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


Химия билирубина и его аналогов / В настоящей монографии изложены результаты фундаментальных и прикладных исследований билирубина как основного представителя желчных пигментов человека и его синтетических аналогов — разнообразной группы соединений, объединяемых под общим названием «линейные олигопирролы», проведённых в нашей стране Химия билирубина и его аналогов
В настоящей монографии изложены результаты фундаментальных и прикладных ...
Пол и генетика бактерий / Исследования, проводимые на микроорганизмах, внесли немалый вклад в изучение ряда важнейших биологических проблем. При изучении микроорганизмов обнаружилось, что, помимо свойств, характерных и для высших организмов, у них имеется ряд специфических особенностей, позволяющих по-новому подойти к решениПол и генетика бактерий
Исследования, проводимые на микроорганизмах, внесли немалый вклад в изучение ...
Молекулярное моделирование. Теория и практика / В научном издании, написанном учёными из Германии, Франции и Швейцарии, имеющими большую педагогическую практику, на современном уровне рассмотрены основные методы молекулярного моделирования и дизайна лекарственных веществ — бурно развивающейся области современной компьютерной химии. Изложены теореМолекулярное моделирование. Теория и практика
В научном издании, написанном учёными из Германии, Франции и Швейцарии, имеющими ...
Биокатализ и биокатализаторы. Исторический очерк / Книга посвящена истории возникновения и развития двух основных проблем энзимологии — природы биокаталитических процессов и химической природы биокатализаторов. В ней впервые проанализированы условия формирования энзимологии. Дан очерк основных проблем энзимологии. В монографии собран большой фактичеБиокатализ и биокатализаторы. Исторический очерк
Книга посвящена истории возникновения и развития двух основных проблем ...