Биохимия - Химические реакции в живой клетке Том 1 - Д. Мецлер 1980

Молекулы, из которых мы состоим
Принципы построения малых молекул
Валентные углы

Целостность устойчивых органических молекул обусловлена образованием ковалентных связей. Как правило, это очень сильные связи: стандартная свободная энергия их образования (∆Gf) — около —400 кДж∙моль-1. Они имеют определенное направление (задаваемое значениями валентных углов) и определенную длину.

Одинарные связи, образуемые углеродными атомами, а также большей частью атомов фосфора, обычно характеризуются тетраэдрической конфигурацией. У таких атомов углерода все 6 валентных углов примерно одинаковы и равны углу тетраэдра, 109,5°. Этот угол полезно запомнить. В органических соединениях вдоль цепи атомов углерода валентные углы очень мало отличаются от этого значения. Близкие значения обычно характерны даже для атомов, соединенных меньше чем с четырьмя другими атомами; например, угол Н—О—Н в молекуле воды равен 105°, в молекуле аммиака углы Н—N—Н равны 107°. Эфиры характеризуются углом С—О—С, равным 111°. Вместе с тем в некоторых простых соединениях есть валентные углы, близкие к 90° (например, 92° в молекулах H2S и РН3 и 101° в молекуле Н2О2).

Присутствие двойных связей делает конфигурацию плоской, а валентные углы принимают значения ~ 120° (угол при вершине правильного шестиугольника). Во многих случаях группы, которые на первый взгляд не должны быть плоскими, являются таковыми вследствие резонанса: например, все атомы, участвующие в образовании пептидной группы (рис. 2-4), лежат практически в одной плоскости, валентные углы отличаются от 120° не более чем на 4°.

Таблица 2-1 Размеры некоторых атомова'б

Элемент

Ковалентный радиус, нм

Вандерваальсов радиус, нм

H

0,030

0,12

F

0,064

0,135

c

0,077

0,16

N

0,070

0,15

О

0,066

0,145

Cl

0,099

0,180

Si

0,117

—

Р

0,110

0,19

S

0,104

0,185

Br

0,114

0,195

I

0,133

0,215

«Радиус» метальной группы

0,20

Полутолщина ароматических молекул

0,170

а Pauling L., The Nature of the Chemical Bond, 3rd ed., pp. 224—227 and 260. Cornell Univ. Press, Ithaca, New York, 1960.

б Межатомное расстояние определяется путем сложения двух ковалентных радиусов. Вандерваальсовы радиусы показывают, как плотно могут быть упакованы молекулы. Так, наименьшее расстояние между атомами в макромолекулах примерно на 0,02 нм меньше суммы вандерваальсовых радиусов. [Sasisekharian V., Lakshminarayanan А. V., Ramachandran G. N., in: Conformation of Biopolymers (G. N. Ramachandran, ed.), Vol. 2, p. 641, Academic Press, New York, 1967.]