№ 3190Атомы и молекулыУровень 4

Орбитальные энергии пиридина и его фторпроизводных

Теорию Хюккеля легко распространить на $\pi$-системы, содержащие другие элементы помимо углерода и водорода.
A. Рассмотрим замещение углерода гетероатомом, например азотом, в сопряжённом кольце. Для применения теории Хюккеля достаточно знать $\alpha$ для C и N и $\beta$ для связей CC и CN. Мы уже знаем, что $\alpha(\mathrm C)=11{,}2$ эВ и $\beta(\mathrm{CC})=-0{,}7$ эВ. Какие из предложенных значений $\alpha(\mathrm N)$ и $\beta(\mathrm{CN})$ наиболее разумны и почему? Возможные $\alpha(\mathrm N)$: $-10{,}2$, $-11{,}2$, $-12{,}2$ эВ. Возможные $\beta(\mathrm{CN})$: $-0{,}65$, $-0{,}70$, $-0{,}75$.
B. Используя выбранные в A параметры, рассчитайте $\pi$-орбитали пиридина. Сравните их с орбиталями бензола. Какие различия вы замечаете? Каков в этом приближении частичный заряд азота? Имеет ли он смысл?
C. Теория Хюккеля позволяет также изучить влияние заместителей, например атома фтора, на $\pi$-орбитали. Будем считать, что атом фтора понижает среднюю энергию присоединённого к нему атома углерода на 0,2 эВ. Таким образом, для углерода CH $\alpha(\mathrm C)=-11{,}2$ эВ, а для углерода CF приведено $\beta(\mathrm C)\ {-}11{,}4$ эВ. По этим параметрам рассчитайте молекулярные орбитали фторбензола. Каков заряд у замещённого атома углерода?
D. Требуется частично фторировать пиридин, избирательно присоединив фтор к двум атомам углерода и оставив остальные без изменения. Какие позиции предпочтут атомы фтора? Для ответа рассчитайте энергии всех шести дифторированных изомеров на рисунке. У какого изомера энергия наименьшая? Как вы объясните результат?

Рисунок к задаче 3190

Предложить решение

Войти, чтобы отправить материал.