Mécanique quantique : structure électronique d’hétérocycles

Résumé du document

Ce TP permet de réviser les concepts réputés connus sur la structure électronique des composés cycliques. A l'aide des logiciels AMPAC et GUI, nous pourrons visualiser les orbitales de certaines molécules et mieux aborder la question de la délocalisation des électrons. Nous étudierons ici des hétérocycles et comparerons donc leur réactivité grâce à l'étude des orbitales.

Extraits

[...] Pour le pyrole 1. Moment dipolaire : Le pyrole présente un moment dipolaire, car il y a une différence d'électronégativité entre les atomes de carbone et d'azote. Nous avons placé le moment dipolaire de la molécule suivant l'axe 1-2 en échangeant certains atomes, ainsi il se trouve sur l'axe des x. On le confirme par le calcul par AMPAC : Sa valeur est de 1,951 Debye et est exclusivement orientée sur l'axe des x Valeur des longueurs de liaison et de charges : Dans le cas du pyrole, nous pouvons relever des différences de charges entre les atomes : l'azote possède une charge négative de -0,1808, les deux carbones liés à l'azote et portent une charge très faible -0,1456 car ils sont fortement influencés par la charge de l'azote. [...]

[...] En fait, ceci peut s'expliquer par le fait que le modèle de Lewis n'est pas parfait et que réellement les liaisons π sont délocalisées sur l'ensemble de la molécule Les sites préférentiels : Pour connaître les sites d'attaques privilégiés, on se reporte aux indices de Mulliken qui nous donne les valeurs de la charge sur chaque atome : les attaques nucléophiles se feront donc préférentiellement sur l'atome d'azote, car il porte un indice de 5,189093, il a donc plus d'électrons. Les attaques électrophiles se font préférentiellement sur l'atome d'hydrogène qui possède la plus faible concentration d'électrons : 0,687713, et également sur les atomes de carbone nº 3 et 6 (voisins à l'atome d'azote) car il porte un indice plus faible que les autres : 4,1799. En effet, ils subissent l'influence de l'azote. [...]

[...] Nous étudierons ici des hétérocycles et comparerons donc leur réactivité grâce à l'étude des orbitales. I. Théorie sur la structure d'hétérocycles a. Les OA de valence et le nombre d'électrons de valence Structure électronique de certains atomes : C : ( 4 électrons de valence H : 1s1 ( 1 électron de valence N : 2p3 ( 5 électrons de valence Il y a donc une orbitale s et trois orbitales p pour le carbone et l'azote. Pour l'hydrogène, il y a une orbitale s. [...]

[...] Moment dipolaire : La pyridine présente un moment dipolaire, car il y a une différence d'électronégativité entre les atomes de carbone et d'azote. Nous avons placé le moment dipolaire de la molécule suivant l'axe 1-2 en échangeant certains atomes, ainsi il se trouve sur l'axe des x. On le confirme par le calcul par AMPAC : Sa valeur est de 1,974 Debye et est exclusivement orientée sur l'axe des x Valeur des liaisons et des charges : Dans le cas de la pyridine, nous pouvons relever des différences de charges entre les atomes : l'azote possède une charge négative de 0,1385, les deux carbones liés à l'azote et portent une charge très faible, car ils sont fortement influencés par la charge de l'azote. [...]

[...] Valeur des longueurs de liaisons et charges : Les charges de chaque atome sont identiques et se compensent exactement entre les atomes de carbones et d'hydrogène, cela confirme également l'absence de moment dipolaire dans la molécule de benzène. En ce qui concerne la longueur des liaisons, elles sont quasiment identiques entre les atomes d'hydrogène et de carbone, les seules différences qui existent sont présentent sur le 5e chiffre significatif. La molécule de benzène est donc bien symétrique et les différences peuvent s'expliquer par de légère tension de cycle et la non-planéité du cycle Orbitales moléculaires : Nous avons regardé dans les fichiers du logiciel, les orbitales qui étaient occupées, c'est-à-dire celles qui présentaient un coefficient non nul sur l'orbitale PZ. [...]