Парні системи, види сполучення - студопедія

Сполученими системами називаються сполуки, в яких є чергування подвійних і ординарних зв'язків. Найпростішим прикладом такої системи є молекула бутадієну-1,3. З структурної формули видно, що в молекулі містяться одна ординарна і дві подвійні зв'язку вуглець-вуглець, які повинні мати довжини зв'язків, відповідно, 0,153 нм і 0,132 нм, що характерно для довжин ординарної і подвійний зв'язків вуглець-вуглець в алканах і алкенів. Фізичними методами досліджень було встановлено, що довжини зв'язків між атомами С 1 і С 2. а також між С 3 і С 4 рівні 0,135 нм, а довжина зв'язку між атомами С 2 і С 3 дорівнює 0, 146 нм, молекула плоска, кути між зв'язками рівні 120 °. Ці особливості пояснюються виникненням поєднаної системи. Атомні орбіталі всіх атомів вуглецю в молекулі бутадієну-1,3 знаходяться в стані sp 2-гібридизації, в результаті якої кожен з них має три гібридні орбіталі, що лежать в одній площині під кутом 120 ° і одну негібридних р-орбіталь, що розташовується перпендикулярно цій площині .

Просторова будова бутадієну-1,3

Так як молекула має плоску конфігурацію, то все s-зв'язку, утворені за участю гібридних орбіталей, лежать в одній площині, а негібридних р-орбіталі розташовані перпендикулярно площині молекули і паралельно між собою. Освіта p-зв'язків між атомами С 1 і С 2 і між атомами С 3 і С 4 відбувається за рахунок двократного перекривання р-орбіталей з обох сторін щодо площини молекули, але так як все р-орбіталі паралельні, то в молекулі має місце додаткове взаємодія - перекривання р-орбіталей між атомами С 2 і С 3. супроводжується виділенням енергії, яка називається енергією сполучення. В результаті цього додаткового перекривання відбувається перерозподіл p-електронної щільності в молекулі і виникає делокалізованних (сполучена) p-система. При цьому між атомами С 1 і С 2. а також С 3 і С 4 p-електронна щільність зменшується, що призводить до збільшення довжини цих зв'язків в порівнянні з довжиною подвійного зв'язку С = С в алкенів, а між атомами С 2 і С 3 - p-електронна щільність збільшується, що призводить до зменшення довжини зв'язку в порівнянні з довжинами ординарних зв'язків с-с в алканах.

Делокалізація p-електронної щільності в бутадієном-1,3

У реальному молекулі бутадієну-1,3 немає подвійних або ординарних зв'язків, всі чотири р-електрона делокалізованних по всій системі сполучення, що охоплює вуглецевий скелет.

Таким чином, під терміном сполучення розуміють делокалізацію (перерозподіл) p-електронної щільності в молекулі, що приводить до зміни довжин зв'язків і збільшення її стійкості за рахунок виділення енергії. Розрізняють два типи сполучення: p, p- і p, p-сполучення, які можуть виникати як в циклічних, так і ациклічних молекулах.

p, p-Сполучення виникає, якщо в сполученні беруть участь р-орбіталі, що утворюють p-зв'язку. У розглянутій вище молекулі бутадієну-1,3 в сполученні брали участь чотири електрона атомів вуглецю, розташовані на р-орбіталях, що утворюють p-зв'язку, таким чином, можна зробити висновок про те, що в цьому випадку має місце p, p-сполучення.

Приклади систем, що мають p, p-сполучення

У молекулах акролеина і вінілацетилену сполучена система виникає за участю чотирьох р-орбіталей, на яких знаходяться чотири електрона. У Акролеїн в p, p-сполученні задіяні три р-орбіталі атомів від трьох атомів вуглецю, що знаходяться в sp 2-гібридизації, і р-орбіталь атома кисню. У вінілацетілене в p, p-сполученні беруть участь дві р-орбіталі від двох атомів вуглецю, що знаходяться в sp 2-гібридизації, і дві р-орбіталі від двох атомів вуглецю, що знаходяться в sp-гібридизації.

p, p-Сполучення може бути і в циклічних молекулах.