大π键

更新时间:2023-11-10 15:58

在多原子分子中如有相互平行的p轨道,它们连贯重叠在一起构成一个整体,p电子在多个原子间运动形成π型化学键,这种不局限在两个原子之间的π键称为离域π键,或共轭大π键,简称大π键。

形成条件

①这些原子多数处于同一平面上;

②这些原子有相互平行的p轨道;

③p轨道上的电子总数小于p轨道数的2倍。

离域π键的形成常使体系的能量降低,分子的稳定性增加。

离域π键的表示法 Πnm 下标n为p轨道数(参加成键的原子数目)上标m为p电子数

大π键是3个或3个以上原子彼此平行的p轨道从侧面相互重叠形成的π键。

通常指芳香环的成环碳原子各以一个未杂化的2p轨道,彼此侧向重叠而形成的一种封闭共轭π键。

在苯分子中,六个碳原子和六个氢原子完全相同,且实验表明苯分子中的六个碳碳键也完全相同。杂化轨道理论认为,苯分子中的每个碳原子都采取sp2杂化, 3个杂化轨道有2个形成碳碳σ键,另一个与氢原子形成σ键;每个碳原子中, 还有一个未杂化的p轨道,这6个p轨道一起形成π键,由于苯分子中的π键是多个原子形成的,一般称为大π键。处在p键上的电子不再只属于一个原子所有,而是在整个大π键上运动是离域的,因此又称为离域π键。含有大π键的分子很多,如BF3、CO32-、NO2、1,3-丁二烯、苯酚、萘等分子中都含有大π键。离域π键用符号Pnm表示, n是形成π键的原子数, m是p电子的总数, 例如丁二烯是P44离域π键;萘分子是P1010离域π键。

苯的大π键是平均分布在六个碳原子上,所以苯分子中每个碳碳键的键长键能是相等的。

又如,1,3-丁二烯分子式为H2C=CH-CH=CH2。4个碳原子均与3个原子相邻,故采用sp2杂化。这些杂化轨道相互重叠,形成分子σ骨架,故所有原子处于同一平面。每个碳原子还有一个未参与杂化的p轨道,垂直于分子平面,每个p轨道里面有一个电子,故丁二烯分子中存在一个“4轨道4电子”的p-p大π键。通常用πab来表示,其中a为平行的p轨道的数目,b表示平行p轨道里电子数。

当然,无机化合物中也存在这样的π键,例如:CO2(二氧化碳)的中心原子c采取sp杂化(两条不满的p轨道),而且氧原子也有不成对的p电子,这三个原子中就在两个方向上形成了各有四个电子的两个离域π键。

对化合物性质的影响

离域π键的形成能增加物质的导电性,比较明显的一个例子是石墨,由于石墨层之间离域π电子的存在,使石墨能导电,具有金属光泽,也比较柔软。而金刚石是不存在离域π键,所以它硬度很高,也不导电。

离域π键的形成对物质颜色有影响,比如酚酞指示剂,在碱性条件下会变红,就是因为在碱性条件下形成了一个大的离域π键,增加了离域π电子的活动范围,使体系整体的能量降低,能级间隔变小,光谱也就从紫外区移到了可见光区。

离域π键的形成对物质的酸碱性也有影响,比如苯酚显酸性,苯胺显碱性,都与离域π键的形成有关。

π键类型

离域π键:在这类分子中,参与共轭体系的所有π 电子的游动不局限在两个碳原子之间,而是扩展到组成共轭体系的所有碳原子之间。这种现象叫做离域。共轭π键也叫离域键或非定域键。由于共轭π 键的离域作用,当分子中任何一个组成共轭体系的原子受外界试剂作用时,它会立即影响到体系的其它部分。共轭分子的共轭π键或离域键是化学反应的核心部位。

定域π键:有机分子中只包含 σ 键和孤立π 键的分子称为非共轭分子。这些σ 键和孤立π 键,习惯地被看成是定域键,即组成σ 键的一对σ 电子和孤立π 键中一对π 电子近似于成对地固定在成键原子之间。这样的键叫做定域键。例如,C2H4分子的任何一个C-Hσ 键和CH2=CH2分子的π 键,其电子运动都局限在两个成键原子之间,都是定域键

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