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17.5 : 苯的结构:分子轨道模型

根据分子轨道(MO)模型,苯具有由六个sp2杂化碳组成的正六边形平面结构。 如图 1 所示,每个碳与其他三个原子键合,C-C-C 和 H-C-C 键角为 120°。 C-H键长为109 pm,C-C键长为139 pm,介于sp3杂化碳的单键长度(154 pm)和sp2杂化碳的单键长度(133 pm)之间。

Figure1

碳原子还具有一个带有一个电子的未杂化2p原子轨道,垂直于环平面,与相邻碳的p轨道重叠,在环平面上方和下方形成连续的π电子环。 根据分子轨道(MO)理论,这六个2p轨道组合起来形成六个π环状分子轨道 ψ1、ψ2、ψ3、ψ4、ψ5和ψ6,如下图所示。 其中,ψ1、ψ2和ψ3是成键分子轨道,而ψ4、ψ5,和ψ6是反键分子轨道。 一般来说,分子轨道的能量和节点数量从 ψ1 增加到 ψ6,而键合相互作用则减少。 然而,这些环状体系的分子轨道与1,3-丁二烯等直链体系的不同之处在于它们具有两个简并分子轨道。

Figure2

最低能量成键分子轨道,ψ1,没有所有轨道同相的节点。 下一个最低的分子轨道有一个节点,可以用两种方式表示,其中节点平面穿过键或原子。 这两个成键分子轨道是简并的,表示为 ψ2 和 ψ3。 类似地,两个节面可以穿过键或原子,提供两个简并反键分子轨道 ψ4 和 ψ5。 最后的分子轨道 ψ6, 具有最高的能量,三个节点平面代表所有 p 轨道的异相组合。

六个 π 电子在环平面上方和下方形成离域 π 电子密度的封闭壳,占据三个成键分子轨道,ψ1、ψ2 和 ψ3,其能量低于孤立的 p 轨道的能量,从而导致苯异常稳定。

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BenzeneMolecular Orbital ModelPlanar StructureSp2 Hybridized CarbonsC C C Bond AnglesC H Bond LengthC C Bond Length2p Atomic OrbitalsElectronsCyclic Molecular OrbitalsBonding MOsAntibonding MOsDegenerate MOsElectron DelocalizationStability Of Benzene

来自章节 17:

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