二重結合

化学において、二重結合とは、 2 つの原子間の共有結合で、単結合の 2 つの電子とは対照的に、4 つの結合電子が関与する。二重結合は、アルケンなどの 2 つの炭素原子間で最も一般的に発生する。2 つの異なる元素間には、炭素原子と酸素原子間のカルボニル基など、多くの二重結合が存在する。その他の一般的な二重結合は、アゾ化合物(N=N)、イミン(C=N)、およびスルホキシド(S=O) に見られる。骨格式では、二重結合は、結合した 2 つの原子間の 2 本の平行線 (=) として描かれ、印刷上は等号が使用される。^{[1] [2]二重結合は、}ロシアの化学者アレクサンダー・ブトレロフによって化学表記法に導入された。^[要出典]

炭素を含む二重結合は、単結合よりも強くて短いです。結合次数は 2 です。二重結合は電子が豊富なため、強力な電子受容体が存在すると、潜在的に反応性が高くなる可能性があります (ハロゲンの追加反応など)。

• 二重結合を持つ化合物
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  エチレン 炭素-炭素二重結合
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  アセトン 炭素-酸素二重結合
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  ジメチルスルホキシド 硫黄-酸素二重結合
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  ジアゼン 窒素-窒素二重結合

結合の種類は、軌道混成の観点から説明できます。エチレンでは、各炭素原子は3つのsp ²軌道と1つのp軌道を持っています。3つのsp ²軌道は、約120°の角度で平面上にあります。p軌道はこの平面に対して垂直です。炭素原子が互いに近づくと、2つのsp ^{2軌道が重なり合って}シグマ結合を形成します。同時に、2つのp軌道が（これも同じ平面で）近づき、一緒にパイ結合を形成します。重なりを最大化するには、p軌道は平行のままでなければならないため、中心の結合の周りを回転することはできません。この特性により、シス-トランス異性が生じます。p軌道の重なりが最大化されるため、二重結合は単結合よりも短くなります。

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  2つのsp ²軌道（合計3つの軌道）が接近してsp ² -sp ²シグマ結合を形成する
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  2つのp軌道が重なり合って、シグマ平面に平行な平面でπ結合を形成する。
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  エチレンのπ結合（緑）

エチレンのC=C 結合長は 133 pm で、エタンの C−C 結合長154 pm よりも短い。二重結合も強く、636  kJ  mol ⁻¹と 368 kJ mol ⁻¹だが、π 結合がシグマ結合よりも弱いのは、π 重なりがあまり有効ではないためである。

別の表現では、二重結合は曲がった結合のように2つのsp3軌道^が重なり合って生じます。^[3]

二重結合と単結合が交互に存在する分子では、鎖内の複数の原子に p 軌道の重なりが存在し、共役系が生じることがあります。共役は、ジエンやエノンなどの系で見られます。環状分子では、共役によって芳香族性が生じることがあります。クムレンでは、2 つの二重結合が隣接しています。

二重結合は、周期表の第 2 周期元素である 炭素、窒素、酸素では一般的ですが、より高周期の元素ではそれほど一般的ではありません。金属も、金属配位子多重結合で多重結合を行うことができます。

二重結合化合物、アルケン同族体、R ₂ E=ER ₂は、現在、第 14 族の重い元素すべてで知られています。アルケンとは異なり、これらの化合物は平面ではなく、ねじれ構造および/またはトランスベント構造を採用しています。これらの効果は、重い元素ではより顕著になります。ジスタンネン (Me ₃ Si) ₂ CHSn=SnCH(SiMe ₃ ) ₂は、スズ-スズ結合長が単結合よりわずかに短く、各スズ原子でピラミッド型に配位したトランスベント構造を持ち、溶液中で容易に解離して (Me ₃ Si) ₂ CHSn: (スタンナンジイル、カルベン類似体) を形成します。結合は 2 つの弱いドナー アクセプター結合で構成され、各スズ原子の孤立電子対がもう一方の空の p 軌道と重なっています。^{[4] [5]} 対照的に、ジシレンでは各シリコン原子は平面配位しているが、置換基がねじれているため分子全体が平面ではない。ジプルンベンでは、Pb=Pb結合長は、多くの対応する単結合よりも長くなることがある^[5]プルンベンとスタネンは一般に、対応する単結合のほんの一部である結合エンタルピーで溶液中でモノマーに解離する。プルンベンとスタネンの一部の二重結合は、強度が水素結合に似ている。^[4]カーター・ゴダール・マルリュー・トリンキエモデルを使用して結合の性質を予測することができる。^[4]

• ピュッコ、ペッカ。リーデル、セバスチャン。マイケル・パツシュケ (2005)。 「三重結合共有結合半径」。化学: ヨーロッパのジャーナル。11 (12): 3511–20。土井：10.1002/chem.200401299。PMID  15832398。