HMO苯分子轨道及丁二烯.docVIP

西南大学化学化工学院物理化学实验报告 实验名称 苯分子轨道和电子结构 2013 级 化学类 班 姓名 学号 同组人 指导老师 申伟 实验日期 2015 年 05 月 日 实验环境 室温?? ℃? 大气压?mmHg?仪器型号Guassview Guass98 实验目的 （ 1）掌握休克尔分子轨道法的基本内容 （ 2）学会用休克尔分子轨道法分析和计算苯分子Π轨道分布 （ 3）学会用计算的化学方法研究简单分子的电子结构 实验原理 离域Π键:形成Π键的电子不局限于两个原子的区域,而是在参加成键的多个原子形成的分子骨架中运动,这种由多个原子形成的Π型化学键称为离域Π键 共轭效应:形成离域Π键,增加了Π电子的活动范围，使 分子具有特殊的物理化学性质,这种效应称为共轭效应 分子轨道法:原子组合成分子时，原来专属于某一原子的电子将在整个分子范围内运动，其轨道也不再是原来的原子轨道，而成为整个分子所共有的分子轨道 休克尔分子轨道法：为了讨论共轭体系的分子轨道，1931年休克尔应用LCAO-MO(分子轨道的原子线性组合)法，采用简化处理，解释了大量有机共轭分子性质，该方法称为休克尔分子轨道法，简称HMO法。该方法针对平面共轭体系的主要特点，能给出离域Π键体系的基本性质 休克尔分子轨道法主要运用了下列基本假设 : σ-Π分离体系:对于共轭分子，构成分子骨架的σ电子与构成共轭体系的π电子由于对称性不同，在 讨论共轭分子的结构时，可以近似的看成互相独立的，把 σ电子和π电子分开处理. 独立π电子近似:分子中的电子由于存在相互作用，运动不是独立的，但 若将其它电子对某电子的作用加以平均， 近似地看成是在核和其它电子形成的固定力场上运动， 则该电子的运动就与其它电子的位置无关，是 独立的. LCAO-MO近似:对于π体系，可 将每个π分子轨道看成是由各个碳原子提供的对称性匹配的p轨道φ i 进行线性组合得的.ψ=C1φ1 + C2φ2 + …+ CNφN huckel近似:认为每个电子在每个原子核附近运动时的能量相同 实验相关软件 Gaussian 98 程序包 Gaussian 图形查看程序Gview2 实验步骤 （1）构建分子结构 （2）编写输入文件 （3）结果查看，数据统计 （4）同样的方法研究丁二烯的分子轨道和电子结构 数据记录与处理 一、苯分子 （1）苯的六个π轨道形状和能量 （1Hartree=27.211ev） 轨道数 能量 图形 轨道数 能量 图形 17 -13.83652ev 22 4.11539ev 20 -9.22453ev 23 4.11539ev 21 -9.22453ev 29 10.21773ev （2）苯分子中离域π键的键长 答：C-C：1.385 C-H：1.070 （3）苯分子中碳原子和氢原子的电荷 答：C:-0.239 H:0.239 二、丁二烯分子 （1）丁二烯分子的π轨道形状和能量 答:能量:14：-12.19053ev 15：-8.84820ev 16:3.58777ev 17:7.36357ev π轨道形状：14：15：16：17： 丁二烯分子中离域π键的键长 答：C=C:1.320 C-C:1.460 C-H:1.070 （3）丁二烯分子中碳原子和氢原子的电荷 1.C:-0.412 2.C:-0.247 3.C:-0.247 4.C:-0.412 5.H:0.217 6.H:0.211 7.H:0.231 8.H:0.231 9.H:0.217 10.H:0.211 实验讨论 写出丁二烯的HMO行列式方程，并由此计算出相应的4个π分子轨道波函数。 答： 写出苯的HMO行列式方程，并由此计算出相应的6个π分子轨道波函数。 答： 展开行列式 X 6 - 6 X4 + 9 X 2- 4=0 X的六个解 X 1=-2；X 2，X 3=-1；X 4，X 5=1，X 6=2 3、休克尔分子轨道法用到了哪些近似？并简述其内容。 答：σ-Π分离体系:对于共轭分子，构 成分子骨架的σ电子与构成共轭体系的π电子由于对称性不同，在 讨论共轭分子的结构时，可以近似的看成互相独立的，把 σ电子和π电子分开处理. 独立π电子近似:分子中的电子由于存在相互作用，运动不是独立的，但 若将其它电子对某电子的作用加以平均， 近似地看成是在核和其它电子