Gaussian软件绘制苯分子轨道实验报告.docx

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级 班姓名 学号 同组人 指导老师 实验日期 年 月日实验环境室温_C大气压_mmHg仪器型号 实验目的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n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基本理论离域n键:形成n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n型化学键称为离域n键共轭效应:形成离域n键,增加了n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n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 :0-n分离体系:对于共轭分子,构成分子骨架的(T电子与构成共轭体系的n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,: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 -MO近似:对于n体系,可将每个n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©i进行线性组合得的 .1|1+C2^2+…+C枷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休克尔分子轨道法基本内容在分子中把原子核、内层电子、非 键电子连同o电子一起冻结为“分子实”,构成了由o键相连的分子骨架,n电子在分子骨架的势场中运动。由此,可写出一个n电子的Hamilton算符及轨道方程 =E书(1-1).采用变分法 电子分子轨道表示为所有碳原子的对称性匹配的 p原子轨道的线性组合:书=C©1+C2©2+…+C©N(1-2).代入(1-1)式,按线性法处理得有关系数线性齐次方程组 :(H11-E)C1+(H12-ES12)C2+…+(H1N-ES1N)=0(Hn1-E)C1+(Hn2-ESn2)C2+…+(Hnn-ES1n)=0 (1-3).式中已假定原子轨道是归一化的,Hrr,Srr代表能量积分及重叠积分:Hrs=/rgH©dt,Srs= r?T(|)$dt(1-4).进一步的近似假定Hrr=a(r=1,2,N),称之为库伦积分Hrs=对应于原子r和s邻近,否则=0B称为共振积分Srr=0(r 制S为忽略重叠近似(a-E)卩P(a-£)0… 0 '0 … 0■巧Cy=0000…(仇-■」做上述处理后久期方程可化为(1-5)B,式1-5)的非零解方程化为值并回代到久期方程,再结合归化条件得分进一步做变换,X=(a-E)/-x 1 0 …1 X 1 o o 0由上述方程通过求X得N个E子轨道组合系数Cik及屮i苯环的分子轨道计算苯分子骨架图©1、©2、©3、©4、©5、©6是苯环6个n电子的原子轨道波函数,根据分子轨道法,每个n电子的轨道波函数,可表示为:W=C1©l+C2©2+C3©3+C4©4+C5©5+C6©6(2-1)轨道系数方程(a-i)q+p^+p^=0pq4血—决+随-0or出+(a-**也二()匡+(a-硏+随二0由+(ot-£%+舱二0Pq+崔屁=0xq+q+幺=0q 二0q+xg二()g+xqp二0q+xg十q=0$+$+机二0(2-2)X1000r1X100001X100=0001X100001X110□01JCj久期方程(2-3)展开行列式X6-6X4+9X2-4=0X的六个解X1=-2;X2,X3=-1;X4,X5=1,X6=2分子轨道能量分子轨道系数: 将每一轨道能量值或X值代入(2-2)并结合诡归一化条件,可以求出相应分子轨道的组成系数,例如,对于 X=2时(2-2)式具体形式为(2-4)去掉第一个方程,将C1移到等号右边2q+q+q=0q+N+G=0+屯+q=0Cg++牛—0C4+2Q+C5=Oq+牛+乙二0(2-5)可解得C1=C2=C3=C4=C5=C6结合归一化条件得屮t聊馮=丿6r=](2-6)轨道波函数为能量分子轨道£=忧吗3州=斗(弔斗%+第+羽埋+<ft>E-.=ot+P业二而(甜+业-魁-却,-硝+毗)側=缶佩丰厲一鑒一晞)W=缶(珂_笔-号亠吗_号一羽)毘二口―2p丨吐二法血7于电%十曙一砒〉实验相关软件Gaussian98程序