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词条 分子轨道图形理论
释义 fenzi guidao tuxing lilun
分子轨道图形理论(卷名:化学)
theory of molecular orbital graph
  化学家根据自己的经验,采用分子图描绘分子中的成键作用。分子图中的点(字母)表征原子,边(键)代表原子间的成键作用。这种直观图像在现代量子化学形式体系中得到了某些保留。对于简单的休克尔分子轨道法,主要的表述形式可建立在分子图的基础上,称作分子轨道图形理论。
  在休克尔分子轨道法中,本征多项式占据重要地位,它是久期方程的幂展开式,多项式的根及对应本征向量,就是共轭分子能级和轨道。本征多项式是一种图不变量,不因图中点的标号不同而变,仅由分子图本身确定。推算本征多项式的图的规则有多种,其中有效的一种是基于分子增大时的递推关系式。设所讨论的是直链多烯烃,碳原子数为n,分子图对应直链碳骨架,即:

本征多项式gn(x)满足以下递推关系式:
    (1)

式中x是归一化的能级参数,它与能级E、库仑积分α 以及共振积分β的关系式:
 
        (2)

利用式(1),可由小分子本征多项式推出大分子本征多项式,例如应当知道:
g1(x)=x  g2(x)=x2-1

则有(已知g0=1):
 
g3(x)=g1(x)g2(x)-g1(x)=x3-2x

式(1)的更深刻含义是:左端代表分子整体,右端的第一项代表一个键被断裂,第二项代表断裂键被抽去。更普遍的递推关系由以下定理表述:一个共轭分子,图形为G,断裂一条边,生成图形G′,去掉经过断裂边的所有闭途径(指从一点出发,经过不重复的点回到出发点的途径),生成图形G1、G2、… ,它们的本征多项式P(x)满足:
     
   (3)

式(1)是式(3)的特例,后者中诸图形不限于直链图。它们直观地描绘分子整体及其局部链段之间的一种特殊的内在关系。
  不仅本征多项式,其他图不变量也存在类似的图形关系。目前讨论得比较清楚,并已获得严格的或近似严格结果的有:分子轨道系数、邻接矩阵行列式aN 凯库勒构式数、最高占据和最低空轨道能级、总能量等。利用这些结果,可对共轭分子有关性质作出解释或预测,包括协同反应对称守恒原理、芳香性、反应活性及同系线性规律等。
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更新时间:2025/3/10 10:50:26