If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Если вы используете веб-фильтр, пожалуйста, убедитесь, что домены *.kastatic.org и *.kasandbox.org разблокированы.

Основное содержание
Текущее время:0:00Общая продолжительность:11:47

Транскрипция к видео

Итак, мы знаем, что бензол — это ароматический углеводород, потому что орбитали непрерывно перекрывают друг друга по кругу. Все шесть атомов углерода связаны двойными связями. Все они в состоянии sp2-гибридизации, у каждого есть свободная p-орбиталь. Т. к. молекула плоская, эти орбитали перекрывают друг друга и π-электроны делокализуются. Давайте посчитаем π-электроны. 1, 2, 3, 4, 5, 6. Правило Хюккеля соблюдается. В кольце должно быть 4n + 2 π-электрона. n у нас равно 1. 4 * 1 + 2 = 6. У бензола 6 π-электронов. n может быть любым целым числом, каким угодно. Это правило Хюккеля. Если оно соблюдается, цикл является ароматическим. А теперь посмотрите на молекулу пиридина. Он отличается от бензола тем, что один из атомов углерода заменен на азот. Пиридин — гетероцикл, потому что содержит в цикле гетероатомы. Гетероатом — это любой атом, который отличается от углерода. Гетероциклы бывают ароматическими. Проанализируем пиридин чуть подробнее. Вот структурная формула пиридина. Начнем с атомов углерода. Их всего пять, при каждом есть двойная связь. Каждый sp2-гибридизован и имеет свободную p-орбиталь. Я нарисую все p-орбитали в молекуле пиридина. Теперь перейдем к атому азота. Какой у него тип гибридизации? Для того чтобы узнать это, определим стерическое число. Оно равно сумме числа сигма-связей и неподеленных электронных пар. Подробнее об этом можно узнать в предыдущих роликах. Вот это сигма-связь. И вот сигма-связь. А вот неподеленная электронная пара атома азота. Итого стерическое число равно: две сигма-связи плюс одна электронная пара. Стерическое число равно 3, поэтому должно быть 3 гибридные орбитали. А это sp2-гибридизация. У азота три гибридные sp2-орбитали и одна негибридизированная p-орбиталь. Это значит, что мы можем добавить эту p-орбиталь к нашему рисунку. Сколько у пиридина π-электронов? 2, 4, 6 π-электронов. Правило Хюккеля соблюдается. Все p-орбитали перекрывают друг друга по кругу, соприкасаясь боками, и π-электроны делокализуются по циклу. Оба критерия выполняются. Это ароматическое соединение, что делает его химически более стабильным. Неподеленная электронная пара атома азота занимает гибридную sp2-орбиталь. У sp2-гибридизованного атома азота три такие гибридные орбитали. Одна из гибридных орбиталей образует вот эту связь, вторая орбиталь — эту связь, а последняя орбиталь содержит неподеленную пару электронов. Эта неподеленная пара не участвует в сопряжении, а остается локализованной у атома азота. В любой молекуле, похожей на молекулу пиридина, есть неподеленная электронная пара и электроны, которые участвуют в сопряжении, и их мы показали розовым цветом. Вот они, сопряжены. Отмеченные синим не участвуют в сопряжении. Они строго локализованы у атома азота. Это ароматическое соединение. Рассмотрим молекулу, похожую на пиридин. Это пиримидин. Проанализируем его тем же образом, что и пиридин. Начнем с атомов углерода, при каждом из которых есть двойная связь. Все они находятся в состоянии sp2-гибридизации. Поэтому я могу пририсовать к каждому из них свободную p-орбиталь. Теперь атомы азота. Та же ситуация, что и у пиридина. Вот здесь есть сигма-связь, вот еще одна, а вот неподеленная пара электронов. Атом азота в состоянии sp2-гибридизации, а вот эти π-электроны участвуют в сопряжении. У sp2-гибридизированного атома есть свободная p-орбиталь. Нарисую ее здесь. Эта синяя неподеленная пара электронов не участвует в сопряжении, а занимает гибридную sp2-орбиталь. Со вторым азотом то же самое. Вот сигма-связь, вот еще одна, вот неподеленная электронная пара. А также есть электроны, участвующие в сопряжении. Это также sp2-гибридизация, поэтому я рисую свободную p-орбиталь атома азота, а неподеленная электронная пара занимает гибридную sp2-орбиталь. Вот она, торчит вбок. В молекуле пиримидина также шесть π-электронов, которые делокализованы в цикле, так как p-орбитали перекрывают друг друга. Это также ароматическое соединение по обоим критериям. А неподеленные пары электронов локализованы у двух атомов азота. Пиримидин имеет большую важность для биохимии. В курсе биохимии вы поймете почему. А вот пример. Это молекула тимина, которая встречается в ДНК. Тимин содержит пиримидиновое кольцо, но на первый взгляд это не совсем очевидно. Посмотрите на атомы азота. Начнем с верхнего из них. У этого атома азота три сигма-связи и одна неподеленная электронная пара. Стерическое число равно четырем. Три сигма-связи и одна неподеленная пара, в сумме выходит четыре. Это 4 гибридные орбитали, то есть sp3-гибридизация. Значит, нет свободных p-орбиталей для участия в ароматической системе. Это совсем не то. Это даже не ароматическое пиримидиновое кольцо. Но дело в том, что это не sp3-гибридизация. У азота есть неподеленная пара электронов, которая делокализована и участвует в сопряжении в молекуле тимина. Вот эта неподеленная пара электронов не принадлежит этому атому азота. Эти электроны переходят сюда, образуя связь между атомами. А эти электроны переходят к атому кислорода. Из этого получается сопряженная система. Итак, вот атом азота. А вот оставшиеся атомы цикла. Неподеленная пара электронов образует двойную связь между двумя атомами. Вот что получается. У верхнего атома кислорода было две пары электронов, и добавилась еще одна пара, придав ему формальный заряд −1. Азот связан с атомом водорода. Теперь дорисуем оставшуюся часть молекулы. И вот сопряженная структура в молекуле тимина. Проанализируем атом азота в сопряженной структуре. Рассчитаем его стерическое число. У него есть сигма-связи: одна, вторая, третья. А неподеленных электронных пар нет. И стерическое число теперь составит 3 + 0, то есть 3. Следовательно, атом азота в состоянии sp2-гибридизации, и у него есть p-орбиталь. Неподеленная пара электронов, которую я отмечу розовым, больше не принадлежит атому азота. Она делокализована. Эта пара электронов участвует в сопряжении. Но это по-прежнему не совсем пиримидин. Нарисуем еще одну сопряженную структуру. Повторим то же самое. Сместим неподеленную электронную пару с атома азота. Сделаем то же самое, что и с предыдущим атомом. Может показаться, что электронная пара принадлежит азоту, но она делокализована в сопряженной системе молекулы. Давайте вновь изменим рисунок. Нарисуем циклическую молекулу с двумя атомами азота. Этот азот связан с атомом водорода. Бывшая неподеленная пара электронов образует двойную связь. Этот атом кислорода получает еще одну пару электронов, а с ней формальный заряд −1. Теперь давайте дорисуем все остальное. Двойную связь, метильную группу, отрицательно заряженный атом кислорода, у него формальный отрицательный заряд. Все атомы азота и водорода, вот двойная связь. И я забыл о положительном формальном заряде на азоте в этой сопряженной структуре. Вот положительный формальный заряд на этом атоме. Естественно, он сохраняется и здесь. И еще один заряд на этом атоме азота. Теперь посмотрите на оба азота. Оба атома находятся в одинаковой ситуации. Оба sp2-гибридизованы, стерическое число — 2, есть p-орбитали, p-орбиталь у каждого. И теперь становится очевидно, что здесь 6 π-электронов, которые могут делокализовываться. И теперь мы видим, что тимин содержит пиримидиновое кольцо, следовательно обладает ароматичностью и высокой устойчивостью. Проанализировав сопряженную систему, можно обнаружить ароматичность, то есть повышенную устойчивость. И вот пример биологического ароматического гетероцикла. И это очень важная в биохимическом плане молекула, которую мы проанализировали, взяв простую концепцию ароматичности из органической химии. Subtitles by the Amara.org community