Нуклеофильное присоединение к карбонильной группе

Вот текст из книги:

As our nucleophile—which we are representing here as ‘Nu−’—approaches the carbon atom, the electron pair in its HOMO starts to interact with the LUMO (antibonding π*) to form a new σ bond. Filling antibonding orbitals breaks bonds and, as the electrons enter the antibonding π* of the carbonyl group, the π bond is broken, leaving only the C–O σ bond intact. But electrons can’t just vanish, and those that were in the π bond move off on to the electronegative oxygen, which ends up with the negative charge that started on the nucleophile. You can see all this happening in the diagram below

Итак по порядку

  1. HOMO реагирует с LUMO, образуя две новые \sigma и \sigma^{*} MO:
  2. Filling antibonding orbitals breaks bonds and, as the electrons enter the antibonding π* of the carbonyl group, the π bond is broken, leaving only the C–O σ bond intact . Почему говорят что мы заполняем π*? Мы же не заполняем ее: она взаимодействует с HOMO, и образует еще две МО, а заполняем мы новую образовавшуюся σ МО. :man_shrugging:
  3. В этом же предложении еще одна непонятка. Окей, нсмо с взмо реагируют. Все, нету больше у нас π*. А что делать π связывающей? Что ей делать без своего π*? Говорят, что π связь сломалась, значит этой π связывающей вообще не должно быть (ну нету связи, о какой связывающей может идти речь). Я предлагаю вот что: при разрыве связи, две МО (связ, разр) обратно превращаются в две АО (2p). Так как одна МО уже ушла с взмо нуклеофила, вторая просто превращается (?) в 2p. В итоге получается анион-кислород с НЭП на p орбитали, и кое-что такое:
    чего тут примечательного от реального продукта: угл между тремя связями углерода остался 120° (ну и правильно, зачем ему менятся). Нуклеофил связан не под 90°, а чуть под углом, потому что сама π* так под углом стоит, отклоняясь от узла:
    Такое чувство, будто я несу полнейший бред
  4. А так выглядят настоящий продукт
    Тут лишь один большой воспрос: как все превратилось в sp3?
4 лайка

добрый вечер! А что это за учебник?

2 лайка

Clayden

3 лайка

Она становится одной из несвязывающих у новой молекулы. Вернуться в 2p она не может, так как ей некуда “возвращаться”, в молекулах нет AО

Нет конечно, с чего ты решил это.

Потихоньку, по мере приближения нуклеофила к углероду, электронная структура перестраивается (плавно), так же плавно геометрия всей молекулы меняется вслед электронному превращению.

3 лайка

Ы. Вопрос хороший. Давайте посмотрим что происходит фактически:

Схема понятна? Тут надо бы учесть, что МО не ограничены двумя атомами, т.е. волновая функция с кислорода никуда не исчезает. Это то, что мы примерно можем показать математически. А теперь мы пытаемся это интерпретировать. Это больше \sigma(Nu-C) или \pi^*(C-C)? Или и то, и другое одновременно?[1]

А ничего не делать, она остается на месте. Принцип «на каждую связывающую орбиталь есть разрыхляющая» – это, по сути, некий теоретический трюк, позволяющий нам строить МО для простых молекул. Это не универсальный закон природы.

Но если так посмотреть, орбитали, которые делали \pi^* никуда не исчезли (смотри схему выше). И если мы считаем новую связь как одновременно \pi^*(C-C) и \sigma(Nu-C), то мы вполне можем считать, что \pi^* заполнена.

Не обязательно. Отсутствие \pi (любой, на самом деле) связи это либо отсутствие как таковой, либо полное заполнение связывающей и разрыхляющей орбиталей (потому что порядок связи тогда (2-2)/2=0.)

Ну, во-первых, \pi связь изначально состоит из p орбиталей. И еще раз – разрыв связи это не только исчезновение МО, но и просто заполнение связывающих и разрыхляющих орбиталей одновременно.

Что значит зачем? Мы образуем углерод с 4 связями, он будет становиться тетраэдрическим.


  1. Стоит помнить, что в квантовой механике строгого понятия «локализованных» связей особо нет. Каждая пара электронов участвует в связывании всей молекулы целиком. ↩︎

2 лайка

Вот тут кстати надо просто мысленно объединить две картинки. Заполненная сигма орбиталь будет выглядеть как то так:

Вот есть у нас C=O. Сидит спокойно, живет. А теперь к ней подходит нуклеофил. Вы рассматриваете как орбиталь нуклеофила будет взаимодействовать с орбиталью углерода. Но не забывайте, что даже если нуклеофил взаимодействует в химическом смысле с одним атомом, с точки зрения физики, вы приносите еще один «точечный» заряд, который имеет свое электрическое поле. Это электрическое поле будет ощущаться всеми другими зарядами в округе (с разной силой, 1/r конечно, но все же). Т.е. даже если нуклеофил химически связывается только с атомом углерода, его присутствие сдвигает электронную плотность у всех близлежащих молекул. Примерно так и происходит “перегибридизация”.

2 лайка

output

6 лайков

Душу дъяволу готов продать за анимации химических реакций.

4 лайка

Вы бы знали как я потею, когда выбираю кому дать вопрос решен . Прям как в том меме

2 лайка

я избавлю вас от страданий

1 лайк

Перед тем как нуклеофил подойдет на достаточное расстояние, \pi^* максимум заметна в нечто похожем на гиперконьюгацию:

3 лайка