结构化学 第三章 分子的对称性chap3

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第 三 章 分 子 的 对 称 性 Chapter 4. Molecular Symmetry 对 称 性 概 念 判 天 地 之 美 ,析 万 物 之 理 。 庄 子 在 所 有 智 慧 的 追 求 中 , 很 难 找 到 其 他例 子 能 够 在 深 刻 的 普 遍 性 与 优 美 简 洁 性 方面 与 对 称 性 原 理 相 比 . 李 政 道 对 称 在 科 学 界 开 始 产 生 重 要 的 影 响 始 于 19世 纪 .发 展 到 近 代 , 我 们 已 经 知 道 这 个 观 念 是晶 体 学 、 分 子 学 、 原 子 学 、 原 子 核 物 理 学 、 化学 、 粒 子 物 理 学 等 现 代 科 学 的 中 心 观 念 . 近 年来 , 对 称 更 变 成 了 决 定 物 质 间 相 互 作 用 的 中 心思 想 ( 所 谓 相 互 作 用 , 是 物 理 学 的 一 个 术 语 ,意 思 就 是 力 量 , 质 点 跟 质 点 之 间 之 力 量 ) . 杨 振 宁对 称 性 自 然 界 中 普 遍 存 在 对 称 性 在 自 然 界 ,我 们 可 观 察 到 五 瓣 对 称 的 梅 花 、 桃 花 , 六 瓣 的 水 仙花 、 雪 花 、 松 树 叶 沿 枝 干 两 侧 对 称 , 槐 树 叶 、 榕 树 叶 又 是 另 一 种对 称 微 观 的 分 子 也 和 宏 观 的 物 体 一 样 ,具 有 多 种 多样 的 对 称 性 ,那 么 对 称 性 和 化 学 有 什 么 关 系 ? 对 称 性 如 何 支 配 着 物 质 世 界 的 运 动 规 律 ? 本 章 ,我 们 将 涉 足 这 一 领 域 ,讨 论 一 些 化 学 中 的对 称 性 问 题 .对 称 性 的 普 遍 性 对 称 操 作 : 不 改 变 图 形 中 任 何两 点 的 距 离 而 能 使 图 形 复 原 的 操 作叫 做 对 称 操 作 ;对 称 操 作 据 以 进 行 的 几 何 要 素叫 做 对 称 元 素 .( 点 、 线 、 面 )分 子 中 的 五 类 对 称 操 作 及 相 应的 对 称 元 素 如 下 : 3.1 分 子 对 称 性对 称 元 素 : 旋 转 轴对 称 操 作 : 旋 转3.1.1 对 称 操 作 与 对 称 元 素 3.1.2.1旋 转 轴 与 旋 转 操 作 分 子 中 若 存 在 一 条 轴 线 , 绕 此 轴 旋 转 一 定 角 度 能 使分 子 复 原 , 就 称 此 轴 为 旋 转 轴 , 符 号 为 Cn . 旋 转 可 以 实 际进 行 , 为 真 操 作 ; 相 应 地 , 旋 转 轴 也 称 为 真 轴 .H2O2中 的 C23.1.2 分 子 的 对 称 操 作 旋 转 2/3 等 价 于 旋 转 2 (复 原 ) 基 转 角 =360/nC3 三 重 轴 , 逆 时 针 。操 作 3C例 如 :基 转 角 : 能 使 图 形 复 原 的 最 小 旋 转 角 (00除 外 )旋 转 的 轴 次 (n): 图 形 旋 转 一 周 复 原 的 次 数 , n = 2/ 3.1.2.2镜 面 与 反 映 操 作 分 子 中 若 存 在 一 个平 面 , 将 分 子 两 半 部 互相 反 映 而 能 使 分 子 复 原 ,则 该 平 面 就 是 镜 面 ( 对 称 面 ) , 这 种 操 作就 是 反 映 . 分 子 可 以 存 在 一 个或 多 个 镜 面 H2O 对 称 面 分 为 三 类 : ( 1) 包 含 主 轴 的 对 称 面 ( 2) 垂 直 主 轴 的 对 称 面 h( 3) 包 含 主 轴 且 平 分 垂 直 于 主轴 的 两 个 C2轴 夹 角 的 对 称 面 d BF3分 子 h C6H6分 子 试 找 出 分 子 中 的 镜 面 3.1.2.3 对 称 中 心 与 反 演 操 作 分 子 中 若 存 在 一 点 ,将 每 个 原 子 通 过 这 一 点 引 连 线 并 延长 到 反 方 向 等 距 离 处 而 使 分 子 复 原 ,这 一 点 就 是 对 称 中 心 i,这 种 操 作 就 是 反 演 . 分 子 中 最 多 可 能 有 一 个 对 称 中 心 。 ii k 12 Ei k 2 ( k=0, 1, 2, ) 没 有 对 称 中 心 i有 对 称 中 心 i除 位 于 对 称 中 心 i上 的 原 子 外 , 其 他 原 子 必 定 成 对 地 出 现 旋 转 反 映 是 复 合 操 作 , 其 对 称 元 素 称 为 映 轴 Sn。 旋 转 反映 的 两 步 操 作 顺 序 可 以 反 过 来 .Sn是 虚 轴 . 3.1.2.4映 轴 与 旋 转 反 映 操 作 iCSCS CSCS iSS hhh 3655 2433 21 ; ; ; ; ; 独 立 , 包 含 nhn CS 对 于 Sn, 若 n等 于 奇 数 , 则 Cn和 与 之 垂 直 的 都 独 立 存 在 ;若 n等 于 偶 数 , 则 有 Cn/2与 Sn共 轴 , 但 Cn和 与 之 垂 直 的 并 不 一 定 独立 存 在 .试 观 察 以 下 分 子 模 型 并 比 较 : (1) 重 叠 型 二 茂 铁 具 有S5, 所 以 , C5和 与 之 垂 直的 也 都 独 立 存 在 ; (2) 甲 烷 具 有 S4, 所 以 , 只 有 C2与 S4共 轴 , 但 C4和 与之 垂 直 的 并 不 独 立 存 在 . CH4中 的 映 轴 S4与 旋 转 反 映 操 作 注 意 : C4和 与 之 垂 直 的 都 不 独 立 存 在 S6=C3 + i交 叉 式 C2H6 对 称 操 作 与 对 称 元 素 旋 转 是 真 操 作 , 其 它 对 称 操 作 为 虚 操 作 . 对 称 元 素 和 对 称 操 作对 称 元素 符 号 对 称 元 素 基 本 对 称 操作 符 号 基 本 对 称 操 作E E 恒 等 操 作Cn 旋 转 轴 绕 Cn轴 按 逆 时 针 方向 转 360/ni 对 称 中 心 按 对 称 中 心 反 演 镜 面 通 过 镜 面 反 映Sn 映 轴 Sn= 绕 Sn轴 转 360/n,接 着 按 垂 直 于 轴 的平 面 反 映 i cn1Cn1 3.2 对 称 类 型 -点 群 点 群 : 有 限 分 子 的 对 称 操 作 群 。 点 操 作 , 所 有 对 称 元 素 至 少交 于 一 点 , 有 限 性 。 设 元 素 , , C, .属 于 集 合 , 在 中 定 义 有 称 为 “乘 法 ” 的 某 种 组 合 运 算 . 如 果 满 足 以 下 条 件 , 则 称 集 合 G构 成群 : (1) 群 元 素 满 足 封 闭 性 ; (2) 集 合 中 有 一 个 且 仅 有 一 个 恒 等 元 素 E; (3) 群 元 素 满 足 结 合 律 ; (4) 中 任 一 元 素 R都 有 逆 元 R -1且 也 是 群 中 元 素 .群 元 素 的 数 目 称 为 群 的 阶 h. 3.2.1 群 的 定 义 先 作 二 重 旋转 , 再 对 垂直 于 该 轴 的镜 面 作 反 映 ,等 于 对 轴 与镜 面 的 交 点作 反 演 .几 对 对 称 操 作 的 乘 积 : 由 图 可 以 证 明 :还 可 以 证 明 : 以 上 三 个 对称 操 作 中 , 任 意 两 个 都 对易 , 且 其 积 为 第 三 者 。 iC 2 ( 1) 2 Ci ( 2) 2 Ci( 3) 分 子 中 全 部 对 称 操 作 的 集 合 构 成 分 子 点 群 (point groups ). 分 子 点 群 可 以 归 为 四 类 : (1) 单 轴 群 : 包 括 Cn 、 Cnh 、 Cnv ; (2) 双 面 群 : 包 括 Dn、 Dnh、 Dnd ; (3) 立 方 群 : 包 括 Td 、 Th 、 Oh 、 Ih 等 ; (4) 非 真 旋 轴 群 : 包 括 Cs 、 Ci 、 S4等 .3.2.2 分 子 的 点 群 Cn 群 : 只 有 一 条 n次 旋 转 轴 Cn .( 1) 单 轴 群 : 包 括 Cn 、 Cnh 、 Cnv 点 群 . 这 类 点 群 的 共 同 特 点 是 旋 转 轴 只 有 一 条 .C2 群 R 2R2 R1R1R1 R1R2R2 元 素 : E, Cn 操 作 : 11 , nnn CCE 阶 数 : n 例 CHFClBr C2群 C1群对 称 轴 C1对 称 轴 C2 C3群 对 称 轴 C3(扭 曲 式 ) Cnh群 : 除 有 一 条 n次 旋 转 轴 Cn外 , 还 有 与 之 垂 直 的 一 个 镜 面 h .C 2h群 : N2F2C2h群 : 反 式 二 氯 乙 烯 C2垂 直 于 荧 光 屏 , h 在 荧 光 屏 上 元 素 : Cn群 h 操 作 : )1,1(,),1,1(, nlCnkCE lnhhkn 阶 数 : 2n 对 称 元 素E,C3, 1 , S3 对 称 操 作2 3 6个C3h群 hH3BO3 只 有 一 个 对 称 面 而 没 有 其 它任 何 对 称 元 素 的 分 子角 状 分 子 HOCl C1h群 (Cs)OH Cl C1h群 Cnv群 : 除 有 一 条 n次 旋 转 轴 Cn外 , 还 有 与 之 相 包 含 的 n个 镜 面 v . H2O中 的 C2和 两 个 v 元 素 : Cn群 n v操 作 : vkn nnkCE ),1,1(, 阶 数 : 2nNH H HC3NH3 F FFF v C3v : CHCl3C3v : NF3 C2v群 : 臭 氧 C2v 群 : 菲C2与 两 个 v 的 取 向 参 见 H2O分 子 C4v群 : BrF5 C5v群 : Ti(C5H5)Cv群 : N2O (2) 双 面 群 :包 括 Dn、 Dnh、 Dnd . 这 类 点 群 的 共 同 特 点 是 旋 转 轴 除 了主 轴 Cn外 , 还 有 与 之 垂 直 的 n条 C2副 轴 .Dn 群 : 除 主 轴 Cn外 , 还 有 与 之 垂 直 的 n条 C2副 轴 ( 但 没 有 镜 面 ).D 2 群 主 轴 C2垂 直 于 荧 光 屏元 素 E, nC2Cn操 作 212 , CnCCCE n nnn 阶 2n C3 , 3C2 , E对 称 元 素对 称 操 作2 3 6 个 D3: 这 种 分 子 比 较 少 见 , 其 对 称 元 素 也 不 易 看 出 . Co(NH2CH2CH2NH2)33+是 一 实 例 . 唯 一 的 C 3旋 转 轴 从 xyz轴 连 成 的正 三 角 形 中 心 穿 过 , 通 向 Co; x yz 何 其 相 似 ! C3C2 C2 C2三 条 C2旋 转 轴 分 别 从 每 个 NN键 中 心 穿 过 通 向 Co. Dnh : 在 Dn 基 础 上 , 还 有 垂 直 于 主 轴 的 镜 面 h .D 2h 群 : N2O4 D2h群 : 乙 烯主 轴 垂 直 于 荧 光 屏 . h在 荧 光 屏 上 . 元 素 E, nC2Cn操 作 212 , CnCCCE n nnn 阶 2n D2h群CH2=CH2对 称 元 素E, 3C2, i ,2 , h 对 称 操 作4 2 8个 对 称 元 素E, C3 , 3C2 ,3 , h三 氟 化 硼 ( BF3) 平 面 四 方 形 的 PtCl42- D4h群对 称 元 素E, C4 , 4C2 ,4 , i h Dh群O C O D6h群对 称 元 素E, C6 , 6C2 ,6 , i h有 对 称 中 心 的 线 形 分 子 D3h 群 :乙 烷 重 叠 型 D4h群 : XeF4 D6h群 : 苯Dh群 : I3- Dnd: 在 Dn基 础 上 , 增 加 了 n个 包 含 主 轴 且 平 分 二 次 副 轴 夹 角的 镜 面 d. D 2d : 丙 二 烯元 素 E, nC2Cn操 作 212 , CnCCCE n nnn 阶 2n 丙 二 烯 ( CH2=C=CH2) D2d群 对 称 元 素3C2 , 2 d D2d : B2Cl4 D3d : 乙 烷 交 错 型 D4d : 单 质 硫 D5d : 交 错 型 二 茂 铁俯 视 图 ( 4) 非 真 旋 轴 群 : 包 括 Cs 、 Ci 、 S4 这 类 点 群 的 共 同 特 点 是 只 有 虚 轴 (不 计 包 含 在 Sn中 的 Cn/2. 此 外 , i= S2 , = S1).对 称 中 心 Ci 群 : E i , h=2只 有 对 称 中 心 S4 群 : E S4 C2 S43 , h=4只 有 四 次 映 轴 环 辛 四 烯 衍 生 物 中 的 S4分 子 中 心 是 S 4的 图 形 符 号 S4群对 称 元 素E, S4 亚 硝 酸 酐 N2O3 B6H10COFClCs 群 : E h , n=2只 有 镜 面 (3) 立 方 群 : 包 括 Td 、 Th 、 Oh 、 Ih 等 . 这 类 点 群 的 共 同 特 点 是 有 多 条 高 次 (大 于 二 次 )旋 转 轴 相 交 . T ThTd O Oh I Id立 方 群 的 对 称 特 征 与 正 多 面 体 的 对 称 性 相 对 应正 多 面 体 : 面 为 彼 此 相 等 的 正 多 边 形正 四 面 体 正 六 面 体 正 八 面 体 正 十 二 面 体 正 二 十 面 体 面棱角群 464Td 6128Oh 8126Oh 123020Id 203012Id Td 群 : 属 于 该 群 的 分 子 , 对 称 性 与 正 四 面 体 完 全 相 同 。CH 4 P4 ( 白 磷 ) 元 素 : 3个 C2, 4个 C3 阶 群124,4,3, 2332 CCCET T群 : 元 素 : 3个 C2, 4个 C3, 3个 S4 (I4), 6个 d 阶 群246,3,3,4,4,3, 34142332 dd SSCCCET YX 在 Td群 中 , 你 可 以 找 到 一 个 四 面 体 结 构 . 打 开 P4分 子 ,从 正 四 面 体 的 每 个 顶 点 到对 面 的 正 三 角 形 中 点 有 一条 C3穿 过 , 所 以 共 有 4条 C3,可 作 出 8个 C3对 称 操 作 。Z 从 正 四 面 体 的 每 两 条 相 对 的 棱 中 点 有 一 条 S4穿 过 , 6条 棱 对 应 着 3条 S4. 每 个 S4可 作 出 S41 、 S42 、 S43 三 个对 称 操 作 , 共 有 9个 对 称 操 作 . 但 每 条 S4必 然 也 是 C2, S42与 C2对 称 操 作 等 价 , 所 以 将 3个 S42划 归 C2,穿 过 正 四 面 体 每 条棱 并 将 四 面 体 分 为两 半 的 是 一 个 d , 共 有 6个 d 。 Td 群 :金 刚 烷 (隐 氢 图 ) 沿 着 每 一 条 C3去 看 ,看 到 的 是 这 样 : 沿 着 每 一 条 C2去 看 ,看 到 的 是 这 样 : Td 群 (LiCH 3)4 隐 氢 图 Li CH3P 4O10 P4O6 Oh 群 : 属 于 该 群 的 分 子 , 对 称 性 与 正 八 面 体 或 正 方 体 完 全 相 同 . SF6 立 方 烷元 素 : 3C4, 4C3, 6C2, 3 h, 6d, 3S4, 4S6, i 阶 群48,4,4,3,3 ,6,3,6,4,4,3,3,3, 56163414 2231323414 iSSSS CCCCCCEO dhh 穿 过 每 两 个 相 对 棱 心 有 一 条 C2 ; 这 样的 方 向 共 有 6个 (图 中 只 画 出 一 个 ) ; 此 外 还 有 对 称 中 心 i.z y x 每 一 条 体 对 角 线 方 向 上 都 有 一 条 S6 ( 其 中 含 C3) ; 这 样 的 方 向 共 有 4个 (图 中只 画 出 一 个 ); 每 一 个 坐 标 轴 方 向 上 都 有 一 条 S4( 其中 含 C2) 与 C4共 线 . 这 样 的 方 向 共 有 3个(图 中 只 画 出 一 个 );对 称 中 心 i在 正 方 体 中 心 h d z yx 正 八 面 体 与 正 方 体 的 对 称 性 完 全 相 同 . 只 要 将 正 八 面 体 放 入 正 方 体 , 让 正 八 面 体 的 6个 顶 点 对 准 正 方 体 的 6个 面 心 , 即 可 看 出 这 一 点 . 当 然 , 正 八面 体 与 正 方 体 的 棱 不 是 平 行 的 , 面 也 不 是 平 行 的 , 相 互 之 间 转 过 一 定 角 度 . 例 如 , 正 方 体 体 对 角 线 方 向 的 S 6 ( 其 中 含 C3) 在 正 八 面 体 上 穿 过 三 角 形 的面 心 . 处 于 坐 标 平 面 上 的 镜 面 是 h . 这 样 的 镜 面 共 有 3个 (图 中 只 画 出一 个 ); 包 含 正 方 体 每 两 条 相 对 棱 的镜 面 是 d . 这 样 的 镜 面 共 有 6个 (图中 只 画 出 一 个 ). B6H62-Oh 群 Ih :120阶 群 , 在 目 前 已 知 的 分 子 中 , 对 称 性 最 高 的 就 属 于 该 群 . 对 称 操 作 : E i 12C5 12S10 12C 52 12S103 20C3 20S6 15C2 15 h=120C60 元 素 : 6个 C5, 10个 C3, 15个 C2 确 定 分 子 点 群 的 流 程 简 图分 子 线 形 分 子 : hv , DC有 多 条 高 阶 轴 分 子 ( 正 四 面 体 、 正 八 面 体 ) ., , hhhd IOTT只 有 镜 面 或 对 称 中 心 , 或 无 对 称 性 的 分 子 : s1 , CCC i只 有 S2n(n为 正 整 数 ) 分 子 : ,., 864 SSSCn轴 (但 不 是 S2n的 简 单 结 果 ) 无 C2副 轴 : vh, nnn CCC有 n条 C2副 轴 垂 直 于 主 轴 : dh, nnn DDD 1、 分 子 的 偶 极 矩 (Dipole Moment) (单 位 Debye)Classical Definition of Dipole Moment: lq 分 子 的 偶 极 矩 是 一 个 矢 量 , 是 分 子 的 静 态 性 质 , 分 子 的 任 何 对 称操 作 对 其 大 小 和 方 向 都 不 起 作 用 。 只 有 分 子 的 电 荷 中 心 不 重 合 , 才 有 偶 极 矩 , 重 合 , 则 无 。 极 性 分 子 永 久 偶 极 短 0 一 般 分 子 诱 导 偶 极 矩 Iq -q 表 示 分 子 中 电 荷分 布 的 情 况 q=电 子 电 量 , l=正 负 电 重 心 间 的 距 离=1.6022 10-29Cm (库 仑 米 ) =4.8Debye l 3.2.4.1 分 子 偶 极 矩 的 预 测 对称操作只能产生等价构型分子,不能改变其物理性质(偶极矩) R ( 1) 具 有 i的 分 子 0 i i 0但hC2 hC4 hhDD 42 hD6 hhh IOT , 等 的 分 子 均 为 非 极 性 分 子 。 ( 2) 对 于 具 有 对 称 轴 的 分 子 , 若 分 子 具 有 偶 极 矩 , 则 一 定 与 此 对 称 轴 重 合 。( 3) 具 有 两 个 或 更 多 个 对 称 轴 的 分 子 的 偶 极 矩 等 于 零 。 不 等 于 零 , 又 与 邻 轴 重 合 不 可 能 。例 CH 4没 有 对 称 轴 中 心 , 但 不 止 一 个 对 称 轴 。 所 以 为 非 极 性 分子 。 D, T, O, I群 的 分 子 为 非 极 性 分 子 。 分 子 的 对 称 性 反 映 出 分 子 中 原 子 核 和 电 子 云 空 间 分 布的 对 称 性 , 因 此 可 以 判 断 偶 极 矩 是 否 存 在 。 ( 5) 分 子 内 只 要 存 在 互 不 重 合 的 对 称 面 和 对 称 轴 , 则 其0 nhC。 所 有 属 群 的 分 子 为 非 极 性( 4) 对 于 具 有 的 分 子 , 若 分 子 具 有 偶 极 矩 , 则 一 定 位 于 此 平 面 内 。 判 据 : 若 分 子 中 有 对 称 中 心 或 有 两 个 对 称 元 素 相 交 于 一 点 , 则 分 子 不 存 在 偶 极 矩 。 只 有 属 于 Cs 、 Cn和 Cnv点 群 的 分 子 才 有 偶 极 矩 。 C CClHClH 1,2 -二 氯 乙 烯 ( 顺 式 ) 有 偶 极 矩 , 沿 C2轴 C2v 两 , 一 C2 C CClHHCl 1,2 -二 氯 乙 烯 ( 反 式 ) 无 偶 极 矩 C2h 有 对 称 中 心 , 6.1 10-30 Cm 6.9 10-30 CmH O O H 3.2.4.2 分 子 旋 光 性 的 预 测 任 何 图 形 , 包 括 分 子 , 都 可 以 设 想 用 “ 镜 子 ” 产 生 其镜 象 。 (由 于 不 强 求 镜 象 与 分 子 必 须 相 同 ,所 以 , 这 “ 镜 子 ”不 必 是 分 子 的 镜 面 ), 但 镜 象 是 否 与 分 子 完 全 相 同 , 却 分 两种 情 况 : 1. 分 子 的 旋 光 性 某 些 分 子 具 有 使 平 面 偏 振 光 的 振 动 面 发 生 旋 转 的 能 力 ,称 为 分 子 的 旋 光 性 。 旋 光 性 与 对 称 性 有 关 。2. 分 子 手 性 与 对 称 性 的 关 系 分 子 镜 象 第 一 种 情 况 : 分 子 与 其 镜 象 ( 对 应 体 ) 完 全 相 同 , 可 通过 实 际 操 作 将 完 全 迭 合 , 这 种 分 子 是 非 手 性 分 子 . 实 操 作 从 对 称 性 看 , 分 子 若 有 虚 轴 Sn , 就 能 用 实 操 作 将 分 子 与其 镜 象 迭 合 , 是 非 手 性 分 子 . 左 手 与 右 手 互 为 镜 象 . 你 能 用 一 种 实 际 操 作 把 左手 变 成 右 手 吗 ? 对 于 手 做 不 到 的 , 对于 许 多 分 子 也 做 不 到 . 这种 分 子 就 是 手 性 分 子 . 结 论 : 不 能 用 实 际 操 作 将 分 子 与 其 镜 象 完 全 迭 合 的 分 子是 手 性 分 子 , 分 子 没 有 虚 轴 S n ,也 就 没 有 、 没 有 i、 没 有 S4 ( 任 何 分 子 , 包 括 手 性 分 子 , 都 能 用 “ 镜 子 ” 产 生 镜 象 , 但 手 性 分 子 本 身 并 无 镜 面) . 第 二 种 情 况 : 分 子 不 具 有 Sn (也 就 没 有 、 或 i、 或 S4), 分子 与 其 镜 象 只 是 镜 象 关 系 , 并 不 全 同 . 这 种 分 子 不 能 用 实 际操 作 与 其 镜 象 完 全 迭 合 , 称 为 手 性 分 子 . 将 分 子 与 其 镜 象 的 旋 光 度 分 别 记 作 R与 R , 则 (1) 无 论 对 手 性 或 非 手 性 分 子 , 都 有 R = - R; (2) 对 非 手 性 分 子 , 又 有 R = R . 结 论 : 非 手 性 分 子 没 有 旋 光 性 , 手 性 是 分 子 产 生 旋光 性 的 必 要 条 件 .3. 分 子 的 手 性 与 旋 光 性 的 关 系 4. 以 上 分 别 讨 论 了 对 称 性 与 分 子 手 性 、 手 性 与旋 光 性 的 关 系 . 综 合 这 两 点 就 得 出 三 者 的 关 系 :对称性、分子手性、旋光性的关系 分 子 手 性 对 称 性 旋 光 性 非 手 性 分 子 无 旋 光 性有 虚 轴 ( 包 括 镜 面 或 对 称中 心 ) 的 分 子 是 非 手 性 分 子 有 虚 轴 ( 包 括 镜 面 或 对 称中 心 ) 的 分 子 无 旋 光 性 分 子 旋 光 性 的 对 称 性 判 据 : 具 有 虚 轴 Sn(包 括 、 或 i、 或 S4 )的 分 子 是 非 手 性 分 子 ,没 有旋 光 性 ;没 有 虚 轴 Sn(也 就 没 有 、 i和 S4 )的 分 子 是 手 性 分 子 , 具 备 产生 旋 光 性 的 必 要 条 件 ( 但 能 否 观 察 到 还 要 看 旋 光 度 的 大小 ) . 手 性 分 子 通 常 属 于 C n 、 Dn群 .具 有 旋 光 性 : Cn 、 Dn群 . 习 题 下 列 各 点 群 中 增 加 或 减 少 某 对 称 元 素 后 , 应 为 什 么 群 ?1、 C3V 增 加 hh3c v vv 因 增 加 了 h , 那 么 三 个 v 与 h 的 交 线必 为 三 个 )( 32 cc , 使 之 成 为 二 面 体 群hD3 2、 hhD 减 去 h vc /2c 3、 hsc 加 hh1c 1c 4、 33 sD h减 h3c 3s 二 、 列 出 下 列 分 子 的 对 称 元 素 , 判 断 所 属 点 群1、 Co(NH3)4ClBrCoNH3 NH3NH3 NH3ClBr 对 称 元 素 : 一 个 4c , 4个 v所 属 点 群 : vc42、 IF 5 , I 采 取 sp3d2 杂 化 3、 Co(en)2Cl2 ,( 反 式 )4、 椅 式 环 己 烷 5、 SF6 三 、 有 下 列 分 子 的 偶 极 矩 数 据 , 推 测 分 子 的 立 体 构 型 及 其所 属 点 群 。a C3O2 (=0)b SO2 (=5.4D)c (=0)d (=6.9D)e (=0)f (=6.14D)g (=5.34D)N C C N H O O H 2 2ON NO2 2H N NH2 6 4 2H N CH NH 解 : 四 、 指 出 下 列 分 子 的 点 群 、 旋 光 性 和 偶 极 矩 情 况a 3 3H C O CH b 3 2H C CH CH c 5IF d 8Sef Br N g NO2 CH3Cl 反 式 二 氯 乙 烯 序 号 点 群 旋 光 性 偶 极 矩a C2v 无 有b Cs 无 有c C4v 无 有d D4d 无 无e C2h 无 无f C s 无 有g C1 有 有
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