Концепция ароматичности Хюккеля 📙 - Химия
Всё сдал! - помощь студентам онлайн Всё сдал! - помощь студентам онлайн

Учебные материалы
для студентов и школьников

Концепция ароматичности Хюккеля

  1. Энергия электронов. Кулоновские (α) и резонансные (β) интегралы
  2. Правило Хюккеля
  3. Антиароматические соединения (антиароматичность)

Для пояснения состава и построения фенилового водорода немецкий физик и химик Эрих Арманд Артур Йозеф Хюккель применил теорию молекулярных орбиталей (МО), которая предоставляет возможность описать распределение электронной плотности и поясняет молекулярные свойства. Также он применил правила линейной комбинации атомных орбиталей (ЛКАО).

Данный прием получил наименование вычисления по методике МО ЛКБФ (молекулярная орбиталь — линейная комбинация базисных функций) в π-электронном приближении Хюккеля, либо способ Хюккеля, который является самой простой методикой установки волновых функций молекулярных орбиталей. В данной методике полагается, что все углеродные атомы в sp2-гибридном положении формируют две C–C и одну C–H-взаимосвязь:

Рисунок 1.

6 остаточных углеродных р-АО атомов формируют соответственные 6 молекулярных орбиталей, 3 из которых (ψ1-3) соединяющие, а 3 (ψ4-6) рыхлящие, которым отвечают 6 волновых функций молекул:

Рисунок 2.

В соответствии со структурой фенилового водорода по Хюккелю 6 электронов располагаются так, что на орбитали ψ1, они обладают самой маленьким энергетическим потенциалом (α + 2β) через неимения узловой плоскости, т.е. при формировании абсолютного π-облака, которое осуществляет охват всех 6 углеродных атомов, знаки их функций ψ являются идентичными.

Соединяющие орбитали ψ2 обладают по одной узловой плоскости, и по данной причине их энергетический потенциал больше (α + β). Еще больше энергетический потенциал (α - β) характерен рыхлящим орбиталям ψ4 и ψ5 с 2-я узловыми плоскостями, а ψ6 с 3-я узловыми плоскостями обладает предельным энергетическим потенциалом (α - 2β). В ключевом состоянии молекулы фенилового водорода рыхлящие орбитали ψ4-6, они независимые, а также незанятые.

Энергия электронов. Кулоновские (α) и резонансные (β) интегралы

Требуется объяснить, что в квантово-механических вычислениях в функции ψ величины α и β отвечают энергетическому потенциалу р-электронов и именуются кулоновским (α) и резонансным (β) интегралами соответствующе. Измерение данных величин осуществляется в килоджоулях на моль (кДж/моль) либо электрон-вольтах (эВ). Чаще всего, эти значения не вычисляются ввиду существенных математических трудностей, а принимаются как требуемые показатели.

Осуществляются допущения, что величина кулоновского интеграла α равносильна орбитальному энергетическому потенциалу 2р-электрона, а величина резонансного интеграла β равносильна для различных атомов. Они осуществляют описание дополнительного понижения энергетического потенциала молекулы в итоге вероятного перехода 2р-электрона от одного атомного ядра к иному. Другими словами, величина β равносильна энергетическому потенциалу взаимного воздействия двух 2р-атомных орбиталей, чаще всего, значение интеграла β является отрицательным, со знаком минус.

banner

Сложно разобраться самому?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

это быстро и бесплатно

Следовательно, в молекуле фенилового водорода осуществляется делокализация 6-и p-атомных орбиталей с формированием на их основании постоянного ансамбля π-электронов. Данная делокализация ведет ко всем особенным свойствам фенилового водорода и к снижению свободного энергетического потенциала сравнительно с предполагаемым 1,3,5-циклогексатриеном с замкнутыми двойными взаимосвязями. Величина снижения энергетического потенциала именуется энергией сопряжения (делокализации), либо резонансной энергией. Данную величину возможно вычислить для фенилового водорода. К примеру, энергия 6-и π-электронов в фениловом водороде вычисляется следующим образом:

Eπ = 2(α + 2β) + 4(α + 2β) = 6α + 8β

Для предположительного 1,3,5-циклогексатриена с замкнутыми тремя π-взаимосвязями данный энергетический потенциал вычисляется следующим образом:

Eπ = 3 * 2(α + β) = 6α + 6β

Разность между данными величинами равна 2β, что и является энергией сопряжения, либо делокализации. Расчет величины β осуществляют, с учетом теплоты гидрогенизации. Таким образом, при гидрогенизации циклогексена отводимая теплота приравнивается к значению около 120 кДж/моль. В то время как при гидрогенизации фенилового водорода требовалось бы осуществлять ожидания отвода теплоты 3 * 120 = 360 кДж/моль, а отводится в реальности около 208 кДж/моль. Разность теплоты гидрогенизации равна: 360 - 208 = 152 кДж/моль, что и считается непосредственно той энергией делокализации. Данная разность указывает на существенную термодинамическую стабилизацию молекулы фенилового водорода и предоставляет возможность расчет величины β, которая эквивалентна 152 : 2 = 76 кДж/моль.

Правило Хюккеля

Произведя различие энергетического потенциала электронов для фенилового водорода возможно осуществить обобщение и расширение, распространив на прочие плоские моноциклические, в полной мере сопряженные полиены благодаря правилу Хюккеля.

banner

Не нашли то, что искали?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

это быстро и бесплатно

В 1931 году Эрих Хюккель на основе квантовой теории установил в качестве критерия ароматичности число π-электронов в плоской циклической сопряженной системе, и сформулировал правило, которое получило название правило Хюккеля. Его можно определить следующим образом: Изолированные циклические соединения с π-связями осуществляют проявление ароматического характера и именуются ароматическими, если данные соединения обладают плоским построением и включают 4n + 2 π-электронов (где n = 0, 1, 2, 3 …).

Для повышения термодинамической стабильности каждый π-электрон обязан располагаться исключительно на объединяющих молекулярных орбиталях ключевого молекулярного состояния. К примеру, фениловый водород обладает шестью π-электронами и осуществляет проявление характерных ароматических свойств. Правило Хюккеля с определенным приближением возможно использовать и к соединениям с двумя либо тремя конденсированными бензольными циклами (гексален, антрацен и так далее).

Правилу Хюккеля осуществляют подчинение не лишь соединения, считающиеся гомологами либо производными фенилового водорода (так именуемые бензольные арены), но также те, которые не включают бензольные кольца, среди них ионы и так именуемые не бензольные арены, к примеру:

Рисунок 3.

Антиароматические соединения (антиароматичность)

Соединения, энергетический потенциал которых существенно растет во время делокализации π-электронов, а число данных электронов не отвечает правилу Хюккеля, именуют аптиароматичнимы. Это соединения с Anπ-электронами, к примеру, органическое соединение, четырехчленный цикл с альтернированными (чередующимися) двойными связями – циклобутадиен и иные:

Рисунок 4.

Антиароматические соединения представляют собой молекулы, которые являются циклическими, плоскими и полностью конъюгированными, но состоят из 4n π-электронов.

Данная система появляется в переходных состояниях при вывертывании цикла, к примеру, циклобутадиена, если данное соединение осуществляет переход сквозь плоское строение. Данное строение считается менее устойчивым в термодинамическом плане относительно аналогичного ациклического состава, а также изменчивое структурно. В свою очередь, энергетический разрыв между наивысшей захваченной, а также низшей независимой молекулярными орбиталями относительно мал.

Не нашли нужную информацию?

Закажите подходящий материал на нашем сервисе. Разместите задание – система его автоматически разошлет в течение 59 секунд. Выберите подходящего эксперта, и он избавит вас от хлопот с учёбой.

Гарантия низких цен

Все работы выполняются без посредников, поэтому цены вас приятно удивят.

Доработки и консультации включены в стоимость

В рамках задания они бесплатны и выполняются в оговоренные сроки.

Вернем деньги за невыполненное задание

Если эксперт не справился – гарантируем 100% возврат средств.

Тех.поддержка 7 дней в неделю

Наши менеджеры работают в выходные и праздники, чтобы оперативно отвечать на ваши вопросы.

Тысячи проверенных экспертов

Мы отбираем только надёжных исполнителей – профессионалов в своей области. Все они имеют высшее образование с оценками в дипломе «хорошо» и «отлично».

1 000 +
Новых заказов каждый день
computer

Гарантия возврата денег

Эксперт получил деньги, а работу не выполнил?
Только не у нас!

guarantees

Безопасная сделка

Деньги хранятся на вашем балансе во время работы над заданием и гарантийного срока

guarantees_shield

Гарантия возврата денег

В случае, если что-то пойдет не так, мы гарантируем возврат полной уплаченой суммы

Отзывы студентов о нашей работе
825 387 оценок star star star star star
среднее 4.9 из 5
ПГТИ
Всё сделано правильно и досрочно. Я хочу ещё раз поблагодврить исполнителя. Его помощь для...
star star star star star
ПГТИ
Спасибо! Всё выполнено досрочно. Результат хороший. Рекомендую этого исполнителя.
star star star star star
МГУ
Работа выполнена отлично! Автор написал все по делу, четко, понятно! Спасибо!
star star star star star
Вы студент и хотите заказать работу, прямо сейчас без наценки и посредников?
Закажи индивидуальную работу за 1 минуту!

«Всё сдал!» — безопасный онлайн-сервис с проверенными экспертами

Используя «Всё сдал!», вы принимаете пользовательское соглашение
и политику обработки персональных данных
Сайт работает по московскому времени:

Вход
Регистрация или
Не нашли, что искали?

Заполните форму и узнайте цену на индивидуальную работу!

Файлы (при наличии)

    это быстро и бесплатно