1,3-丁二烯结构探讨

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摘要本文对在讲解1,3-丁二烯结构时，如何理解大键，-共轭体系进行了较全面的讨论，通过结构的直观表现同样得到了四条分子轨道，从而使复杂的教学问题简单化。

关键词 1,3-丁二烯 -共轭

中图分类号：O6文献标志码：A

Inquiring into The Structure of 1,3-Butadiene

XU xin, XU Yunyun, WANG Lu

(Supplies and Oil Department, Xuzhou Airforce College, Xuzhou, JiangSu 22100)

AbstractOn explaining the structure of 1.3-butadiene, how to understand the bigbond and the-conjugated system, this paper carries on a fairly overall discussion on it, with a series of approximation and calculation, we obtain the reference numbers of the four molecular orbits, thus make a complex problem of teaching much simpler.

Key words1,3-butadiene; -conjugation

在教学的过程中常常会遇到一些看起来似乎非常简单的问题,但是若想作到理解彻、讲解明白还需要进行认真的思考和研究。例如：在讲解丁二烯的时候，认为它是一种共轭的大键，即产生了-共轭。这种共轭作用就会使电子云产生平均化，丁二烯中的各键长就应该是相等的。而实验数据是中间C-C键长为1.48A，两端C-C键长为1.34A。为什么会产生这样的偏差呢？

1 共轭键分子轨道理论探讨

其实，有时候被认为是理所当然的结论总是蕴藏着深奥的道理。对于丁二烯的键长问题一方面可以认为是实验证明的。另一方面也可以从理论上加以解释。简单分子轨道理论作出了一种假设，它只处理电子，而把核及内层电子和键上的电子看成刚性的分子实体。按照分子轨道理论。我们来求单电子波函数及相应的能量。

单电子薛定谔方程为：H = E

H=2 + V

式中是电子分子轨道，V是势能，简单分子轨道理论不需要考虑V的具体形式。用变分法求解上述方程，我们令分子轨道是原子轨道的线性合： = c11+c22+c33+c44式中1，2，3，和4为参加共轭的四个碳原子的PZ轨道c1 c2 c3和c4是变分参数，按变分法

然后经过一系列的近似和规定，最后通过归一化得到由原子轨道组成的四条分子轨道：

1 = 0.37171 + 0.60152 + 0.60153 + 0.37174

2 = 0.60151 + 0.37172 - 0.37173 - 0.60154

3 = 0.60151 - 0.37172 - 0.37173 + 0.60154

4 = 0.37171 - 0.60152 + 0.60153 - 0.37174

可以用图形来表示它的分子轨道和它的能级图：

2 共轭键杂化轨道理论探讨

尽管现在已经有图形理论帮助解决这些复杂的问题，但是面对现在没有任何量子观的学生，理解它们还是有一定的难度的。那么如何解决这种教与学的矛盾呢？这就要求教员不仅仅深入的理解问题，还要从问题中走出来，用一种浅显而直观的方法表示它。

无机化学中已讲过各种键的形成，学生也了解了双键的形成和成键的三个原则，即由于丁二烯中的碳是SP2杂化，当其中的两个杂化轨道形成键的时候，另外还有一个未成键且垂直这个分子平面的轨道，这样的两个轨道对称侧面重叠就形成了键，而P轨道的对称只有两种方式：

而且知道丁二烯有两个双键，这两个双键的组合的方式只能有下面两种：

对于P轨道还可以组合成另外反键轨道形式：

这两种组合同样可以形成新的分子轨道，也就是形成另外两个反键分子轨道。如果第二碳和第三碳的P轨道同向则它们之间相互作用力较小，能量较低。所以它处在丁二烯能级图的E3的位置。如果C2和C3的P轨道处于反键的位置则所成的分子轨道能量偏高，它处于能级图的E4位置。可以看出这和计算后推出的结果完全相同。这样在解决了分子轨道的问题后，对于上面提出的问题就好解决了。1的轨道和2进行比较时，可以发现1是全对称的，而2是部分对称的。C2和C3是反对称的。这种反对称一定影响分子轨道的能量，使2的能量高于1，同样是这种原因也影响了C2和C3之间的键长，使它长于另外的两个键的键长。同样，理解了这些，对丁二烯的加成取向就很好阐述了。

可以看到，解决问题的方法是多种多样的，在掌握了理论的基础上还需要用一种直观的方法表达出来。以便更深入地理解问题，从而为以后的教学内容作了很好的铺垫。

教育要全面适应现代化对各类人才培养的需要，因此，在要求提高素质的今天，要提高学生的全面素质，培养他们的适应能力，首要前提是提高教员的自身素质。当前，科学技术高度发展，新生事物层出不穷，只有不断更新知识结构，才能适应新形势的需要。换句话说，只有教员涉猎广泛精深，才能同时引导学生思考，培养学生兴趣，使学生掌握解决问题方法的同时培养他们独立思考和解决问题的能力。可以看出新世纪的到来，赋予了教员更新的任务和责任。

参考文献

[1]郭用遒.物质结构基本原理.高等教育出版社:266.

[2]赵大成.物质结构.人民教育出版社:303.

[3]叶秀林.立体化学.高等教育出版社:395.