1,3-丁二烯結構探討

摘要本文對在講解1，3-丁二烯結構時，如何理解大鍵，-共軛體系進行了較全面的討論，通過結構的直觀表現同樣得到了四條分子軌道，從而使復雜的教學問題簡單化。

關鍵詞 1，3-丁二烯 -共軛

中圖分類號：O6文獻標志碼：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

在教學的過程中常常會遇到一些看起來似乎非常簡單的問題，但是若想作到理解徹、講解明白還需要進行認真的思考和研究。例如：在講解丁二烯的時候，認為它是一種共軛的大鍵，即產生了-共軛。這種共軛作用就會使電子云產生平均化，丁二烯中的各鍵長就應該是相等的。而實驗數據是中間C-C鍵長為1.48A，兩端C-C鍵長為1.34A。為什么會產生這樣的偏差呢？

1 共軛鍵分子軌道理論探討

其實，有時候被認為是理所當然的結論總是蘊藏著深奧的道理。對于丁二烯的鍵長問題一方面可以認為是實驗證明的。另一方面也可以從理論上加以解釋。簡單分子軌道理論作出了一種假設，它只處理電子，而把核及內層電子和鍵上的電子看成剛性的分子實體。按照分子軌道理論。我們來求單電子波函數及相應的能量。

單電子薛定諤方程為：H = E

H=2 + V

式中是電子分子軌道，V是勢能，簡單分子軌道理論不需要考慮V的具體形式。用變分法求解上述方程，我們令分子軌道是原子軌道的線性合： = c11+c22+c33+c44式中1，2，3，和4為參加共軛的四個碳原子的PZ軌道c1 c2 c3和c4是變分參數，按變分法

然后經過一系列的近似和規定，最后通過歸一化得到由原子軌道組成的四條分子軌道：

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

可以用圖形來表示它的分子軌道和它的能級圖：

2 共軛鍵雜化軌道理論探討

盡管現在已經有圖形理論幫助解決這些復雜的問題，但是面對現在沒有任何量子觀的學生，理解它們還是有一定的難度的。那么如何解決這種教與學的矛盾呢？這就要求教員不僅僅深入的理解問題，還要從問題中走出來，用一種淺顯而直觀的方法表示它。

無機化學中已講過各種鍵的形成，學生也了解了雙鍵的形成和成鍵的三個原則，即由于丁二烯中的碳是SP2雜化，當其中的兩個雜化軌道形成鍵的時候，另外還有一個未成鍵且垂直這個分子平面的軌道，這樣的兩個軌道對稱側面重疊就形成了鍵，而P軌道的對稱只有兩種方式：

而且知道丁二烯有兩個雙鍵，這兩個雙鍵的組合的方式只能有下面兩種：

對于P軌道還可以組合成另外反鍵軌道形式：

這兩種組合同樣可以形成新的分子軌道，也就是形成另外兩個反鍵分子軌道。如果第二碳和第三碳的P軌道同向則它們之間相互作用力較小，能量較低。所以它處在丁二烯能級圖的E3的位置。如果C2和C3的P軌道處于反鍵的位置則所成的分子軌道能量偏高，它處于能級圖的E4位置。可以看出這和計算后推出的結果完全相同。這樣在解決了分子軌道的問題后，對于上面提出的問題就好解決了。1的軌道和2進行比較時，可以發現1是全對稱的，而2是部分對稱的。C2和C3是反對稱的。這種反對稱一定影響分子軌道的能量，使2的能量高于1，同樣是這種原因也影響了C2和C3之間的鍵長，使它長于另外的兩個鍵的鍵長。同樣，理解了這些，對丁二烯的加成取向就很好闡述了。

可以看到，解決問題的方法是多種多樣的，在掌握了理論的基礎上還需要用一種直觀的方法表達出來。以便更深入地理解問題，從而為以后的教學內容作了很好的鋪墊。

教育要全面適應現代化對各類人才培養的需要，因此，在要求提高素質的今天，要提高學生的全面素質，培養他們的適應能力，首要前提是提高教員的自身素質。當前，科學技術高度發展，新生事物層出不窮，只有不斷更新知識結構，才能適應新形勢的需要。換句話說，只有教員涉獵廣泛精深，才能同時引導學生思考，培養學生興趣，使學生掌握解決問題方法的同時培養他們獨立思考和解決問題的能力。可以看出新世紀的到來，賦予了教員更新的任務和責任。

參考文獻

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[2]趙大成.物質結構.人民教育出版社:303.

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