Строение двойной связи С=С
Двойная связь является сочетанием s- и p-связей (хотя она изображается двумя одинаковыми черточками, всегда следует учитывать их неравноценность). s-Связь возникает при осевом перекрывании sp2-гибридных орбиталей, а p-связь – при боковом перекрывании р-орбиталей соседних атомов углерода. Образование связей в молекуле этилена можно изобразить следующей схемой:
С=С s-связь (перекрывание 2sp2-2sp2) и p-связь (2рz-2рz)
С–Н s-связь (перекрывание 2sp2-АО углерода и 1s-АО водорода)
s-Связи, образуемые sp2–гибридными орбиталями, находятся в одной плоскости под углом 120°. Поэтому молекула этилена имеет плоское строение.
По своей природе p-связь резко отличается от s-связи: p-связь менее прочная вследствие меньшей эффективности перекрывания р-орбиталей.
В молекуле пропилена СН2=СН-СН3 в одной плоскости лежат 6 атомов:
два sp2-атома углерода и четыре связанные с ними атома (3 атома Н и атом С группы СН3). Вне этой плоскости находятся атомы водорода в метильной группе СН3, имеющей тетраэдрическое строение, т.к.этот атом углерода sp3–гибридизован.
Аналогичное строение имеют другие алкены.
Пространственная изомерия
Вращение атомов вокруг двойной связи невозможно без ее разрыва. Это обусловлено особенностями строения p-связи (p-электронное облако сосредоточено над и под плоскостью молекулы). Вследствие жесткой закрепленности атомов поворотная изомерия относительно двойной связи не проявляется. Но становится возможной цис—транс-изомерия.
Алкены, имеющие у каждого из двух атомов углерода при двойной связи различные заместители, могут существовать в виде двух пространственных изомеров, отличающихся расположением заместителей относительно плоскости p-связи. Так, в молекуле бутена-2 СН3-СН=СН-СН3 группы СН3 могут находиться либо по одну сторону от двойной связи в цис-изомере, либо по разные стороны в транс-изомере.
Цис-транс-изомерия не проявляется, если хотя бы один из атомов С при двойной связи имеет 2 одинаковых заместителя. Например, бутен-1 СН2=СН-СН2-СН3 не имеет цис- и транс-изомеров, т.к. 1-й атом С связан с двумя атомами Н.
Цис- и транс-изомеры отличаются не только физическими, но и химическими свойствами, т.к. сближение или удаление частей молекулы друг от друга в пространстве способствует или препятствует химическому взаимодействию.
Иногда цис-транс-изомерию не совсем точно называют геометрической изомерией. Неточность состоит в том, что все пространственные изомеры различаются своей геометрией, а не только цис- и транс-.
