用前线轨道理论和分子轨道对称守恒原理

用前线轨道理论和分子轨道对称守恒原理

分析乙烯环加成变为环丁烷

孙娟

湖北师范学院化学与环境工程系化教0202班435002

摘要：本文在于利用前线轨道理论和分子轨道对称守恒原理对乙烯环加成变为环丁烷的反应条件及轨道叠加情况进行分析，为搞清一系列问题，本文对周环反应、分子轨道守恒理论、前线轨道理论进行了讨论，借以对乙烯环加成为环丁烷的情况进行理论阐述，并以此展开，讨论了诸多环加成的实例，以此完善相关学识。

关键词：前线轨道理论分子轨道对称守恒原理乙烯环加成环丁烷反应条件轨道叠加Analyzing How Ethylene Become Cyclobutane Through Cyclization By Frontline Molecule Orbital Theory and Symmetrical Conservation Principle

of the Molecule Theory

Sun Juan

Chemistry and Environmental project Department of HuBei Normal University Chemistry educating Specialty Class0202

HuBei Huang Shi 435002

Abstract The purpose and scope of this paper is to explain how ethylene become cyclobutane through cycloaddition reaction this time ,I’ll chose Frontline Molecule Orbital Theory(FMO) and Symmetr ical Conservation Principle of the Molecule Theory to analyze how it reaction ,What are the essential conditions which needs and how the orbits overlap .In order to expound it clearly, I’ll introduce the accurate meanings of Cyclization Molecule Orbital T heory ,FMO and Symmetrical Conservation Principle of the Molecule Theory by definitions and illustrations, Furthermore, according these foundations, we can discuss the more instances with more complicated structure ,Thus we can master the knowledge perfectly.

Keywords Frontline Molecule Orbital Theory(FMO) Symmetrical Conservation Principle of the Molecule Theory Ethylene cycloaddition reaction Cyclobutane the essential conditions orbits overlap

分子成键的三大条件是：（1）、能量相近，（2）、轨道最大重叠，（3）、对称匹配。这三点中最重要的就是对称匹配，然而，对乙烯环加成为环丁烷的反应中，就存在着不匹配的情况，那么，这时候它的反应又是怎样进行的呢？这里我们就要用前线轨道理论和分子轨道对称守恒原理对乙烯环加成变为环丁烷的反应条件及轨道叠加情况进行分析。

一、周环反应[1]

有机化学反应从机理上看主要有两种，一种是离子型反应，另一种是自由基型反应，它们都生成稳定的或不稳定的中间体。还有另一种机理，在反应中不形成离子或自由基中间体，而是由电子重新组织经过四或六中心环的过渡态而进行的。这类反应表明化学键的断裂和生成是同时发生的，它们都对过渡态作出贡献。这种一步完成的多中心反应称为周环反应。

一）周环反应的特点

周环反应：反应中无中间体生成，而是通过形成过渡态一步完成的多中心反应。

反应物——→产物

1、只在光和热下进行反应，不受溶剂、引发剂、亲电试剂、亲核试剂、酸、碱等催化剂的影响

2、反应只有过渡态，没有中间体生成，过渡态中原子排列高度有序

3、反应是协同进行的，即旧键的断裂和新键的形成是一步完成的

4、产物有高度的立体专一性，即有极强的立体选择性 二） 周环反应的类型 1) 电环化反应

电环化反应是在光或热的条件下，共轭多烯烃的两端环化成环烯烃和其逆反应——环烯烃开环成多烯烃的一类反应。例如：

电环化反应是分子内的周环反应，电环化反应的成键过程取决于反应物中开链异构物的HOMO 轨道的对称性。

A 、含4n 个π电子体系的电环化（如丁二烯电环化成环丁烯）

B 、4n+2个π电子体系的电环化（如己三烯合成环己二烯）

电环化反应的空间过程取决于反应中开链异构物的HOMO 的对称性，若一共轭多烯烃含有4n 个π电子体系，则其热化学反应按顺旋方式进行，光化学反应按对旋进行；如果共轭多烯烃含有4n+2个π电子体系，则进行的方向正好与上述相反。此规律称为伍德沃德 — 霍夫曼规则。 电环化反应的选择规则

2) 环的加成反应

环加成反应（cycloaddition reaction ）

两个共轭体系结合成环状分子的一种双分子反应叫做环加成反应。

通过环加成反应，两个共轭体系分子的端基碳原子彼此头尾相接，形成两个σ键，使这两个分子结合成一个较大的环状分子，例如丁二烯与乙烯（或它们的衍生物）的加成反应。

环加成反应也是应用分子轨道对称守恒原理讨论立体化学特征的典型反应。 按分子轨道对称守恒原理可确定环加成反应进行的主要方式如下：

在光或热的作用下在两个Π电子共轭体系的两端同时生成两个σ键而闭合成环的反应叫环加成反应。 例如：

CH 2CH 2

CH 2CH 2+

υ

CHO

CHO

+