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为什么支链烷烃更稳定?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2020-11-29 09:39:23

对于一个看似简单的问题,答案却极其复杂。

这比支链烷烃和无支链烷烃的沸点差大得多。

它超越了化学,进入了计算物理、机器学习、量子力学和材料科学。最简单的答案是多体系统中的电子密度。

这依赖于密度泛函理论(DFT)及其表亲波泛函理论(WFT)的计算分析。波函数理论(WFT)和密度泛函理论(DFT)是解决原子和分子的电子结构问题最流行的两种方法,但两者都需要大量的参数和计算,以及高等数学、物理、统计和量子力学的一些科学学科

分子轨道理论(MO理论)是WFT(薛定谔方程的一个解)的产物,如果你学过它,你就会知道这不是蛋糕漫步——这包括前沿分子轨道,以及如何从能量上确定它们以确定同lumo间隙(反应所需的能量)。

福井贤一:当时在京都大学,他是第一位获得诺贝尔奖的亚洲科学家。

为什么支链烷烃更稳定?

福井与康奈尔大学的罗尔德·霍夫曼分享了诺贝尔奖,因为他认识到通过观察前沿轨道(HOMO/LUMO)可以找到反应性的一个很好的近似值。这是基于两个分子相互作用时分子轨道理论的三个主要观察结果。
  1. 不同分子占据的轨道相互排斥。
  2. 一个分子的正电荷吸引另一个分子的负电荷。
  3. 一个分子的占据轨道和另一个分子的未占据轨道(特别是HOMO和LUMO)相互作用,产生吸引力。

根据这些观察,前沿分子轨道(FMO)理论简化了一个物种的HOMO和另一个物种的LUMO之间相互作用的反应性。这有助于解释伍德沃德-霍夫曼热周环反应规则的预测——1981年诺贝尔奖与罗尔德·霍夫曼分享。如果罗伯特·B·伍德沃德不是在1979年初通过的话,这肯定是他第二次获得诺贝尔奖(第一次诺贝尔奖是1965年因有机合成领域的开创性工作而获得的)。

波函数理论(WFT)和密度泛函理论(DFT)是解决原子和分子电子结构问题的两种最常用的方法,但两者都需要大量的参数和计算。例如:

为什么支链烷烃更稳定?

例如,许多经验化学概念,如电负性、硬度、柔软性、亲电性等都被整合到这些理论模型中,并形成了一个通用的数学框架。

这两种理论研究的是分子水平,分子中的原子提供了有力的证据,表明WFT和DFT是互补的。这些相关性令人信服:

为什么支链烷烃更稳定?

这个问题没有简单的答案,有数百篇文章正在接近一个更全面的答案,因为它取决于原子、原子核、电子、它们的构成、轨道相互作用和许多其他物理、化学和热力学原理。

有一个更简单的解释!

如果你所追求的只是化合物的生成热。这并不难,而且在研究生院开始的时候就开始了。

这些被称为本森加法法则:

虽然作为一种古老的方法,实验计算的单个原子群的生成热被用来计算被研究分子的整个生成热。

这是一种快速方便的测定理论生成热的方法,而无需进行繁琐而严格的实验。基团可加性的Benson热有2-3千卡/摩尔的误差,仍然是一个相当好的近似值。

你能回答这个问题吗?以下哪项最稳定?哪个最不稳定?(不会问你为什么。)

为什么支链烷烃更稳定?

从a到d,a为-40.0 kcal/mol,b为-41.8,c为-42.5,d为-44.5。化合物d的生成热最大,因此燃烧热最小。

然而,总的来说,也许令人惊讶的是,当分支不广泛时,支链烷烃实际上比它们的线性(或支链较少的)异构体在热力学上更稳定。例如,高度支化的2,2,3,3-四甲基丁烷比其线性异构体正辛烷稳定约1.9 kcal/mol。由于这种影响的微妙性,化学文献中对这一规律的确切原因进行了激烈的辩论,至今仍未解决。一些可能的解释,包括通过电子关联稳定化支链烷烃,空间斥力使直链烷烃不稳定,中性超共轭稳定化和/或静电效应。这场争论涉及到超共轭的传统解释是否是控制稳定性的主要因素……
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