～単結合・二重結合の長さ？＠ベンゼン～

質問

ベンゼンは”正六角形”になっている、と聞いています。
しかし、単結合と二重結合では”単結合の方が長い”、とも聞いています。
これってどういうことでしょう？

構造式を見てみると、ベンゼンは・・・まぁ無理矢理命名すると
『１，３，５－ｃｙｃｌｏｈｅｘａｔｒｉｅｎｅ』って感じでしょうか。
二重結合と単結合が一つおきにありますよね。

・・・じゃあ、正六角形にならないじゃないですかァ！！（何
どういうことなんでしょう？？？
どなたか教えてください。お願いします。m(_ _)m

回答No.7

rei00 · ベストアンサー

gedo-syosa さん
> 試験では点が取れませんが、好きなんですよ～、化学が。（笑
kawariv さん
> 今は基礎をしっかりと学んでおいて下さい。
　今の態度でシッカリ勉強されていれば，基礎は充分身に付くと思います。と言うか，gedo-syosa さんの質問は，どれも大学生の試験問題にしたい位の化学的に重要な点を付いていますよ。これだけの質問ができる方なら，化学的考え方は充分身に付いていると思います。ですので，高校生を意識せずに説明してみます。

　まづ，以前の質問「QNo.152258　～Ｖａｌｅｎｃｅ Ｂｏｎｄ　Ｔｈｅｏｒｙ～（ＶＢ理論）」（MiJun さんの参考 URL のものです）で紹介した「おもしろ有機化学ワ－ルド」（↓）の「基礎有機化学講座」の「7. 構造４ 　ベンゼン、芳香族性、ヒュッケル則、アヌレン、アズレン」（図１２／説明１２，別図１２）をご覧下さい。

　ここに，siegmund さんがお書きのケクレ構造やデュワー構造が出ています。で，実際のベンゼンはこれらの構造のどれか一つでは説明できない性質（ご質問の結合長もそうです）を持っています。そこで考えられたのが「共鳴」と言う考え方です。

　「共鳴」については「3.基礎２　混成軌道、誘起効果、共鳴効果、共役」（図５／説明５）」に説明がありますが，「原子の位置が変わる事なく，電子の移動のみによって起こる分子内の電荷の分布の変化（とそれによる安定化）」です。わかりにくいと思いますが，ベンゼンで言うと，先の構造のどれかで示される状態ではなく，それらの平均化された状態を取っている，という考え方です。

　では，実際にはどういう状態かを考えてみます。まづ，原子間の結合に２種類（σ結合とπ結合）あります。ベンゼンの炭素原子は全て sp^2 混成軌道で結合していますが，この sp^2 軌道は！の様な形（siegmund さんの表現をお借りしました）をしています。この！の頭同士が重なって出きる結合をσ結合と言い，ベンゼン環のＣ－Ｃ１重結合とＣ－Ｈ１重結合がそうです。各炭素はこれで３つの結合を作りましたが，ベンゼン環に垂直に p 軌道が残っています。この p 軌道は横に２つ並んで結合（π結合）を作ることができます。これでベンゼン環のＣ－Ｃ２重結合ができるわけです。つまり，ベンゼン環の２重結合は（他の場合も同じですが），σ結合１個とπ結合１個から出来ています。

　さて，ここで電子は広い空間を占める程安定化できるという事を思い出して下さい。今，できたπ結合の反対側にも p 軌道が存在します。とすると，ここに新たなπ結合を作れば，電子の占める空間が広くなり安定化できます。実際，新たなπ結合ができます。

　ここで，新たにできた結合部分の電子は，最初に考えたπ結合部分の電子です。ですので，その分だけ最初のπ結合部分の電子密度は低くなります。結合を作っているのは，そこに存在する電子ですから，電子の密度が低くなる事は結合が弱くなる事を意味します。つまり，最初３個のπ結合を作っていた電子で６個のπ結合を作るわけですから，結合１個の電子密度は最初の半分になります。この事を示すのに，0.5 重結合と表現します。つまり，ベンゼン環のＣ－Ｃ間はσ結合１個とπ結合 0.5 個からなる 1.5 重結合があると考えるわけです。実際，Ｃ－Ｃ間の距離は ANo.#1 で siegmund さんがお示しのように，１重結合と２重結合の中間（つまり 1.5 重結合）になっています。

　このようにベンゼン間のπ結合の電子は，何処か特定の位置に存在するのではなく，全てのπ結合に渡って存在しています。これを明示するために，ADEMU さんがお書きの様に六角形の中に○を書いて示す事もあるわけです。

　いかがでしょうか。書いていくとキリがなさそうですのでこの辺にします。不明な点，間違いなどありましたら，ご指摘お願いします。しかし，良い質問ですね。この回答を書きながら，私も勉強させて頂きました。

参考URL：

http://www.geocities.co.jp/Technopolis/2515/

お礼

・・・・ホント難しいですねぇ～。（＾＾；
二重結合がσ－ｂｏｎｄとπ－ｂｏｎｄから出来てるのは解るんですけどね。
しかもパソコンの画面をジッと見てると目がチカチカしてきましたよ。（笑

＞電子は広い空間を占める程安定化できる

そうなんですか！
なんかそんなことも知らないで”共鳴”とか言ってる場合じゃないですね・・・。（Ｔ＿Ｔ）
しっかり勉強し直します。

・・でも原子核の近くにいるほど、電子の持つエネルギーは小さいんですよね？
つまり、遠くにいるほど大きなエネルギーを持つんですよね？
ってことは遠くにいるほど暴れてるってことですよね？？
遠くにある方が広い空間を占めていそうなのに？？

う～ん。どういうことでしょう・・・。
なんかどんどん混乱してきました。（笑

補足

あっ、原子核が＋に帯電してて、電子が引きつけられて動けないだけか！
そうですよね？すみません。m(_ _)m