4.10. Делокализованные π-связи. Сопряжение

Ковалентная связь считается локализованной, если её электронная пара находится в поле двух ядер и связывает только два атома.
Делокализованная связь – связь, электронная пара которой рассредоточена между несколькими (более 2) ядрами атомов (подобие металлической связи).
Такая делокализация (рассредоточение) электронов характерна для сопряженных π-связей, т.е. кратных связей, чередующихся с одинарными.

Сопряженная система   Несопряженная система  
CH2=CH-CH=CH2                  CH2=CH-СН2-CH=CH2
  делокализованные π-связи     локализованные π-связи  

Рассредоточение электронов – энергетически выгодный процесс, т.к. приводит к снижению энергии молекулы. Необходимым условием делокализации π-электронов является π-перекрывание р-АО соседних sp2- или sp-атомов, лежащих в одной плоскости. С помощью атомно-орбитальной модели можно показать, как происходит делокализация π-связей в молекуле бутадиена:

Делокализация связей в молекуле бутадиена-1,3

Делокализация π-электронов приводит к тому, что в сопряженной системе связи становятся нецелочисленными (дробными), т.е. ни двойными или тройными, ни одинарными. Иначе говоря, связи имеют нецелочисленный порядок (раздел 4.7). Соответственно, длины делокализованных связей имеют промежуточные значения между длинами одинарных и кратных связей.

Типичным примером делокализации связей в циклической молекуле является бензол C6H6.

Атомно-орбитальные модели молекул, ионов и радикалов с делокализованными связями

Система сопряжeния может быть открытой или замкнутой (примеры) и содержать атом (C, N, O, S, Cl и т.д.) с неподеленной электронной парой (формулы I, II), с неспаренным электроном (III) или с вакантной р-АО (IV):

Системы сопряжения