2.4. Механизмы образования и разрыва ковалентной связи

Cвязь между атомами возникает при перекрывании их атомных орбиталей с образованием молекулярных орбиталей.  Различают два механизма образования ковалентной связи в зависимости от заполненности электронами (0, 1, 2) перекрывающихся АО. При этом характеристики связи не зависят от механизма ее образования.

1. Обменный механизм (коллигация).  В образовании связи (MО) участвуют одноэлектронные АО, т.е. каждый из атомов предоставляет в общее пользование по одному электрону:

По этой схеме происходит, например, образование связи С–С при взаимодействии двух свободно-радикальных частиц с неспаренным электроном на атоме углерода – метильных радикалов •CH₃:

2. Донорно-акцепторный механизм (координация). Образование связи происходит за счет перекрывания двухэлектронной АO атома-донора пары электронов (ДПЭ) и вакантной орбитали атома-акцептора пары электронов (АПЭ):

Например, образование связи Сl–С в хлорэтане при взаимодействии хлорид-аниона (ДПЭ) и метил-катиона (АПЭ):

Связывающая электронная пара смещена к более электроотрицательному атому Cl.

Доноры и акцепторы пары электронов могут быть как ионами, так и электронейтральными частицами.

1. При взаимодействии ДПЭ и АПЭ, представляющих собой соответственно анион и катион, атомы в образовавшейся связи не имеют зарядов. Например, образование связи С–С в метаноле при взаимодействии гидроксид-аниона (ДПЭ) и метил-катиона (АПЭ):

2. Если в качестве ДПЭ выступает электронейтральная частица, а АПЭ является катионом, то в возникшей связи атом-донор приобретает положительный заряд. Примером такого процесса может служить взаимодействие амина RNH₂ с протоном Н⁺ (в составе молекул HCl):

3. В случае образования связи с участием незаряженных частиц атом-ДПЭ приобретает положительный заряд, а атом-АПЭ – отрицательный. Например, связь кислород-бор в эфирате трифторида бора, возникающая при взаимодействии простого эфира R₂O (ДПЭ) и BF₃ (АПЭ):

По теории Льюиса донорно-акцепторный механизм образования связи рассматривается как взаимодействие кислоты и основания. Причем понятия "кислота" и "основание" по Льюису отличаются от широко используемой трактовки этих понятий по Брёнстеду.

Согласно протолитической теории Брёнстеда-Лоури, кислота – это донор протона, а основание – акцептор протона (подробнее). 

• Кислота Льюиса – это любое соединение, способное принять электронную пару на незаполненную орбиталь, в результате чего образуется ковалентная связь. То есть кислота Льюиса – акцептор пары электронов.

Понятие кислотности по Льюису имеет более широкий смысл, т.к. включает в себя не только протонсодержащие, но и апротонные кислоты  (AlCl₃ ZnCl₂,  FeBr₃,  BF₃ и т.п.).

• Основание Льюиса – любое соединение, которое обладает несвязывающей (неподеленной) или слабосвязывающей парой электронов (например, π-связи) и способное отдавать эти электроны кислоте Льюиса. Следовательно, основание Льюиса – это донор пары электронов.

Таким образом, донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи предполагает взаимодействие кислоты Льюиса (АПЭ) и основания Льюиса (ДПЭ).