В химии двойная связь — это ковалентная связь между двумя атомами , включающая четыре связывающих электрона , в отличие от двух в одинарной связи . Двойные связи чаще всего встречаются между двумя атомами углерода, например, в алкенах . Многие двойные связи существуют между двумя различными элементами: например, в карбонильной группе между атомом углерода и атомом кислорода. Другие распространенные двойные связи встречаются в азосоединениях (N=N), иминах (C=N) и сульфоксидах (S=O). В скелетной формуле двойная связь изображается в виде двух параллельных линий (=) между двумя связанными атомами; типографски для этого используется знак равенства . [1] [2] Двойные связи были введены в химическую нотацию русским химиком Александром Бутлеровым . [ необходима цитата ]
Двойные связи с участием углерода прочнее и короче одинарных связей . Порядок связи равен двум. Двойные связи также богаты электронами, что делает их потенциально более реакционноспособными в присутствии сильного акцептора электронов (как в реакциях присоединения галогенов ).
Тип связи можно объяснить с точки зрения гибридизации орбиталей . В этилене каждый атом углерода имеет три sp2 - орбитали и одну p-орбиталь . Три sp2 - орбитали лежат в плоскости с углами ~120°. P-орбиталь перпендикулярна этой плоскости. Когда атомы углерода сближаются, две из sp2 - орбиталей перекрываются, образуя сигма-связь . В то же время две p-орбитали сближаются (снова в той же плоскости) и вместе 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, поскольку перекрытие p-орбиталей максимально.
Длина связи C=C этилена составляет 133 пм, что короче длины связи C−C в этане , которая составляет 154 пм. Двойная связь также сильнее, 636 кДж моль −1 против 368 кДж моль −1 , но не в два раза, поскольку пи-связь слабее сигма-связи из-за менее эффективного пи-перекрытия.
В альтернативном представлении двойная связь возникает из-за двух перекрывающихся sp 3 орбиталей, как в изогнутой связи . [3]
В молекулах с чередующимися двойными и одинарными связями перекрытие p-орбиталей может существовать над несколькими атомами в цепи, что приводит к образованию сопряженной системы . Сопряжение можно обнаружить в таких системах, как диены и еноны . В циклических молекулах сопряжение может привести к ароматичности . В кумуленах две двойные связи являются соседними.
Двойные связи обычны для элементов 2-го периода углерода , азота и кислорода , и менее распространены для элементов более высоких периодов . Металлы также могут участвовать в множественных связях в кратной связи металлического лиганда .
Соединения с двойной связью, гомологи алкенов , R 2 E=ER 2 теперь известны для всех более тяжелых элементов группы 14. В отличие от алкенов эти соединения не являются плоскими, а принимают скрученные и/или транс-изогнутые структуры. 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 одинарной связи, транс-изогнутую структуру с пирамидальной координацией у каждого атома олова и легко диссоциирует в растворе с образованием (Me 3 Si) 2 CHSn: (станнандиил, аналог карбена). Связь состоит из двух слабых донорно-акцепторных связей, неподеленная пара на каждом атоме олова перекрывается с пустой p-орбиталью на другом. [4] [5] Напротив, в дисиленах каждый атом кремния имеет плоскую координацию, но заместители скручены, так что молекула в целом не является плоской. В диплюмбенах длина связи Pb=Pb может быть больше, чем у многих соответствующих одинарных связей [5] Плюмбены и станнены обычно диссоциируют в растворе на мономеры с энтальпиями связей, которые являются лишь частью соответствующих одинарных связей. Некоторые двойные связи плюмбенов и станненов по прочности аналогичны водородным связям. [4] Модель Картера-Годдарда-Мальрие-Тринкье может быть использована для прогнозирования характера связи. [4]
{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) CS1 maint: numeric names: authors list (link){{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) CS1 maint: numeric names: authors list (link)