Орбитальная естественная связь - Natural bond orbital

В квантовая химия, а орбиталь естественной связи или же NBO рассчитанный связывающая орбиталь с максимумом электронная плотность. NBO являются одним из последовательности естественных локализованных орбиталей, которые включают «естественные атомные орбитали» (NAO), «естественные гибридные орбитали» (NHO), «естественные связывающие орбитали» (NBO) и «естественные (полу) локализованные молекулярные орбитали». "(НЛМО). Эти естественные локализованные множества занимают промежуточное положение между базисными атомными орбиталями (АО) и молекулярными орбиталями (МО):

Атомная орбиталь → НАО → NHO → NBO → НЛМО → Молекулярная орбиталь

Естественные (локализованные) орбитали используются в вычислительная химия для расчета распределения электронной плотности в атомах и в связях между атомами. Они имеют «характер максимальной заселенности» в локализованных 1-центровых и 2-центральных областях молекулы. Орбитали естественных связей (NBO) включают максимально возможный процент электронной плотности, в идеале близкий к 2.000, обеспечивая наиболее точную возможную «естественную структуру Льюиса» ψ. Высокий процент электронной плотности (обозначается% -ρL), часто составляющая> 99% для обычных органических молекул, соответствует точной естественной структуре Льюиса.

Концепция чего-либо естественные орбитали был впервые представлен Пер-Олов Лёвдин в 1955 г., чтобы описать уникальный набор ортонормированный 1-электронные функции, присущие N-электронная волновая функция.[1]

Теория

Каждая связка NBO σAB (донор) можно записать в терминах двух гибридов с направленной валентностью (NHO) hА, чB на атомах A и B с соответствующими коэффициентами поляризации cА, cB:

σAB = cА часΑ + cB часB

Связи плавно изменяются от ковалентных (cА = cB) до ионного (cА >> cB) предел.

Каждая валентная связь NBO σ должна быть связана с соответствующей валентностью. разрушение NBO σ * (акцептор) для завершения диапазона валентного пространства:

σAB* = cА часΑ − cB часB

Связующие NBO относятся к типу "орбитали Льюиса" (числа заполнения около 2); антисвязывающие NBO относятся к типу "нельюисовских орбиталей" (числа заполнения около 0). В идеализированном Структура Льюиса, полный Орбитали Льюиса (два электрона) дополняются формально пустыми нельюисовскими орбиталями. Слабое заполнение валентных антисвязей сигнализирует о неприводимых отклонениях от идеализированной локализованной структуры Льюиса, что означает истинные «эффекты делокализации».[1]

Структуры Льюиса

резонансная структура из амид

С помощью компьютерной программы, которая может вычислить NBO, можно найти оптимальные структуры Льюиса. Оптимальная структура Льюиса может быть определена как структура с максимальным количеством электронного заряда на орбиталях Льюиса (заряд Льюиса). Низкое количество электронного заряда на орбиталях Льюиса указывает на сильные эффекты делокализации электронов.

В резонансные структуры, могут существовать основные и второстепенные структуры. Для амидов, например, расчеты NBO показывают, что структура с карбонилом двойная связь - доминирующая структура Льюиса. Однако в расчетах NBO «ковалентно-ионный резонанс» не требуется из-за включения эффектов полярности связи в резонансные структуры.[2] Это похоже на другие современная теория валентных связей методы.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Вайнхольд, Франк; Лэндис, Кларк Р. (2001). «Орбитали естественной связи и расширение концепций локализованной связи» (PDF). Химическое образование, исследования и практика. 2 (2): 91–104. Дои:10.1039 / B1RP90011K.
  2. ^ Вайнхольд, Франк; Лэндис, Кларк Р. (2012). Открытие химии с помощью естественных связующих орбиталей. Нью-Джерси: John Wiley & Sons. С. 132–133. ISBN  978-1-118-22916-3.

внешняя ссылка