Cum se determină lungimea și unghiul legăturii într-un sistem pi conjugat (polimetină)?

Deci care sunt lungimile medii de legătură și unghiurile de legătură din această moleculă și cum sunt calculate?

1,3-butadiena ar trebui să servească drept model rezonabil pentru dvs. work.

Putem găsi lungimile legăturii în literatura de specialitate. lungimea dublei legături carbon-carbon este de 1,338 Å, tipică pentru o legătură dublă ( referință ). Lungimea legăturii simple carbon-carbon este de 1,454 Å, mai scurtă decât se aștepta din cauza rezonanței. Toți carbonii sunt $ \ ce {sp ^ 2} $ hibridizați, ceea ce înseamnă că toate unghiurile de legătură ar trebui să fie de ~ 120 °.

Utilizând aceste informații și adăugarea vectorului puteți determina lungimea oricărui polimetin.

Comentarii

• 1.338 Â sunt 0.1338nm, nu? Apoi, fiecare legătură dublă este 0.1338nm * sin (60 °) = 0.1159nm și fiecare legătură simplă este 0.1454nm * sin (60 ° ) = 0,1259nm proiectat spre axă prin lanțul de molecule. Asta m-ar conduce la concluzia că molecula mea de mai sus (4 C = C și 4 legături C-C) are aproximativ 0,9672nm lungime. Sau v-am înțeles greșit?
• Chiar pe nm. ' nu s-ar putea să adăugați lungimea totală a legăturii C = C plus 0.1454 * cos (60 °)?
• Nu cred ' Am nevoie de lungimea moleculei, care este distanța dintre atomul C la fiecare capăt, presupunând că molecula are direcții alternante ale unghiului de legătură (arată ca imaginea de exemplu adăugată la întrebare).
• Calea ta face sens și obțin același număr final ca și dvs.
• @InternetGuy Nu, structurile de rezonanță care implică separarea sarcinii nu contează la fel de mult ca și structurile de rezonanță neutră în ceea ce privește descrierea moleculei.

Gândiți-vă într-un lanț de triunghiuri.

Având în vedere că se cunoaște distanța dintre C1 și C2 (= $ a $), distanța dintre C2 și C3 (= $ b $) și unghiul de legătură $ \ gamma $ , distanța dintre C1 și C3 este

$ c = \ sqrt {a ^ 2 + b ^ 2 -2ab \ cos \ gamma} $

(regula cosinusului)

Dacă aveți o licență de site (sau un torrent) pentru a utiliza ChemDraw puteți genera un model 3D al unei astfel de structuri și o optimizați-l pentru a găsi cea mai stabilă configurație. Vă va oferi unghiurile de legătură pe fiecare la un grad ridicat de precizie. Puteți utiliza funcția MM2 pentru a optimiza și a găsi lungimi de legătură, de asemenea. ChemDraw vă va oferi o listă simplă. De asemenea, poate genera rotații ale legăturilor, dar puteți paria că sistemul pi conjugat va rămâne plan, deoarece bariera energetică la rotație în jurul legăturilor de carbon sp2 este foarte mare.

Dacă utilizați o simplă dimensiune unidimensională modelul particule-într-o cutie, lungimea L a " caseta " ar fi lungimea sistemului conjugat. Aceasta ar fi calea pe care se conjugă electronii. Nu este exact linia zimțată între toți carbonii sp2, dar este destul de apropiată, deci puteți spune L = (numărul de legături în sistem conjugat) x (lungimea medie a acestor legături). Rețineți că aceasta nu este ABSOLUT distanța dintre C1-C3-C5-etc. carboni celălalt tip menționat – nu cred că înțelege exact ceea ce încercați să calculați.

Folosind acest model, puteți calcula lungimea de undă a absorbției maxime din numerele cuantice ale HOMO-LUMO tranziții. Priviți ecuația:

În această ecuație nf și ni sunt numerele cuantice electronice ale stările inițiale ale unui electron în tranziție, h este constanta lui Planck, m este masa unui electron și L este așa cum s-a descris mai devreme. Cantitatea dintre paranteze se simplifică la N + 1, ca ni = N / 2 și nf = N / 2 + 1, unde N este numărul de electroni pi din sistemul conjugat. Pentru a înțelege acest lucru conceptual, starea de bază a unei molecule va fi populată astfel încât să fie umplute cele mai scăzute niveluri de energie N / 2 (deoarece electronii le umplu în perechi ), iar toate nivelurile superioare de energie vor fi goale.Când absoarbe lumina, unul dintre electronii sări de la cel mai înalt nivel de energie umplut (HOMO, cu ni = N / 2) la cel mai mic nivel neumplut (LUMO, cu nf = N / 2 + 1). Este important să înțelegem că, în cazul în care un electron este promovat, acesta nu poate pur și simplu sări peste un nivel de energie, așa că, dacă știi numărul de electroni pi, știi și care va fi tranziția HOMO-LUMO. Dacă puteți număra numărul de electroni pi din sistemul conjugat (ex. 1,6-difenil-1,3,5 hexatriene are 3 legături duble în cutia sa, ceea ce înseamnă 6 electroni pi), atunci puteți utiliza această ecuație pentru găsiți lungimea de undă dorită de absorbție maximă. Cu siguranță ați văzut ecuația clasică:

unde c este viteza luminii. Dacă înlocuiți aceasta în prima ecuație pe care ar trebui să o puteți rezolva pentru lungimea de undă a absorbției maxime. Aveți grijă de unitățile voastre!