Номер 552, страница 123 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

552. Для альдегидов характерны реакции присоединения. Какая связь углерод—кислород ($ \sigma $- или $ \pi $-) разрушается в результате данных реакций? Поясните свой ответ.

Решение

Для альдегидов характерны реакции присоединения по карбонильной группе $C=O$. Эта группа содержит двойную связь между атомами углерода и кислорода. Любая двойная связь состоит из одной прочной $\sigma$-связи (сигма-связи) и одной менее прочной $\pi$-связи (пи-связи).

1. Строение связей:
$\sigma$-Связь образуется при осевом (прямом) перекрывании гибридных орбиталей атомов. Она характеризуется высокой прочностью, и ее электронная плотность сконцентрирована вдоль линии, соединяющей ядра атомов. Эта связь образует "скелет" молекулы.
$\pi$-Связь образуется при боковом перекрывании негибридных p-орбиталей. Эта связь значительно слабее $\sigma$-связи, поскольку области перекрывания орбиталей находятся над и под плоскостью $\sigma$-связи. Электроны $\pi$-связи более подвижны и, следовательно, более доступны для атаки реагентов.

2. Механизм реакции присоединения:
Реакции присоединения протекают с разрывом кратных связей. Из-за разницы в прочности, в первую очередь разрывается самая слабая связь, которой в двойной связи $C=O$ является $\pi$-связь. Прочная $\sigma$-связь при этом сохраняется, удерживая атомы углерода и кислорода вместе.
Кроме того, связь $C=O$ сильно поляризована из-за высокой электроотрицательности кислорода. На атоме кислорода возникает частичный отрицательный заряд ($O^{\delta-}$), а на атоме углерода — частичный положительный ($C^{\delta+}$). Этот положительный заряд на углероде делает его уязвимым для атаки нуклеофильных реагентов, что инициирует разрыв подвижной $\pi$-связи.

Рассмотрим на примере гидрирования (присоединения водорода) альдегида:

$R-\overset{\large\delta+}{C}H=\overset{\large\delta-}{O} + H_2 \xrightarrow{Ni, Pt} R-CH_2-OH$

В ходе этой реакции $\pi$-связь в группе $C=O$ разрывается, и по месту разрыва к углероду и кислороду присоединяются атомы водорода. В результате двойная связь $C=O$ превращается в одинарную $C-O$ ($\sigma$-связь), а также образуются две новые $\sigma$-связи ($C-H$ и $O-H$).

Ответ: В результате реакций присоединения к альдегидам разрушается $\pi$-связь в карбонильной группе $C=O$. Это происходит потому, что $\pi$-связь является менее прочной и более реакционноспособной по сравнению с $\sigma$-связью.