Электронное строение алкенов и общая характеристика реакционной способности алкенов

 

Электронное строение алкенов иллюстрируется ниже на примере этилена.

В терминах правила октетов электронное строение этилена представляется следующей формулой Льюиса

 

 

В терминах гибридизации атомных орбиталей двойная связь образована за счет перекрывания вдоль линии С-С-связи sp²-гибридных орбиталей атомов углерода (σ-связь) и бокового перекрывания негибридизованных углеродных р-орбиталей (π-связь).

 

 

В терминах теории МО (метод МОХ) линейная комбинация двух атомных р_π-орбиталей атомов углерода формирует две π-МО этилена, связывающую φ₁ и разрыхляющую φ₂ (рис. 4.1).

 

Рис. 5.1. Формирование π-МО этилена

 

Рассчитанные значения энергий и собственных коэффициентов π-МО этилена приведены ниже

 

По сравнению с алканами алкены значительно легче ионизируются.

Первый потенциал ионизации этилена составляет лишь 10,5 эВ, при этом электрон уходит с занятой π-орбитали, которая является в молекуле этилена высшей занятой молекулярной орбиталью (ВЗМО).

 

 

По сравнению с алканами алкены имеют более высокое сродство к электрону. В частности, первое значение электронного сродства этилена, равное -1,78 эВ, соответствует тому, что избыточный электрон достаточно легко (по сравнению с алканами) «садится» на низшую свободную молекулярную орбиталь (НСМО) с образованием анион-радикала этилена.

 

 

Соответственно указанным значениям I₁ и А₁ жесткость электронной оболочки молекулы этилена оценивается сравнительно низкой величиной

,

что значительно ниже, нежели у алканов (сравни ).

Вследствие электронодонорного эффекта алкильных групп гомологи этилена ионизируются еще легче; в частности, первые потенциалы ионизации пропена и цис-бутена равны соответственно 9,73 и 9,12 эВ.

Еще одним доказательством электронодонорного эффекта метильных групп, связанных с двойной связью, является отличный от нуля дипольный момент цис-2-бутена:

 

 

В полном согласии с этими параметрами электронной структуры находится значительно более высокая реакционная способность алкенов по сравнению с алканами. Пространственная и энергетическая доступность π-МО алкена объясняет его повышенную склонность, прежде всего, к реакциям электрофильного присоединения.

 

 

5.5. РПЕАКЦИИ ЭЛЕКТРОФИЛЬНОГО ПРИСОЕДИНЕНИЯ (А_Е)

 

Электрофильное присоединение (А_Е) – присоединение, в котором в скоростьлимитирующей стадии атакующей частицей является электрофил. Как правило, реакции электрофильного присоединения начинаются со стадии образования π-комплекса. При этом молекула алкена выступает в качестве π-донора. Эта стадия протекает быстро, не влияет на скорость всего процесса и часто в схемах механизмов опускается.