящена исследованию вопроса о том, в каких предельных экстремальных ...
Introductory Chemistry: Concepts and Critical Thinking (6th Edition) / Introductory Chemistry: Concepts and Critical Thinking, Sixth Edition is a comprehensive learning system that offers print and media resources as well as an extensive study area available in MasteringChemistry. Unlike other introductory chemistry books, all the materials are coherently integrated inIntroductory Chemistry: Concepts and Critical Thinking (6th Edition)
Introductory Chemistry: Concepts and Critical Thinking, Sixth Edition is a comprehensive learning system that offers print and media resources as well ...