Номер 85, страница 21 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

1.85. С помощью символов ${\mathrm{\delta }}^{+}$, ${\mathrm{\delta }}^{-}$, ${\mathrm{\delta \delta }}^{+}$, $\delta {\mathrm{\delta }}^{-}$ обозначьте частичные заряды на атомах углерода в следующих молекулах (считайте, что $\left|{\mathrm{\delta }}^{+}\right|>\left|{\mathrm{\delta \delta }}^{+}\right|$ и $\left|{\mathrm{\delta }}^{-}\right|>\left|{\mathrm{\delta \delta }}^{-}\right|$):

Для определения частичных зарядов на атомах углерода используется понятие электроотрицательности (ЭО) и индуктивного эффекта. Атом с большей ЭО оттягивает на себя электронную плотность, приобретая частичный отрицательный заряд (δ⁻), в то время как атом с меньшей ЭО приобретает частичный положительный заряд (δ⁺). Этот эффект передается по цепи σ-связей (индуктивный эффект) и затухает с расстоянием. Символ δ обозначает больший по величине заряд, а δδ — меньший.

а) В молекуле $CH_3-CH_2-Cl$ атом хлора значительно более электроотрицателен, чем углерод. Он индуцирует на связанном с ним атоме углерода ($CH_2$) частичный положительный заряд (δ⁺). Этот положительный заряд, в свою очередь, оттягивает электронную плотность от соседнего атома углерода метильной группы ($CH_3$) по индуктивному эффекту. Этот эффект слабее, поэтому на метильном атоме углерода возникает меньший положительный заряд (δδ⁺).

Ответ: $CH_3^{\delta\delta+}-CH_2^{\delta+}-Cl$

б) В ацетоне ($CH_3-C(O)-CH_3$) атом кислорода карбонильной группы очень электроотрицателен и сильно оттягивает электронную плотность от карбонильного атома углерода. В результате на этом атоме углерода возникает большой частичный положительный заряд (δ⁺). Карбонильный углерод, став положительно заряженным, оттягивает электронную плотность от соседних атомов углерода метильных групп. Так как метильные группы равноудалены от карбонильного центра, на их атомах углерода возникают одинаковые, но меньшие по величине частичные положительные заряды (δδ⁺).

Ответ: $CH_3^{\delta\delta+}-C^{\delta+}(=O)-CH_3^{\delta\delta+}$

в) В молекуле этилмагнийбромида ($CH_3-CH_2-Mg-Br$) атом магния является металлом и обладает очень низкой электроотрицательностью по сравнению с углеродом. Поэтому связь C-Mg сильно поляризована в сторону углерода. Атом углерода, непосредственно связанный с магнием ($CH_2$), несет на себе значительный частичный отрицательный заряд (δ⁻). Этот заряд частично передается по индуктивному эффекту на соседний атом углерода метильной группы ($CH_3$), который приобретает меньший по величине частичный отрицательный заряд (δδ⁻).

Ответ: $CH_3^{\delta\delta-}-CH_2^{\delta-}-Mg-Br$

г) В молекуле метилацетата ($CH_3-C(O)O-CH_3$) карбонильный атом углерода связан с двумя более электроотрицательными атомами кислорода, что создает на нем самый большой частичный положительный заряд (δ⁺). Атом углерода метокси-группы ($-O-CH_3$) связан с одним атомом кислорода и также несет положительный заряд, но меньший, чем карбонильный (δδ⁺). Атом углерода ацетильной метильной группы ($-C(O)-CH_3$) связан с положительно заряженным карбонильным углеродом, что также индуцирует на нем небольшой положительный заряд (δδ⁺). В рамках предложенной системы обозначений, оба метильных углерода можно обозначить как δδ⁺, так как их заряды меньше основного заряда на карбонильном углероде.

Ответ: $CH_3^{\delta\delta+}-C^{\delta+}(=O)-O-CH_3^{\delta\delta+}$

д) В молекуле 1-фтор-2-хлорэтана ($F-CH_2-CH_2-Cl$) оба атома галогенов (фтор и хлор) более электроотрицательны, чем углерод, и вызывают на соседних атомах углерода частичные положительные заряды. Электроотрицательность фтора выше, чем у хлора, поэтому атом фтора оттягивает электронную плотность сильнее. Следовательно, на атоме углерода, связанном с фтором, будет больший частичный положительный заряд (δ⁺), а на атоме углерода, связанном с хлором, — меньший (δδ⁺).

Ответ: $F-CH_2^{\delta+}-CH_2^{\delta\delta+}-Cl$

е) В тетраметилсилане ($(CH_3)_4Si$) кремний менее электроотрицателен, чем углерод. Поэтому в каждой из четырех связей Si-C электронная плотность смещена к атому углерода. Все четыре метильные группы эквивалентны, и на каждом атоме углерода будет одинаковый частичный отрицательный заряд (δ⁻).

Ответ: $(CH_3^{\delta-})_4Si$

ж) В 1,1,2-трихлорэтане ($Cl_2CH-CH_2Cl$) все атомы хлора оттягивают электронную плотность от атомов углерода. Атом углерода группы $CH$ связан с двумя атомами хлора, в то время как атом углерода группы $CH_2$ — только с одним. Суммарный оттягивающий эффект двух атомов хлора сильнее, поэтому на атоме углерода группы $Cl_2CH$ будет больший частичный положительный заряд (δ⁺), а на углероде группы $CH_2Cl$ — меньший (δδ⁺).

Ответ: $Cl_2CH^{\delta+}-CH_2^{\delta\delta+}Cl$

з) В хлорангидриде хлоруксусной кислоты ($Cl-CH_2-C(O)-Cl$) карбонильный атом углерода связан с сильно электроотрицательными атомами кислорода и хлора, что создает на нем очень большой частичный положительный заряд (δ⁺). Атом углерода метиленовой группы ($-CH_2-$) связан с атомом хлора и с сильно электроноакцепторной карбонильной группой. На нем также возникает положительный заряд, но он меньше, чем на карбонильном углероде, поэтому его обозначают как δδ⁺.

Ответ: $Cl-CH_2^{\delta\delta+}-C^{\delta+}(=O)-Cl$

и) В пропаноле-2 ($CH_3-CH(OH)-CH_3$) атом кислорода гидроксильной группы оттягивает электронную плотность от центрального атома углерода, создавая на нем частичный положительный заряд (δ⁺). Этот атом углерода, в свою очередь, индуцирует меньшие частичные положительные заряды (δδ⁺) на двух соседних эквивалентных атомах углерода метильных групп.

Ответ: $CH_3^{\delta\delta+}-CH^{\delta+}(OH)-CH_3^{\delta\delta+}$