結合長

分子幾何学において、結合長または結合距離は、分子内の結合した2つの原子の原子核間の平均距離として定義される。これは、固定された種類の原子間の結合に固有の性質であり、分子の他の部分とは比較的独立している。

結合長は結合次数に関係しており、結合形成に関与する電子の数が多いほど結合は短くなります。また、結合長は結合強度と結合解離エネルギーに反比例します。他の条件がすべて同じであれば、結合が強いほど結合長は短くなります。同一の原子間の結合では、結合距離の半分が共有結合半径に等しくなります。

結合長は、固体状態ではX線回折によって測定され、気相状態ではマイクロ波分光法によって近似的に測定される。特定の原子対間の結合は、分子によって異なる場合がある。例えば、メタンの炭素-水素結合は、塩化メチルの炭素-水素結合とは異なる。しかし、一般的な構造が同じであれば、一般化することは可能である。

以下に、炭素と他の元素との実験的に得られた単結合の表を示します。結合長はピコメートル単位で表されます。近似的に、2つの異なる原子間の結合距離は、個々の共有結合半径の合計になります（これらの半径は、各元素の化学元素の記事に記載されています）。一般的な傾向として、結合距離は周期表の行に沿って減少し、族に沿って減少します。この傾向は、原子半径の傾向と同一です。

分子内の2つの原子間の結合長は、原子だけでなく、軌道混成や置換基の電子的性質や立体的性質などの要因にも依存します。ダイヤモンドの炭素-炭素（C-C）結合長は154 pmです。これは一般的に炭素-炭素単結合の平均長と考えられていますが、通常の炭素共有結合で存在する最大の結合長でもあります。原子の長さの1単位（つまりボーア半径）は52.9177 pmなので、C-C結合長は2.91原子単位、つまり約3ボーア半径の長さになります。  

非常に長い結合長も存在します。現在、最も長いCC結合長の記録保持者は、180.6  pmの1,8-ビス(5-ヒドロキシジベンゾ[a,d]シクロヘプタトリエン-5-イル)ナフタレン^{[ 2 ]}です。これは、ヘキサフェニルエタン骨格をベースとした誘導体であるヘキサアリールエタンのカテゴリーに属する多くの分子の1つです。結合は、下の図に示すように、炭素C1とC2の間に位置します。

並外れたCC結合長を持つもう1つの注目すべき化合物はトリシクロブタベンゼンで、その結合長は160  pmと報告されている。シクロブタベンゼン類の中で最長のCC結合は、X線結晶構造解析 に基づくと174 pmである。^{[ 3 ]}この種の化合物では、シクロブタン環がベンゼン環に結合している炭素原子に90°の角度を強制するが、通常は120°の角度となる。

2つのテトラシアノエチレンジアニオンの二量体では、2電子4中心結合であるにもかかわらず、最大290  pmの非常に長いC–C結合長が存在すると主張されている。 ^{[ 4 ] [ 5 ]}この種の結合は、中性フェナレニル二量体でも観察されている。これらのいわゆる「パンケーキ結合」^{[ 6 ]}の結合長は最大305 pmである。 

平均よりも短いC–C結合距離も可能であり、アルケンとアルキンは、シグマ結合のs軌道性 の増加により、それぞれ133 pmと120 pmの結合長を持つ。ベンゼンでは、すべての結合が同じ長さである139 pmである。炭素–炭素単結合のs軌道性の増加は、ジアセチレンの中心結合（137 pm）と特定の四面体二量体（144 pm）の中心結合でも顕著である。   

プロピオニトリルでは、シアノ基が電子を引き抜くため、結合長も短くなります（144  pm）。C–C結合を圧縮することは、ひずみを加えることによっても可能です。トリプチセンとフェニル基の間にメチル基が圧縮され、結合距離が147 pmと非常に短いIn-メチルシクロファンと呼ばれる珍しい有機化合物が存在します。インシリコ実験では、フラーレンに閉じ込められたネオペンタンの結合距離が136 pmと推定されました。^{[ 7 ]}この研究で得られた理論上の最小のC–C単結合は、仮想の四面体誘導体で131 pmです。^{[ 8 ]}   

同じ研究では、エタン分子のC-C結合を5  pm伸ばしたり縮めたりするには、それぞれ2.8 kJ/molまたは3.5 kJ / molのエネルギーが必要であると推定された。同じ結合を15 pm伸ばしたり縮めたりするには、それぞれ21.9 kJ/molまたは37.7 kJ/molのエネルギーが必要であると推定された。   

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