Hvorfor er der ingen fri rotation omkring en dobbeltbinding?

Manglen på fri rotation omkring en dobbeltbinding tilskrives den stivhed, der pålægges af \(p\) orbitaler involveret i dobbeltbindingen. I modsætning til enkeltbindinger, som dannes ved overlapning af \(sp^3\) hybridorbitaler, består dobbeltbindinger af en sigma-binding og en pi-binding.

Sigma Bond Dannelse:

I en dobbeltbinding er sigma-bindingen dannet af den frontale overlapning af to \(sp^2\) hybridorbitaler fra hvert carbonatom. \(sp^2\) hybridorbitalerne er resultatet af blandingen af ​​en \(s\) orbitaler og to \(p\) orbitaler, hvilket fører til et trigonalt plant arrangement af atomerne omkring dobbeltbindingen.

Pi-bindingsdannelse:

Pi-bindingen i en dobbeltbinding dannes af sideværts overlapning af to \(p\) orbitaler fra hvert carbonatom. Disse \(p\) orbitaler er vinkelrette på sigmabindingens plan og på hinanden. Elektrondensiteten af ​​pi-bindingen er koncentreret over og under sigma-bindingens plan, hvilket skaber en cylindrisk elektronsky.

Stivheden af ​​dobbeltbindingen opstår fra arten af ​​pi-bindingen. \(p\) orbitaler involveret i pi-bindingen har en håndvægtform med elektrontæthed koncentreret i to lapper på modsatte sider af kernen. Denne form begrænser rotation omkring dobbeltbindingen, fordi ethvert forsøg på at rotere vil forstyrre overlapningen af ​​\(p\) orbitaler og svække pi-bindingen. At bryde pi-bindingen ville kræve betydelig energitilførsel, hvilket gør rotation omkring dobbeltbindingen yderst ugunstig.

I modsætning hertil tillader enkeltbindinger dannet af overlapningen af ​​\(sp^3\) hybridorbitaler fri rotation, fordi elektrondensiteten er fordelt mere symmetrisk omkring bindingsaksen. \(sp^3\) orbitalerne kan rotere uden væsentligt at forstyrre bindingen, hvilket giver mulighed for de forskellige konformationer af molekyler med enkeltbindinger.

Derfor spiller tilstedeværelsen af ​​pi-bindingen og den begrænsede rotation omkring dobbeltbindingen afgørende roller ved bestemmelse af molekylær geometri, stabilitet og egenskaber af forbindelser, der indeholder dobbeltbindinger.