โครงสร้างทางอิเล็กตรอนของโมเลกุล และชนิดของ Transitions

งานนำเสนอเรื่อง: "โครงสร้างทางอิเล็กตรอนของโมเลกุล และชนิดของ Transitions"— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 โครงสร้างทางอิเล็กตรอนของโมเลกุล และชนิดของ Transitions
Molecular Orbitals (MO) เป็นการรวมเชิงเส้นของ Valence shell ของ Atomic orbitals

2 y = fA + fB bonding y* = fA - fB antibonding

3

4 p* p

5 Quantum chemistry ?

6 n-Orbital (non-bonding Orbital) orbital ที่บรรจุคู่ของอิเล็กตรอน
ที่ไม่ใช้ในการสร้างพันธะ (คู่อิเล็กตรอนโดดเดี่ยว : lone pair electron) n-orbital of Carbonyl group Pyridine

7 ที่ Conjugated กับ p-orbital
Lone pair orbital ของ Aniline ไม่ใช่ n-orbital Lone pair orbital ของ Furan ไม่ใช่ n-orbital เพราะเป็น orbital ที่ Conjugated กับ p-orbital

8 p* n

9 p Orbital p p* p Orbital ของกลุ่มคาร์บอนิล

10 Benzene

11 p Orbital ของเบนซิน

12

13 s orbital ของ carbonyl group carbonyl group s and s* Orbital

14 มีอิเล็กตรอน 16 ตัวใน s-และ P-orbital
Ground State Configuration Formaldehyde H : 1S1 C : 1S2 2S2 2P2 O : 1S2 2S2 2P4 H C=O มีอิเล็กตรอน 16 ตัวใน s-และ P-orbital

15 พันธะในโมเลกุล 2sC-H 1sC-O pC-O

16 การจัดเรียงระดับพลังงาน
s*C-O p*C-O nO p C-O s C-O s*C-H s C-H 2sO 1sC 1sO

17 การจัดเติมอิเล็กตรอน 16 ตัว
(1sO)2 (1sC)2 (2sO)2 (sC-H)2 (s*C-H)2 (sC-O)2 (pC-O)2 (nO)2 (p*C-O)0 (s*C-O)0 Ground State Electronic Configuration (pC-O)2 (nO)2 (pC-O)2 (nO)2 (p*C-O)0 (s*C-O)0 S0 =

18 s*C-O s*C-O p*C-O pC-O Sn : 1(n ฎ p*) 1(nฎ p*) s*C-O p*C-O pC-O Tn :
nO pC-O Sn : excited state 1(n ฎ p*) 1(nฎ p*) s*C-O p*C-O nO pC-O Tn : excited state 3(p ฎ s*) p*C-O nO pC-O S0 : ground state

19 H C=O Formaldehyde p*CO pCO p,p* n,p* p2 n2 (c) States nO
(a) Transitions (b) Configurations

20 Ethylene p ฎ p* Transition p2 p,p* p,p* p,p* p2 S1 T1 S0 H H C = C H H
(c) States p2 p,p* T1 S1 S0 (a) Transitions p,p* p*CC pCC p,p* p2 (b) Configurations

21 p ฎ p* Y1 * y1 f1 f2 antibonding orbital atomic (y1 * = f1 - f2)
orbital f2 f1 f2 bonding orbital (y1 = f1 + f2) y1

22 Energy gap ของ HOMO และ LUMO ลดลง
Conjugation shift of p ฎ p* Transition Energy gap ของ HOMO และ LUMO ลดลง เมื่อจำนวน conjugated double bonds เพิ่มขึ้น HOMO : Highest Occupied Molecular Orbitals LUMO : Lowest Unoccupied Molecular Orbitals ethylene butadiene traxatriene octateraene HOMO LUMO

23 เมื่อจำนวน conjugated double bonds เพิ่มขึ้น พลังงานของการ transition
Conjugation shift of p ฎ p* Transition เมื่อจำนวน conjugated double bonds เพิ่มขึ้น พลังงานของการ transition (p ฎ p*) ลดลง มีผลให้ความยาว คลื่นแสง เพิ่มขึ้น (เรียกว่า เกิด “Bathochromic displacement” หรือ red shift)

24 energy ( = อิเล็กตรอน) p4* p* p* 170 nm p3* 217 nm 175 nm (forbidden)
( = อิเล็กตรอน) C = C C = C C = C C = C

25 Bathochromic displacement “Red shift”
200 Bathochromic displacement “Red shift” 500 จำนวนของพันธะคู่ l ยาว (พลังงานต่ำ) ม่วง แดง l สั้น (พลังงานสูง)

26 มักจะพบในโมเลกุลที่มี chromophores หรือกลุ่มอะตอมที่ดูดกลืนแสง
n ฎ p* Transition มักจะพบในโมเลกุลที่มี chromophores หรือกลุ่มอะตอมที่ดูดกลืนแสง ที่มีพันธะร่วมกับ hetero-atoms เช่น C=O, C=N, C=S, N=N, N=O เป็นต้น

27

28 อิเล็กตรอนอยู่อย่างไร ?
R O C ( )* 1 R O C 1 ( )* n ฎ p* 1(n ฎ p*) 3(n ฎ p*)

29

30 .. จำพวก alkylhalide (R-X) ที่มีค่า ionization potential ต่ำ ๆ
n ฎ s* Transition มักพบในสารประกอบ: .. ที่มี hetero atoms เช่น R-NH2,R-OH,R-SH จำพวก alkylhalide (R-X) เมื่อ X = F, Cl, Br, I, At ที่มีค่า ionization potential ต่ำ ๆ ซึ่งจะถูก ionized ได้ง่าย

31 C N s * CN n(SP 3 ) n s * C N

32 s ฎ s* Transition s * s * C C C N s C C

33 การเกิด s ฎ s* จะต้องใช้พลังงานสูงมาก ๆ
คือ ในช่วงแสง vacuum UV (< 200 nm) มักเกิดกับสารประกอบพันธะเดี่ยวเช่น alkane เมื่อเกิดการ transition แบบนี้แล้ว มักมีผล ทำให้พันธะของโมเลกุลถูกทำลายลง เกิดเป็นอนุมูลอิสระ (radicals)