Корреляция резонансных структур и МО в гетероатомных сопряженных молекулах

Я слышал что можно качественно сравнить коэффициенты на атомах в молекулярных орбиталях через резонансные структуры. К примеру в Clayden-е объясняли электрофильность \beta-углерода в сопряженной карбонильной системе через LUMO и рассказали о корелляции резонансных структурх и МО.




Почему заряды на тех резонансных структурах(на которой есть электрофильный атом углерода) соответствуют коэффициентам на LUMO? И вообще есть ли там корреляция между ними?

5 лайков

И в чем же тогда заключается ваш вопрос?

3 лайка

@eudaimon ответь на его вопрос

1 лайк

@Mendy, обсуждение, которое начал Raiko, касается корреляции между резонансными структурами и молекулярными орбиталями (МО), а также электрофильности β-углерода в сопряженных системах, содержащих карбонильную группу. Это вопрос о связи между качественными представлениями резонанса и количественными характеристиками МО, в частности, низшей незаполненной молекулярной орбиталью (LUMO).

Чтобы ответить на вопрос о корреляции между резонансными структурами и коэффициентами на LUMO, давайте рассмотрим принципы, лежащие в основе этих явлений. Резонансные структуры не являются реальными структурами, а скорее представляют возможные способы распределения электронной плотности в молекуле. Сумма всех резонансных структур дает более полное представление о распределении электронной плотности.

Молекулярные орбитали, с другой стороны, представляют собой реальные математические функции, описывающие поведение электронов в молекуле. Коэффициенты на этих орбиталях указывают на вероятность нахождения электрона в определенном месте в молекуле.

Существует качественная корреляция между резонансными структурами и LUMO: резонансные структуры, которые представляют дефицит электронной плотности на определенном атоме, как правило, указывают на то, что этот атом будет иметь более высокие коэффициенты на LUMO. Это означает, что атомы с положительным зарядом в резонансных структурах будут наиболее подвержены атаке нуклеофилов, поскольку LUMO является орбиталью, которая лучше всего способствует принятию дополнительного электрона.

В случае сопряженной карбонильной системы β-углерод становится электрофильным из-за делокализации π-электронов от двойной связи к кислороду карбонильной группы, что приводит к снижению электронной плотности на этом углероде. Это хорошо видно на резонансных структурах, как и на распределении коэффициентов на LUMO, где β-углерод будет иметь высокий коэффициент, указывая на возможность нуклеофильной атаки в этой области.

Таким образом, да, существует корреляция между резонансными структурами и МО, в частности LUMO. Это позволяет химикам предсказать реакционную способность и места атаки в молекулах, используя качественный резонансный анализ в сочетании с квантово-химическими расчетами.

4 лайка

Я так понимаю что корреляции нет, просто удобно было изобразить резонансной структурой одну МОшку. Однако, если ты можешь нарисовать какую−нибудь резонансную структуру, это не говорит о том, что такая МО есть!


Взять к примеру эту резонансную структуру, то, что связывающее пересечение p−атомныx орбиталей в LUMO поxожи на локализованные, двойные связи в этой резонансной структуре − это везение, по факту, лишь двойная связь между серединными углеродами, и немалый коэффициент на кислороде(но тут уже играет роль электроотрицательность кислорода, дающая ему большой коэф). Нам повезло, что эту МО можно нарисовать нашими методами изображения структур с помощью понятия резонанс. Кстати, в резонансной структуре, которую я прикрепил, не особо понятно, что на углероде, xоть он и не имеет двойную связь локализованную, есть немалая такая электронная плотность. Резонансные структуры − это наш единственный способ показать неоднозначность структур при сопряжении. Сравнивая иx вклады в ‘реальную’ структуру соединения, надо смотреть на каждую из ниx без сопряжения, как на отдельное соединение, ведь они не могут показать сопряжение. Вот например вторая МO, начиная считать с самой низкоэнергетической, её ведь никак не изобразить нашими способами рисования структур.
Надеюсь меня подправят более разбирающиеся в ММО люди.

ну почему, она как раз таки больше всего похожа на традиционную структуру, ибо большая плотность там, где мы традиционно рисуем двойные связи.

Это скорее правда. То, о чем говорит еудаймон это скорее мнемоника позволяющая делать какие-то выводы о точных, но тяжело рассчитываемых объектах (МО) из более простых моделей типа резонансных структур.

Но вообще да, нет смысла пытаться нарисовать резонансную структуру соответствующую какой-нибудь МО ибо МО сами по себе являются суммой всех резонансных форм. Наверное правильней сказать, что причина почему самый большой коэффициент ВЗМО находится на том же углероде, на котором мы ожидаем увидеть атаку нуклеофила в том, что теория резонансных структур и теория МО исходит из тех же физических принципов (минимизация энергии и всякое такое)