Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education Library
Inorganic Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

 

Theorie der molekularen Orbital (MO)

Article

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Molekularer orbital Theorie ist ein flexibles Modell zur Beschreibung von Elektronen Verhalten im wichtigsten Gruppe und Übergang Metall komplexe.

Chemische Bindungen und das elektronische Verhalten können mit mehreren Arten von Modellen dargestellt werden. Während einfache Modelle, wie z. B. Lewis Dot Strukturen und VSEPR Theorie, bieten einen guten Ausgangspunkt für das Verständnis der molekularen Reaktivität, sie beinhalten breitere Annahmen über das elektronische Verhalten, die nicht immer anwendbar sind.

MO-Theorie-Modelle die Geometrie und die relative Energie der orbitale um ein bestimmtes Atom. Diese Theorie ist somit kompatibel mit einfache zweiatomiges Moleküle und großen Übergang Metall komplexe.

Dieses Video wird diskutieren die zugrunde liegenden Prinzipien der MO-Theorie, illustrieren das Verfahren zur Synthese und Bestimmung der Geometrie der beiden Übergang Metall komplexe und stellen ein paar Anwendungen der MO-Theorie in der Chemie.

In der MO-Theorie werden zwei atomaren orbitale mit passenden Symmetrie und ähnliche Energien einen energieärmeren Verklebung von molekularen Orbital und eine höhere Energie Antibonding molekularen Orbital. Die Anzahl der Molekülorbitale in einem Diagramm muss die Anzahl der atomaren orbitale entsprechen.

Der Unterschied in der Energie zwischen atomaren orbitale und die daraus resultierende Bindung und antibonding-orbitale wird von einfachen Diagrammen orbital Überlappung angenähert. Frontale Interaktionen sind in der Regel stärker als seitlich Überlappung.

MO-Diagramme verwenden, Gruppentheorie , Modell Übergang Metall komplexe. Liganden atomaren orbitale sind vertreten durch Symmetrie angepasste lineare Kombinationen oder kurze SALC, die mit Metall atomaren orbitale interagieren kann.

SALCs entstehen durch Bestimmung der Punktgruppe des Moleküls, reduzierbar Darstellung des Liganden atomaren orbitale erstellen und finden die irreduziblen Darstellungen, die orbitalen Symmetrien entsprechen.

Zwischen SALCs und atomaren orbitale mit passenden Symmetrie bilden sich mOs. Atomaren orbitale, die nicht die SALC Symmetrien entsprechen werden Nonbonding orbitale auf die gleiche Energie wie der Start atomaren orbitale.

Wenn die MO-Diagramm mit Elektronen aufgefüllt wird, sind die Grenze orbitale in der Regel d -orbital-Charakter. Diese orbitale können separat als d orbital splitting Diagrammebetrachtet werden, und sie werden immer mit der Anzahl der d -Elektronen auf das Metallzentrum aufgefüllt werden.

Nun, da Sie die Prinzipien der MO-Theorie, gehen wir durch ein Verfahren zur Synthese von zwei Metallkomplexe und Vorhersage ihrer Geometrien mit MO-Theorie zu verstehen.

Um den Vorgang zu starten, schließen Sie die Schlenk Linie Vent und öffnen Sie das System N2 Gas und Vakuum. Sobald das dynamische Vakuum erreicht ist, kühlen Sie die Vakuum Falle mit einer Mischung aus Trockeneis und Aceton.

Als Nächstes platzieren Sie 550 mg Dppf und 40 mL Isopropanol in einem 250 mL drei Hals Rundboden Kolben mit Stir Bar. Sicher Klemmen Sie den Kolben in der Dunstabzugshaube mit der Schlenk-Linie über eine Herdplatte. Passen Sie die Mitte Hals der Flasche einen Reflux-Kondensator mit einem Vakuum-Adapter. Passen Sie die verbleibenden Hälse mit einem Glasstopfen und ein Gummiseptum.

Entgasen Sie unter Rühren die Lösung von sprudelnden N2 Gas durch die Lösung für 15 Minuten. Lassen Sie die Vakuumadapter Ventil offen.

Sobald die Lösung entgast wurde, öffnen Sie eine neue Zeile Stickstoff und verbinden Sie es mit der Vakuum-Adapter. Senken Sie den Kolben in das Wasserbad. Schließen Sie einen Wasserschlauch an den Kondensator, rühren Motor einschalten und Aufheizen der Badewanne auf 90 ° C unter ständigem Rühren die Lösung.

Während die Dppf Lösung erwärmt, platzieren Sie 237 mg NiCl2•6H2O und 4 mL einer 2:1-Mischung von Reagenz-Grade Isopropanol und Methanol in einer 25 mL Rundboden Kolben.

Beschallen Sie die Mischung, bis das Ni-Salz vollständig aufgelöst hat. Dann die Flasche mit einem Gummiseptum Stöpsel und sicher Klemmen Sie den Kolben in der Dunstabzugshaube.

Entgasen Sie die Ni-Lösung von sprudelnden N2 Gas durch die Lösung für 5 Minuten. Verwenden Sie dann die Kanüle Transfer der Ni-Vorläufer der Dppf Projektmappe hinzu.

Die Mischung für 2 Stunden bei 90 ° C unter N2 Gas Reflux. Dann, cool das Reaktionsgemisch in ein Eisbad.

Sammeln Sie den daraus resultierenden grünen Niederschlag auf einen Medientyp Fritte durch Vakuumfiltration. Waschen Sie den Niederschlag mit 10 mL kaltem Isopropanol, gefolgt von 10 mL kalte Hexanes.

Lassen Sie das Produkt an der Luft trocknen in ein Fläschchen und ein 1H-NMR-Spektrum in CDCl3zu erwerben.

Um den Vorgang zu starten, bereiten Sie die Schlenk Linie und Vakuum Falle wie oben beschrieben vor. Mit einem 125 mL Runde untere Kolben, 20 mL Toluol Entgasen von sprudelnden N2 Gas durch das Lösungsmittel. Dann setzen Sie 550 mg Dppf und 383 mg Pd(PhCN)2Cl2 in einem 200 mL Schlenk-Kolben.

Statten Sie den Kolben mit einer Stir Bar und ein Glasstopfen. Evakuieren und Säuberung des Systems dreimal mit N2. Halten die N-2 auf, ersetzen Sie die Glasstopfen mit einem Gummiseptum.

Verwenden Sie Kanüle Übertragung der Edukte entgast Toluol hinzu. Rühren Sie die Reaktionsmischung bei Raumtemperatur für 12 Stunden.

Sammeln Sie die daraus resultierenden orangenen Niederschlag auf eine Fritte durch Vakuumfiltration. Waschen Sie den Niederschlag mit 10 mL kalte Toluol, gefolgt von 10 mL kalte Hexanes.

Lassen Sie das Produkt unter Umgebungsbedingungen an der Luft trocknen. Erwerben Sie ein 1H-NMR-Spektrum des Produkts in CDCl-3.

Die 1H-NMR-Spektrum der komplexen Ni zeigt einen Spitzenwert bei 21 ppm, gefolgt von zwei Gipfel unter 0 ppm, was darauf hindeutet, dass es eine paramagnetische Spezies ist. Die komplexen Pd zeigen nicht solche Spitzen. Angesichts der Tatsache, dass die komplexe beide d8, ergeben sich die elektronischen Zustände wahrscheinlich aus unterschiedlichen Geometrien an das Metallzentrum.

Vier-Koordinate-komplexe sind mit entweder Tetraeder oder quadratisch planar d -Orbital Spaltung Muster angenähert. Wenn acht Elektronen in den Diagrammen 4-Koordinate gesetzt werden, hat die tetraedrische Konfiguration zwei ungepaarte Elektronen, während die quadratisch planare Konfiguration keine ungepaarten Elektronen. Dies bedeutet, dass der Pd-Komplex quadratisch planar ist.

Zur Ermittlung der Anzahl der ungepaarten Elektronen in komplexen Ni bereiten Sie ein Evans Methode Probe mit 10 bis 15 mg des Produkts in einem 50: 1 Volumen Mixtur aus deuterierte Chloroform und Trifluorotoluene vor.

Legen Sie eine Kapillare von 50: 1 deuterierter Chloroform und Trifluorotoluene in der NMR-Röhrchen. Ein 19-F-NMR-Spektrum zu erwerben und das magnetische Moment aus der Veränderung der chemischen Verschiebung der Trifluorotoluene zu berechnen.

Das beobachtete magnetische Moment ist in der Nähe der gemeldete Wert von 3,39 μB. Einige orbitaler Beitrag in d8 tetraedrische komplexe vorhergesagt wird, ist das beobachtete magnetische Moment voraussichtlich höher sein als der nur-Spin-Wert. Der beobachtete Wert entspricht somit zwei ungepaarte Elektronen in einem tetraedrischen Komplex.

MO-Theorie ist weit verbreitet in der anorganischen Chemie. Schauen wir uns ein paar Beispiele.

Computerchemie gilt statistische Modellierung um die Eigenschaften und Reaktivität von Molekülen vorherzusagen. Semi-empirische und ab-initio Berechnungsmethoden beide MO-Theorie in ihre Berechnungen in unterschiedlichem Ausmaß zu integrieren. Die Ausgabe erfolgt oft in Form von orbital Energien und 3D-Modelle der einzelnen molekularen Orbital.

Liganden Feldtheorie ist eine detailliertere molekulare Modell, das Kristall Feldtheorie und MO-Theorie zu verfeinern, das d -Orbital Aufteilung Diagramm, zusammen mit anderen Aspekten der Modelle kombiniert.

Kristall-Feldtheorie ist Entartung in einem Metall-Zentrum in unterschiedlichem Maße die Liganden und Metallzentrum Eigenschaften betroffen. Die Stabilität des Komplexes wird mit der Stabilisierung der Kristallenergie-Bereichgeschätzt, was die stabilisierende und destabilisierende Effekte von Elektronen auffüllen und höher-energieärmeren orbitale vergleicht.

Liganden Feldtheorie können weitere Einblick in orbital Spaltung durch die Untersuchung der Natur der orbital Überlappung zwischen Metall Zentren und Liganden. Die orbitale überlappen Symmetrie gilt zusammen mit der stabilisierende und destabilisierende Effekte der orbitalen Bevölkerungen. Dies wird verwendet, um vorherzusagen, Spinzustände, die Stärke der Metall-Ligand-Wechselwirkungen und anderen wichtigen molekularen Eigenschaften.

Sie sah nur Jupiters Einführung in die MO-Theorie. Sie sollten jetzt verstehen die grundlegenden Prinzipien der MO-Theorie, das Verfahren zur Bestimmung der Geometrie eines Komplexes aus d-Orbital-Aufspaltung Diagramme und ein paar Beispiele wie MO-Theorie in der Chemie angewendet wird. Danke fürs Zuschauen!

Read Article

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter