Пи облигация - Pi bond

Электронные атомные и молекулярные орбитали, в правом нижнем углу показана связь пи

Пи облигации (π связи) находятся ковалентный химические связи где две доли орбитальный на одном атоме перекрываются две доли орбитали на другом атоме, и это перекрытие происходит сбоку. Каждая из этих атомных орбиталей имеет ноль электронная плотность на общем узловая плоскость, проходя через два скрепленных ядра. Эта же плоскость также является узловой плоскостью для молекулярная орбиталь связи пи. Пи-связи могут образовываться в виде двойных и тройных связей, но в большинстве случаев не образуются в виде одинарных.

Две p-орбитали, образующие π-связь.

Греческая буква π в их названии говорится о p орбитали, поскольку орбитальная симметрия Пи-связи такая же, как у р-орбитали, если смотреть вниз по оси связи. Одна из распространенных форм такого типа связи включает сами p-орбитали, хотя d-орбитали также участвуют в пи-связи. Этот последний способ является частью основы для металл-металл многократное соединение.

Этилен (этен), небольшая органическая молекула, содержащая пи-связь, показана зеленым цветом.

Связи Pi обычно слабее, чем сигма-облигации. В C-C двойная связь, состоящий из одной сигмы и одной пи-связи,[1] имеет энергию связи менее чем в два раза больше, чем у одинарной связи C-C, что указывает на то, что стабильность, добавленная пи-связью, меньше, чем стабильность сигма-связи. С точки зрения квантовая механика, слабость этой связи объясняется значительно меньшим перекрытием между компонентными p-орбиталями из-за их параллельной ориентации. Это контрастирует с сигма-связями, которые образуют связывающие орбитали непосредственно между ядрами связывающих атомов, что приводит к большему перекрытию и прочной сигма-связи.

Связи Pi являются результатом перекрытия атомных орбиталей, которые контактируют через две области перекрытия. Пи-связи являются более диффузными связями, чем сигма-связи. Электроны в пи-связях иногда называют пи-электроны. Молекулярные фрагменты, соединенные пи-связью, не могут вращаться вокруг этой связи без разрыва пи-связи, потому что вращение включает нарушение параллельной ориентации составляющих р-орбиталей.

За гомоядерный двухатомные молекулы, склеивание π молекулярные орбитали имеют только одну узловую плоскость, проходящую через связанные атомы, и никакие узловые плоскости между связанными атомами. Соответствующие антисвязь, или π * («пи-звезда») молекулярная орбиталь, определяется наличием дополнительной узловой плоскости между этими двумя связанными атомами.

Множественные облигации

Типичный двойная связь состоит из одной сигма-связи и одной пи-связи; например, двойная связь C = C в этилен (ЧАС2C = CH2). Типичный тройная связь, например в ацетилен (HC≡CH), состоит из одной сигма-связи и двух пи-связей в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, содержащих ось связи. Две пи-связи - это максимум, который может существовать между данной парой атомов. Четверные облигации крайне редки и могут образовываться только между переходный металл атомов и состоят из одной сигма-связи, двух пи-связей и одной дельта-облигация.

Пи-связь слабее сигма-связи, но комбинация пи-и сигма-связи сильнее, чем любая связь сама по себе. Повышенная прочность множественной связи по сравнению с одинарной (сигма-связь) указывается разными способами, но наиболее очевидно сокращением длины связи. Например, в органической химии углерод – углерод длина облигаций около 154вечера в этан,[2][3] 134 пм в этилене и 120 пм в ацетилене. Чем больше облигаций, тем короче и прочнее общая связь.

Сравнение длин связей в простых структурах
Этан в шахматном порядке-CRC-MW-sizes-2D.png
Этилен-CRC-MW-sizes-2D.png
Ацетилен-CRC-IR-sizes-2D.png
этан (1 σ связка)этилен (1 σ связь + 1 π связь)ацетилен (1 σ связь + 2 π связи)

Особые случаи

Пи-связь может существовать между двумя атомами, которые не имеют чистого эффекта сигма-связи между ними.

В определенных металлические комплексы, pi взаимодействия между атомом металла и алкин и алкен Pi-антисвязывающие орбитали образуют пи-связи.

В некоторых случаях множественных связей между двумя атомами нет никакой чистой сигма-связи, только пи-связи. Примеры включают гексакарбонил дижелеза (Fe2(CO)6), дикарбон (C2), и диборан (2) (B2ЧАС2). В этих соединениях центральная связь состоит только из пи-связи из-за сигма антибонд сопровождая саму сигма-связь. Эти соединения использовались в качестве вычислительных моделей для анализа самой пи-связи, обнаружив, что для достижения максимального орбитальное перекрытие расстояния связи намного короче, чем ожидалось.[4]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Штрейтвизер, Эндрю; Heathcock, Clayton H .; Косовер, Эдвард М. (1992). Введение в органическую химию. Хиткок, Клейтон Х., Косовер, Эдвард М. (4-е изд.). Нью-Йорк: Макмиллан. стр.250. ISBN  978-0024181701. OCLC  24501305.
  2. ^ Вейлар, А. (1970). «Расслабление при внутреннем вращении этана и перекиси водорода». Теоретика Chimica Acta. 18 (1): 21–33. Дои:10.1007 / BF00533694.
  3. ^ Гармония, Марлин Д. (1990). «Равновесная длина одинарной связи углерод-углерод в этане». J. Chem. Phys. 93 (10): 7522–7523. Bibcode:1990ЖЧФ..93.7522Н. Дои:10.1063/1.459380.
  4. ^ Джеммис, Элуватингал Д.; Патхак, Бисваруп; Кинг, Р. Брюс; Шефер III, Генри Ф. (2006). «Длина связи и кратность связи: σ-связь предотвращает короткие π-связи». Химические коммуникации (20): 2164–2166. Дои:10.1039 / b602116f.