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[波函数分析求助] 关于该分子中氮原子的显电性问题

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各位老师,本人最近在研究如下图所示的分子,通过M062X/def2-tzvp优化后,计算了一下各原子的Hirshfeld和ADCH电荷(Hirshfeld电荷:N9:0.0356  N10:-0.0428。ADCH电荷:N9:0.127  N10:-0.107 ),因为对N9-N10这个键比较感兴趣,发现两种电荷结果都显示N9原子显正电,而N10原子显负电,本人百思不得其解,为什么这两个N原子,一个显正电而另外一个显负电,有没有老师可以指点一下。谢谢各位老师啦!




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发表于 Post on 2025-5-29 17:56:52 | 只看该作者 Only view this author
原子电荷相差并不大,没必要过度解释符号的差异。但可以用Multiwfn给出pi布居数、绘制LOL-pi图,更具体描述下电子结构特征
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发表于 Post on 2025-5-29 21:04:31 | 只看该作者 Only view this author
因为这个环上的9号氮是带有孤对电子的,10=11和2=12是两根双键,这一对孤对电子和两个π键组成了具有芳香性的 π 5 6 大π键(你可以粗略理解为每个原子分到1.2个电子),其中9号氮出了2个电子(孤对电子)形成大π键,它吃亏了,自然带正电。同理可预测5、17、21号氮原子也带正电。

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现代化学以狄拉克的一句“一切化学问题业已解决”为嚆矢。滥觞于经验主义传统的期望正失去它们的借鉴意义。但面对看似不可达的通往天堂之阶梯,我想循伍德沃德“最好的模型是你底物的对映异构体”的信仰好过过早地振翮。
我们怀揣热忱的灵魂天然被赋予对第一性的追求,不屑于单一坐标的约束,钟情于势能面彼端的芬芳。但

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-5-29 21:45:42 | 只看该作者 Only view this author
sobereva 发表于 2025-5-29 17:56
原子电荷相差并不大,没必要过度解释符号的差异。但可以用Multiwfn给出pi布居数、绘制LOL-pi图,更具体描述 ...

好的,sob老师,我再好好研究一下您说的这些内容。

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-5-29 21:47:19 | 只看该作者 Only view this author
北大-陶豫 发表于 2025-5-29 21:04
因为这个环上的9号氮是带有孤对电子的,10=11和2=12是两根双键,这一对孤对电子和两个π键组成了具有芳香性 ...

谢谢陶老师,我大致好像理解了,我再琢磨琢磨

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-5-30 10:15:54 | 只看该作者 Only view this author
本帖最后由 菲比的洪均 于 2025-5-30 10:17 编辑
北大-陶豫 发表于 2025-5-29 21:04
因为这个环上的9号氮是带有孤对电子的,10=11和2=12是两根双键,这一对孤对电子和两个π键组成了具有芳香性 ...

谢谢老师。我计算了一下5,17,21号氮原子的电荷,发现他们确实也带正电。另外还发现,5号的带正电量(ADCH电荷:0.279)要大于9号的,结合他们的LOL-pi等值面图(如下图所示,和分子结构的位置是对应的),是否可以认为12、2、9三个原子产生了大Π键,因此,9号氮原子出了两个电子,却得到(1+1/3)个电子,相当于失去了2/3个电子,而5、6、7、1、9五个原子产生了大Π键,因此5号氮原子出了两个电子,得到了1.2个电子,相当于失去了0.8个电子。5号氮原子相对于9号氮原子失去的电子更多,因此他的正电性更高。是否可以这样粗略理解,还请老师指教。

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发表于 Post on 2025-5-30 10:58:12 | 只看该作者 Only view this author
菲比的洪均 发表于 2025-5-30 10:15
谢谢老师。我计算了一下5,17,21号氮原子的电荷,发现他们确实也带正电。另外还发现,5号的带正电量(AD ...
5号的带正电量(ADCH电荷:0.279)要大于9号的


我觉得就是因为5号氮连着碳,氮的电负性大于碳,吸了碳的电子而已
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-5-30 11:11:06 | 只看该作者 Only view this author
北大-陶豫 发表于 2025-5-30 10:58
我觉得就是因为5号氮连着碳,氮的电负性大于碳,吸了碳的电子而已

谢谢老师。学生还有一个疑问,就是根据LOL-pi等值面图,是否可以说明在2、9、10、11、12这个五元环中,是12、2、9三个原子发生了共轭,11和10这两个原子发生了共轭,而不是他们5个一起发生了共轭。或者说虽然是他们5个发生了共轭,但是12、2、9这三个原子的Π电子只在他们这三个原子之间运动,11、10这两个原子的Π电子只在他们这两个原子之间运动。

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发表于 Post on 2025-5-30 15:38:08 | 只看该作者 Only view this author
菲比的洪均 发表于 2025-5-30 11:11
谢谢老师。学生还有一个疑问,就是根据LOL-pi等值面图,是否可以说明在2、9、10、11、12这个五元环中,是 ...

我不太懂LOL-pi等值面图,但我觉得你这种说法挺违背化学直觉的。因为6个电子首尾相连的共轭体系有芳香性,而你这种说法仿佛6个电子没有形成首尾相连的共轭体系一样。
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-6-3 08:35:52 | 只看该作者 Only view this author
北大-陶豫 发表于 2025-5-30 15:38
我不太懂LOL-pi等值面图,但我觉得你这种说法挺违背化学直觉的。因为6个电子首尾相连的共轭体系有芳香性 ...

好的,谢谢陶老师,我再研究研究

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发表于 Post on 2025-6-3 10:02:39 | 只看该作者 Only view this author
菲比的洪均 发表于 2025-5-30 11:11
谢谢老师。学生还有一个疑问,就是根据LOL-pi等值面图,是否可以说明在2、9、10、11、12这个五元环中,是 ...

从你的Multiwfn+VMD绘制的LOL-pi图上可以看到N12-C2-N9形成了三中心共轭,N9上的孤对电子出现了往C2上的离域而减少了N9的电子数,令其原子电荷变得为轻微正值
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sobereva 发表于 2025-6-3 10:02
从你的Multiwfn+VMD绘制的LOL-pi图上可以看到N12-C2-N9形成了三中心共轭,N9上的孤对电子出现了往C2上的 ...

好的,谢谢sob老师的指点

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-6-9 20:58:01 | 只看该作者 Only view this author
sobereva 发表于 2025-6-3 10:02
从你的Multiwfn+VMD绘制的LOL-pi图上可以看到N12-C2-N9形成了三中心共轭,N9上的孤对电子出现了往C2上的 ...

sob老师您好,学生还有个问题想问一下,对于环C1N8N5N6N7来说,他的LOL-pi图可以看出也形成了pi电子离域,只是在N8N5处没有连通,而该环上的其他地方都连通了,请问老师这样的情况算正常吗

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发表于 Post on 2025-6-9 23:50:11 | 只看该作者 Only view this author
菲比的洪均 发表于 2025-6-9 20:58
sob老师您好,学生还有个问题想问一下,对于环C1N8N5N6N7来说,他的LOL-pi图可以看出也形成了pi电子离域 ...

贴图说事
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-6-10 08:42:06 | 只看该作者 Only view this author

sob老师,结构图和LOL-pi图均在该帖子中,前述已经发过了,C1N8N5N6N7指的是原子序号,不是原子个数,我没有表达清楚

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