二烯烃和MO理论
丁二烯的π分子轨道
最后更新:2023年1月17日|
丁二烯的分子轨道图,以及如何构建它
- 丁二烯是一种共轭二烯组成的两个相邻π键和4 p轨道,4π电子组成的。
- 画丁二烯的分子轨道图,从图4 p轨道都符合相同的阶段。这已经零节点和是能量最低π轨道(π1)
- 的数量节点在一个轨道的增加,那么它的能量。高能分子轨道三个节点和所有p轨道阶段(π则相反4)
- 中间轨道(π2)和(π3)有一个和两个节点,分别。
- 一旦建立了分子轨道图,下一步是添加4π电子。这将填补最低轨道(π1)和second-lowest-energy轨道(π2)
- 的高分子轨道(HOMO)丁二烯的高能包含π电子的轨道。这是π2
- 的最低未占据分子轨道(LUMO)丁二烯是最低轨道零π电子。这是π3
表的内容
- 有用的提示上画的共轭π分子轨道系统:一个快速回顾
- Butadienylπ体系(n = 4)
- 最低(π分子轨道1丁二烯的π体系零节点
- 高能(π分子轨道4)有三个节点
- Second-Lowest-Energy分子轨道(π2)有一个节点
- Third-Lowest-Energy分子轨道(π3)两个节点
- 完整的分子轨道图Butadienyl系统(n = 4)
- 填充丁二烯分子轨道的电子
- 确定的“人类”和“LUMO丁二烯
- 笔记
- (高级)引用和进一步阅读
1。画的共轭π分子轨道系统:一个快速回顾
我们在本系列的最后一个帖子建立了烯丙基pi-systemπ分子轨道在结合组成的连续3 p轨道。在本文中,我们将展示如何构建丁二烯的π分子轨道图。
在过去,我们看到:
- 分子轨道的数目(n) pi-system等于贡献的数量p轨道。烯丙基系统,n = 3。我们有三个贡献p轨道,因此3π分子轨道。
- 节点之间的最低轨道总是零p轨道(注意,我们说“p轨道之间没有节点”,因为我们没有计算节点之间的个人叶,内在所有p轨道)。也就是说,在最低轨道,贡献的所有阶段p轨道是一致的。
- 之间的节点的数量p为每个连续的能级轨道增加1,比如高能轨道(n - 1)节点(所有阶段的贡献p轨道备用)。
- 最低和最高能量的轨道总是最容易画的π分子轨道。画是很有帮助的。
- 绘画的技巧中间能量的轨道(s)是理解,把节点(s)。节点定位的方式等对称的相对于中心。系统1个节点在中心节点打(在中心原子,实际上)。系统2节点的节点在相等的距离相对于中心。
- 最好画出所有的π轨道系统首先,和然后添加π电子。
今天的文章实际上不引入任何新概念。我们要把一切都从之前发布的关于建立轨道(n = 3)和烯丙基系统的应用对绘画的轨道butadienyl系统(n = 4)。
我们将获得一个完整的升值丁二烯分子轨道的重要性的一段时间当我们开始探索发现了一个奇怪的小反应奥托一昼夜的和库尔特·阿尔德早在1928年。
2。Butadienylπ体系(n = 4)
顾名思义,丁二烯与两个相邻4个碳原子组成的π键。正如我们前面显示在这个帖子接合和共振,这两个π键共轭:所有四个p轨道都是相互一致的,和建立成一个更大的π体系。因为这个原因,我们可以描述丁二烯与共振形式的电子密度,这显示替代分布π电子的分子。
由于丁二烯由4个人p轨道,丁二烯的pi-system将包含4π分子轨道。
我们从使用原则画出π分子轨道的烯丙基系统,让我们试着画出这些四个分子轨道。
3所示。最低(π分子轨道1丁二烯的π体系零节点
最低能量分子轨道将p轨道阶段完全一致。这是非常容易画:画连续四个p轨道的叶相同的方式保持一致。
我们也可以与所有阴影pi-system叶指出:它是一样的。叶之间的建设性的重叠导致π轨道扩展在整个长度的π体系(上图右);有0 p轨道之间的节点。物理解释这个轨道是一个电子的轨道离域π体系的长度。(注2]
4所示。的高能分子轨道(π4)有三个节点
高能分子轨道的画也非常容易。画n(4在我们的例子中)p轨道和替代的阶段。这将创建一个包含3个节点的π体系(叶改变符号的地方)。我们绘制节点的红色虚线。
5。Second-Lowest-Energy分子轨道(π2)有一个节点
丁二烯的second-lowest-energy分子轨道将有1个节点。诀窍就是要知道把它放在哪里。
当我们看到与烯丙基系统,节点不能被放置在任何地方;薛定谔波动方程的数学特性(我们不需要进入)决定了它的位置。值得庆幸的是,节点位置的轨道很简单:只是恰好在中间。(这适用于所有系统与单个节点)。
注意各个阶段抛在π轨道的中心。这对应的情况我们希望看到两个毫无关系的π键相邻,在电子都局限于π轨道生成两个碳原子,与中间节点(上图右)。
6。Third-Lowest-Energy分子轨道(π3)两个节点
最后,我们来到了third-lowest-energy分子轨道(或第二高的,如果你喜欢)。这两个节点。
去哪里地方?
的一般原则是他们被放置对称关于中心。这是轨道的图片是什么样子:[注2]
这给了我们一个2碳π轨道的两侧是两个一个碳轨道的中心。
7所示。完整的分子轨道图Butadienyl系统(n = 4)
现在我们有了所有的碎片,所有我们需要构建的分子轨道图butadienyl系统安排的轨道,以增加能量。给我们下面的图(注意,我们还没有添加任何电子)。
没有电子的分子轨道图就像一个公寓,没有人。所以我们选最简单的分子应用这个系统:丁二烯。
8。填充丁二烯分子轨道的电子
丁二烯有两个双键的两个电子,总共4π电子。我们首先填满最低分子轨道,这给了我们以下:
我们已经强调了两个分子轨道图是特别感兴趣的,因为,我们会看到,他们行动通常发生的地方。有时也被称作“前沿”的轨道。
9。确定的“人类”和“LUMO丁二烯
的最高占据分子轨道(人类)是π2。你能想到的HOMO是有点像π体系的“价电子”:他们最容易丢失。如果丁二烯参与反应,电子供体(亲核试剂),电子会来自轨道。
的最低未占据分子轨道(LUMO)π3。LUMO最低未占据轨道。如果丁二烯参与反应,电子受体(亲电试剂),轨道的电子将会捐赠给。
我们将会有更多的HOMO和LUMO不久,但那是足够的。
现在这里有一个测验,根据我们今天经历了:
- 你怎么画的分子轨道图pentadienyl阳离子(n = 5) ?
- 你能画butadienyl激进的阴离子的莫图吗?
下面的答案。(注3]
感谢托马斯Struble援助与这篇文章。
笔记
注1。我不想进入粒子在一个盒子里,但如果你看看电子波和思考根据E = hν精力,时间越长电子仅限于“盒子”,其能量将越低。这是一个快速的论点,为什么离域电子是积极有利的。
注2。不会再碰Huckel治疗分子轨道。弗莱明。”前沿轨道和有机化学反应”的地方如果你好奇是一个严格的但实际治疗分子轨道理论。
Butadienyl激进的阴离子:把我们的丁二烯的莫图,把一个电子π3(即丁二烯的LUMO)。真的那么简单。
你能请提供heptatrienyl系统的分子轨道(激进、阳离子、阴离子)? ?
好吧,你会有7 p轨道。最低能量莫(pi-1)同样会面临的所有叶节点(零)。最高的能源莫(π7)将所有p轨道叶交替(6节点)。
它将类似于烯丙基,pentadienyl第二低轨道(π2)将对中央节点的碳。π4和6π轨道中也会有一个节点在中央碳,除了额外的节点。
其余的π轨道可以建立基于节点数的增加,1的原则对于每个能级,而且节点应该对称的π体系。
一旦你建立了七个π轨道heptatrienyl系统,那么你只需要填充轨道。阳离子将有6个π电子,激进的7个π电子,离子8π电子。
可能是错的但检查形式电荷碳4 butadienyl激进的阴离子图邀请附近画莫图。我图2 -,我认为是π体系的一部分碳sp2杂化。如果应该CH2-CH-CH-CH2吗?
开枪。谢谢兰。固定!
会是相同的1,2-butadiene ?bcoz在这个分子只有3 C参与π键。最后一个碳是没有参与π键。所以总没有。π轨道将3觉得?
不,这不会是相同的,2-butadiene。如果你看的轨道1,2-butadiene他们相互成直角,而不结合。因此他们的行为很像两个π键,不是一个共轭体系。分析在这篇文章中并不适用于1,2-butadiene。
看到的://m.deriinvest.com/2015/01/13/chiral-allenes-and-chiral-axes/
感谢这样一个伟大的解释!我有一个疑问:pentadienyl系统中,为什么你把两个节点在pi3轨道碳2和4。
像你说的节点可以放置在对称距离中央碳,所以节点之间应放置碳2 - 3和3 - 4 ?为什么不这样呢?
好问题。莫计算,我跳过这里,告诉我们,任何奇数莫奇数轨道的系统中(例如pi3 pentadienyl系统)将节点与至少一个碳原子的位置。
谢谢你这么多!这是非常有用的。我的教授介绍了分子轨道和确定HOMO和LUMO这么快!感谢这样一个明确的解释。
嗨Fayeshun——它会很快,我认为这可能有助于开发这个概念非常缓慢。如果你有帮助,很棒!
非常感谢你的解释是如此迷人和救生
谢谢你一百万年
由于Shuaib——很高兴你发现这篇文章能对你有帮助。
亲爱的詹姆斯,
你的答案很简单和直接,因此容易理解。和相关的问题非常重要,任何学生的有机化学。我爱你的讨论。
嗨拉维,我很高兴你发现这篇文章很有帮助。谢谢你使用该网站。