Двойная связь - Double bond

В химии двойная связь - это ковалентная связь между двумя атомами с участием четырех связывающих электронов, а не двух в одинарной связи . Двойные связи чаще всего возникают между двумя атомами углерода, например, в алкенах . Между двумя разными элементами существует множество двойных связей: например, в карбонильной группе между атомом углерода и атомом кислорода. Другие общие двойные связи обнаружены в азосоединениях (N = N), иминах (C = N) и сульфоксидах (S = O). В скелетной формуле двойная связь изображается как две параллельные линии (=) между двумя соединенными атомами; типографически для этого используется знак равенства . Двойные связи были впервые введены в химическую систему обозначений русским химиком Александром Бутлеровым .

Двойные связи с участием углерода прочнее и короче одинарных . Порядок облигаций - два. Двойные связи также богаты электронами, что делает их потенциально более реактивными в присутствии сильного акцептора электронов (как в реакциях присоединения галогенов).

Двойные связи в алкенах

Геометрия этилена

Тип связывания можно объяснить с точки зрения орбитальной гибридизации . В этилене каждый атом углерода имеет три sp 2 -орбитали и одну p-орбиталь . Три орбитали sp 2 лежат в плоскости с углами ~ 120 °. Р-орбиталь перпендикулярна этой плоскости. Когда атомы углерода приближаются друг к другу, две орбитали sp 2 перекрываются, образуя сигма-связь . В то же время две p-орбитали сближаются (снова в одной плоскости) и вместе они образуют пи-связь . Для максимального перекрытия p-орбитали должны оставаться параллельными, и, следовательно, вращение вокруг центральной связи невозможно. Это свойство приводит к цис-транс-изомерии . Двойные связи короче одинарных, потому что перекрытие p-орбиталей максимально.

При 133 пм длина этиленовой связи C = C короче, чем длина C-C в этане с 154 пм. Двойная связь также сильнее, 636  кДж моль -1 по сравнению с 368 кДж моль -1, но не вдвое больше, поскольку пи-связь слабее сигма-связи из-за менее эффективного пи-перекрытия.  

В альтернативном представлении двойная связь возникает в результате двух перекрывающихся sp 3 -орбиталей, как в изогнутой связи .

Вариации

В молекулах с чередующимися двойными связями и одинарными связями перекрытие p-орбиталей может существовать над несколькими атомами в цепи, что приводит к возникновению сопряженной системы . Конъюгацию можно найти в таких системах, как диены и еноны . В циклических молекулах конъюгация может приводить к ароматичности . В кумуленах две двойные связи смежны.

Двойные связи характерны для элементов 2 периода: углерода , азота и кислорода , и менее распространены для элементов более высоких периодов . Металлы также могут участвовать в множественной связи в множественной связи металлического лиганда .

Гомологи алкена 14 группы

Соединения с двойной связью, гомологи алкена , R 2 E = ER 2 теперь известны для всех более тяжелых элементов группы 14 . В отличие от алкенов эти соединения не плоские, а имеют скрученную и / или трансбентную структуру. Эти эффекты становятся более выраженными для более тяжелых элементов. Дистаннен (Me 3 Si) 2 CHSn = SnCH (SiMe 3 ) 2 имеет длину связи олово-олово немного короче, чем одинарная связь, прозрачную структуру с пирамидальной координацией у каждого атома олова и легко диссоциирует в растворе до форма (Me 3 Si) 2 CHSn: (станнандиил, аналог карбена). Связь включает две слабые донорно-акцепторные связи, неподеленная пара на каждом атоме олова перекрывается с пустой p-орбиталью на другом. Напротив, в дисиленах каждый атом кремния имеет плоскую координацию, но заместители скручены, так что молекула в целом не является плоской. В диплумбенах длина связи Pb = Pb может быть больше, чем у многих соответствующих одинарных связей. Плюмбены и станнены обычно диссоциируют в растворе на мономеры с энтальпиями связи, которые составляют лишь часть соответствующих одинарных связей. Некоторые плумбены и станнены с двойными связями аналогичны по прочности водородным связям. Модель Картера-Годдарда-Мальье-Тринкье может быть использована для предсказания природы связи.

Типы двойных связей между атомами

C О N S Si Ge Sn Pb
C алкен карбонильная группа я добываю тиокетон , тиоальдегиды
О дикислород нитрозосоединение сульфоксид , сульфон , сульфиновая кислота , сульфоновая кислота
N азосоединение
S дисера
Si алкилиденсиланы Силены
Ge germenes
Sn станнены
Pb отвесы

Рекомендации

  • Пюккё, Пекка; Ридель, Себастьян; Пацшке, Майкл (2005). «Ковалентные радиусы с тройной связью». Химия: Европейский журнал . 11 (12): 3511–20. DOI : 10.1002 / chem.200401299 . PMID  15832398 .