В квантовой химии , А естественная связь орбитальной или NBO является рассчитываются связывающая орбиталь с максимальной плотностью электронов . 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 → NAO → NHO → NBO → NLMO → Молекулярная орбиталь
Естественные (локализованные) орбитали используются в вычислительной химии 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% -ρ L ), который часто составляет> 99% для обычных органических молекул, соответствует точной естественной структуре Льюиса.
Концепция естественных орбиталей была впервые введена Пер-Оловым Левдином в 1955 году для описания уникального набора ортонормированных одноэлектронных функций, присущих волновой функции N -электронов. [1]
Теория
Каждый связывающий NBO σ AB (донор) можно записать в терминах двух направленных валентных гибридов (NHO) h A , h B на атомах A и B с соответствующими коэффициентами поляризации c A , c B :
- σ AB = c A h Α + c B h B
Связи плавно изменяются от ковалентного ( c A = c B ) до ионного ( c A >> c B ) предела.
Каждый валентный связывающий NBO σ должен быть спарен с соответствующим валентным разрыхляющим NBO σ * (акцептор), чтобы завершить промежуток валентного пространства:
- σ AB * = c A h Α - c B h B
Связующие NBO относятся к типу "орбитали Льюиса" (числа заполнения около 2); антисвязывающие NBO относятся к типу "нельюисовских орбиталей" (числа заполнения около 0). В идеализированной структуре Льюиса полные орбитали Льюиса (два электрона) дополняются формально пустыми орбиталями Льюиса. Слабое заполнение валентных антисвязей сигнализирует о неприводимых отклонениях от идеализированной локализованной структуры Льюиса, что означает истинные «эффекты делокализации». [1]
Структуры Льюиса
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 резонансных структурах могут существовать основные и второстепенные структуры. Для амидов, например, расчеты NBO показывают, что структура с карбонильной двойной связью является доминирующей структурой Льюиса. Однако в расчетах NBO «ковалентно-ионный резонанс» не требуется из-за включения в резонансные структуры эффектов полярности связей. [2] Это похоже на другие современные методы теории валентных связей .
Смотрите также
Рекомендации
- ^ a b Вайнхольд, Франк; Лэндис, Кларк Р. (2001). "Орбитали естественной связи и расширение концепций локализованной связи" (PDF) . Исследования и практика химического образования . 2 (2): 91–104. DOI : 10.1039 / B1RP90011K .
- ^ Вайнхольд, Франк; Лэндис, Кларк Р. (2012). Открытие химии с естественными связующими орбиталями . Нью-Джерси: Джон Вили и сыновья. С. 132–133. ISBN 978-1-118-22916-3.
Внешние ссылки
- Домашняя страница компьютерной программы NBO: http://nbo6.chem.wisc.edu/
- Определение золотой книги ИЮПАК : орбиталь естественных облигаций (NBO)
- Бесплатная реализация с открытым исходным кодом для методов преобразования атомной орбиты → NAO и анализа естественного населения: пакет JANPA