【医学部編入】有機化学講義004「結合論その2-2　混成軌道の成り立ち」

こんにちは！

ぶっでぃです^^

今回は、結合論（その２－２）「混成軌道の成り立ち」をテーマにお伝えしていきます。

※結合論については有機化学の学習において「基礎中の基礎」となる重要な箇所ですから、かなり重点的にお伝えしています。
※なお、ここで述べることの理論的根拠は量子化学で学びますから、楽しみにしておいてください。

混成軌道の成り立ち

ポイント１　軌道の種類

• s軌道と、p軌道が混成する。
• s軌道と混成するp軌道の数によって、形成する混成軌道の名前が異なる（sp^3, sp², sp）。性質はほとんど等しい。
• 元の原子軌道の総数と、形成する混成軌道の数は等しい。
  ※例：　s軌道 + p軌道(x2) = sp²混成軌道 (x3) + p軌道
  

ポイント２　軌道の配置

• 同種の混成軌道どうしは、空間的に最も遠くに位置する配置をとる。
• sp³：　結合は4つなので、4面体構造をとるように配置する
• sp²：　結合は3つなので、正三角形を取るように配置する
• sp：　結合は2つなので、原子核を挟んで一直線になるよう配置する
• p：　sp混成軌道をとる場合、p軌道は2つになるので、お互いに直交する。

ポイント３　分子軌道の重なりが、共有結合となる

• s軌道、sp³軌道、sp²軌道、sp軌道は、互いに軸を向い合せて結合する。これをσ（シグマ）結合という。
• p軌道は、互いに軸を平行とし、互いの軌道のふくらみを重ね合わせて結合する。これをπ（パイ）結合という。
• σ結合のほうが、π結合よりも軌道の重なり部分が広く、結合としては強固である。
  

ポイント４　結合様式

• σ結合1つを単結合とよぶ
• σ結合1つ＋π結合1つを二重結合とよぶ
• σ結合1つ＋π結合2つを三重結合とよぶ

ポイント５　結合様式と、混成様式の関係

• 単結合を形成するにはσ結合が1個形成すればよいので、いかなる混成軌道もしくは原子軌道でも形成しうる。
  ※例：　sp³-sp³、sp³-sp²、sp-s　という組み合わせの単結合（＝σ結合）は、いずれもありふれた組み合わせの単結合である。
• 二重結合を形成するにはσ結合のほかπ結合を1個形成する必要があるので、少なくともsp2、もしくはsp混成である。
  ※例1：　sp²-sp²　＞C=C＜
  ※例2：　sp²-sp　＞C=C＝
  ※例3：　sp-sp　＝C=C=
• 三重結合を形成するにはσ結合のほかπ結合を2個形成する必要があるので、必ずsp混成である。
  ※例：　sp-sp　-C≡C-

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