17.5 : Benzenin Yapısı: Moleküler Orbital Model

Moleküler yörünge (MO) modeline göre benzen, altı sp^2 hibritleştirilmiş karbondan oluşan düzenli bir altıgen içeren düzlemsel bir yapıya sahiptir. Şekil 1'de gösterildiği gibi, her karbon, 120°'lik C–C–C ve H–C–C bağ açılarıyla diğer üç atoma bağlanır. C-H bağ uzunluğu 109 pm'dir ve C-C bağ uzunluğu 139 pm'dir; bu, sp^3 hibritlenmiş karbonların (154 pm) ve sp^2 hibritlenmiş karbonların (133 pm) tekli bağ uzunluğunun ortasındadır.

Karbon atomları ayrıca, halka düzlemine dik olan, komşu karbonların p yörüngeleri ile örtüşen ve halka düzleminin üstünde ve altında sürekli bir π elektron döngüsü oluşturan, bir elektronlu, hibritleşmemiş bir 2p atomik yörüngeye sahiptir. Moleküler yörünge (MO) teorisine göre, bu altı 2p yörüngesi birleşerek aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi altı adet π siklik moleküler yörünge (MO) ψ_1, ψ_2, ψ_3, ψ_4, ψ_5 ve ψ_6 oluşturur. Bunlar arasında ψ_1, ψ_2 ve ψ_3 bağ oluşturan MO'lardır; ψ_4, ψ_5 ve ψ_6 ise bağönler MO'lardır. Genellikle MO'ların enerjisi ve düğüm sayısı ψ_1'den ψ_6'ya artarken bağlanma etkileşimi azalır. Ancak siklo sistemlerin bu MO'ları, iki dejenere MO'ya sahip olmaları nedeniyle 1,3-bütadien gibi doğrusal sistemlerden farklılık gösterir.

En düşük enerjili bağ MO, ψ_1'in, tüm yörüngelerin aynı fazda olduğu düğümleri yoktur. Bir sonraki en düşük MO'nun bir düğümü vardır ve düğüm düzleminin bir bağdan veya bir atomdan geçtiği iki şekilde temsil edilebilir. Bu iki bağlanma MO'su dejeneredir ve ψ_2 ve ψ_3 olarak temsil edilir. Benzer şekilde, iki düğüm düzlemi bağlardan veya atomlardan geçerek ψ_4 ve ψ_5'lik iki dejenere bağönler MO'su sağlayabilir. Son MO, ψ_6, tüm p yörüngelerinin faz dışı kombinasyonunu temsil eden üç düğüm düzlemi ile en yüksek enerjiye sahiptir.

Halka düzleminin üstünde ve altında delokalize π elektron yoğunluğunun kapalı bir kabuğunu oluşturan altı π elektronu, enerjileri izole edilmiş p yörüngesinden daha düşük olan üç bağlayıcı MO'yu (ψ_1, ψ_2 ve ψ_3) işgal eder, dolayısıyla benzenin alışılmadık kararlılığı.