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分子地对称性与点群

分子地对称性与点群
分子地对称性与点群

分子的对称性与点群

摘要:分子也像日常生活中见到的物体一样,具有各种各样的对称性。分子的对称性是分子的很重要的几何性质,它是合理解释许多化学问题的简明而重要的基础。例如,往往从对称性入手,我们就能获得有关分子中电子结构的一些有用的定性结论,并从光谱推断有关分子的结构。

关键词:对称性点群对称操作

一.对称操作与点群

如果分子的图形相应于某一几何元素(点、线、面)完成某种操作后,所有原子在空间的排布与操作前的排布不可区分,则称此分子具有某种对称性。一般将能使分子构型复原的操作,称为对称操作,对称操作所据以进行的几何元素称为对称元素。描述分子的对称性时,常用到“点群”的概念。所谓点群,就是指能使一个分子的图象复原的全部点操作的集合。而全部对称元素的集合构成对称元素系。每个点群具有一个持定的符号。一个分子的对称性是高还是低,就可通过比较它们所属的点群得到说明。

二.分子中的对称元素和对称操作

2.1 恒等元及恒等操所谓点群,就是指能使一个分子的图象复原的全部点操作的集合。作

分别用E、 E^表示。这是一个什么也没有做的动作,保持分子不动,是任何分子都具有的对称元素与对称操作。

2.2旋转轴和旋转操作

分别用C n 、 C ^

n 表示。 如果一个分子沿着某一轴旋转角度α能使分子复原,则该分子具有轴C n , α是使分子复原所旋转的最小角度,若一个分子中存在着几个旋转轴,则轴次高的为主轴 (放在竖直位置),其余的为副轴。分子沿顺时针方向绕某轴旋转角度 α,α=360°/n (n=360°/α(n=1,2,3……) 能使其构型成为等价构型或复原,即分子的新取向与原取向能重合,就称此操作为旋转操作,并称此分子具有 n 次对称轴。n 是使分子完全复原所旋转的次数, 即为旋转轴的轴次, 对应于次轴的对称操作有n 个。 C n n =E ﹙上标n 表示操作的次数,下同﹚。

如NH3 (见图 1) 旋转 2π/3 等价于旋转 2π (复 原),基转角 α=360°/n C3 - 三重轴;再如平面 BF3 分 子,具有一个 C3 轴和三个 C2 轴,倘若分子中有一个以 上

的旋转轴,则轴次最高的为主轴。

2.3 对称面与反映操作

分别用σ、σ^

表示。对称面也称为镜面, 它将分子分为两个互为镜像的部分。对称面所对应的操作是反映, 它使分子中互为镜像的两个部分交换位置而使分子复原。 σ^

?=E ^

﹙n 为偶数﹚, σ^2n

=E ^

﹙n 为奇数﹚。 对称面又分为: σh 面﹙垂直于主轴的对称面﹚、σv 面﹙包含主轴的对称面﹚与σd 面﹙包含主轴并平分垂直于主轴的两个C 2轴的夹角的平面﹚, σd 是σv 面的特殊类型。

图1

例如,水分子有两个对称面,一个面是分子平面,它 包含有 3 个原

子;另一个面垂直上述分子平面,并且平 分 H- O- H 键角(见图 2)

2.4 对称中心及反演操作

分别用i 及i ^

表示。 选取分子的中心为笛卡尔坐标的原点, 将分子中的任何一点﹙x ,y ,z ﹚移到另一点﹙-x ,-y ,-z ﹚后分子能复原的操作称为反演, 进行反演时所依据的中心点称为对称中心i 。 i ^

n =E ^

﹙n 为偶数﹚, i ^2n

=E ^

﹙n 为奇数﹚。

C- C 键的中点便是对称中心,如果从一 个 Cl 原子至中心连一直线,则在其延长线的相等距离 处会遇到第二个 Cl 原子。对于两个 H 原子也存在同样 的关系。例如 C2H4Cl2(见图

3)

2.5 旋映轴和旋转反映操作

可用S n 及S ^

n 表示。若分子绕某轴旋转 2π/n ,再用垂直此轴的平面进行反映操作,得到分子的等价构型,将该轴与平面组合 所得的对称元素称为旋映轴,以 Sn 表示。 S n n =E ﹙n 为偶数﹚,S n 2n =E ﹙n 为奇数﹚。

图2

图3

在 CH4分子中,存在着 S4轴,绕垂直轴 z 轴旋转 2π/4。在经 xy

4)

平面反映,则使分子的取向与原来的相重合。例如 CH4(见图

图4

三.对称群

3.1 对称群的定义

群是元素的集合G(元素是广义的,可以是矩阵、向量、操作等),在中G定义一种运算法则(通常称为乘法),如能满足封闭性、乘法的结合律、包含恒等元素与逆元等条件,

则称集合G为一个群。对称操作的集合满足群的定义,可构成一个对称操作群。对称群中的恒等元是不动E。如NH3分子中有一个C3轴和三个包含C3轴的对称面σv,共有六个对称操作, G: {E, C13, C23, σv, σv', σv''},符合群

的四个条件,组成C3v群。组成群的群元素的数目称为群阶,群阶越高,对称性越高。任意一个分子的对称操作集合都可构成一个群,同时分子中所有对称元素至少交于一点,或者说分子中至少有一点在所有对称操作下保持不动,例如在对称操作时NH3中N原子始终保持不动,因而称这类群为点群。

3.2 点群的分类

常见的分子点群有:

Cn 群:分子中只有一个 Cn 轴,共有n 个操作。如H2O2分子属C2群。

Cnv群:分子中有一个Cn轴,且有n个包含Cn轴的σv面,共有2n个操作。如H2S分子属C2v群。

Cnh群:分子中有一个Cn轴,且有垂直于Cn的σh 面, 2n有个操作。 n为偶数时必有C1h=Cs。没有其他

对称元素的平面型分子群均属均属Cs群

如分子

Dn群:分子中有一个Cn轴,另有n个垂直于Cn 轴的C2轴,该点群共有2n个操作。如既非交叉又非重叠的CH3CH3分子属D3群。

Dnh群: Dn在基础上,另有一个垂直于Cn轴的σh 面,共有4n个操作(n个C2和σh作用自然地产生n个σv, Cn与σh也可产生n个独立操作, n为偶数时还有 i)。如C6H6分子属D6h 群。

Dnd群:在Dn基础上,有n个σd面,该点群共有 4n个操作。如交叉型CH3CH3分子属D3d群。

Sn群:有一个Sn轴,当n为偶数时,群中有n个操作, n为奇数时,即为Cnh群。 S2轴相当于一个i,

因此S2群亦为群Ci。如CHClBrCHClBr属S2群。

Td 群:具有正四面体构型的分子,如 CH4、 CCl4、 SiH4

等均属Td,它有4个C3轴(指向正四面体顶点), 3个C2轴亦为S4轴(4个顶点两两相连成六条线,连接相对连线的中点即为3个C2轴)以及6个

σd面,共有24个操作。

Oh 群 : 具有正八面体构型的分子 , SF6、

[Fe(CN)6]4-、 [Co(NH3)6]3+、 [Cr(CN)6]3-等均属于群。有4个C3轴(也是S6)(两个相对面中心的连线,八个面相应的有4个C3), 3个C4 (也是S4,六个相对顶点的连线是3个C4),6

个C2轴(12个相对棱中点的连线而成6 个C2)3个σh (与C4相垂直)和6个σd面以及对称中心。共有48个操作。

分子所属点群的确定

为了使确定分子所属的点群不出差错,按照以下步骤进行。

1分子几何构型是否是直线型?

2是直线型,是否有对称中心i?如果对称中心属于D∞h点群。无对称中心属于C∞v点群。

3不是直线型,是否有多个Cn(n>3)轴,如果有多个C n 轴,就属于T d或0h点群。

4若无多个C n轴,是否有C n?

5若无多个C n轴,是否有σ?如果有属于C S点群,没有σ,是否有i?如果有属于C i点群,没有属于C I点群。

6有C n轴,,是否有n个垂直于C n的C2轴?如果有,是否有σh?如果有则属于D nh点群,没有σh,是否有n个σd?如果有则属于D nd,,如果没有则属于D n点群。

7如果没有n个垂直于C n的C2轴?是否有σh?如果有则属于C nh点群。8如果没有σh?是否有n个σv?如果有则属于C nv点群,如果没有则属于C n轴或属于S n点群。

分子点群类型和分子所属点群的确定用下表来表示,并得出结论。

参考文献:

[1] 周公度 . 结构和物性 [M]. 北京:高等教育出版社,1993.184 ~185.

[2]东北师范大学、华东师范大学、西北师范大学合编.结构化学[M].北京:高等教育出版社,2003.121~122.

[3]刘国璞,白光美,廖松生. 大学化学[M]. 北京:清华大学出版社,1985:415- 421.

[4]杜少华. 分子极性判断二法[J]. 中学理科教学,1999:(9):41- 48.

[5]周端政. 辞海[M]. 上海:上海辞书出版社,1979:431.

[6]卢嘉锡.化学键的本质[M]. 上海:上海科技出版社,1996:36.

分子的对称性与点群

分子的对称性与点群 摘要:分子也像日常生活中见到的物体一样,具有各种各样的对称性。分子的对称性是分子的很重要的几何性质,它是合理解释许多化学问题的简明而重要的基础。例如,往往从对称性入手,我们就能获得有关分子中电子结构的一些有用的定性结论,并从光谱推断有关分子的结构。 关键词:对称性点群对称操作 一.对称操作与点群 如果分子的图形相应于某一几何元素(点、线、面)完成某种操作后,所有原子在空间的排布与操作前的排布不可区分,则称此分子具有某种对称性。一般将能使分子构型复原的操作,称为对称操作,对称操作所据以进行的几何元素称为对称元素。描述分子的对称性时,常用到“点群”的概念。所谓点群,就是指能使一个分子的图象复原的全部点操作的集合。而全部对称元素的集合构成对称元素系。每个点群具有一个持定的符号。一个分子的对称性是高还是低,就可通过比较它们所属的点群得到说明。 二.分子中的对称元素和对称操作 2.1 恒等元及恒等操所谓点群,就是指能使一个分子的图象复原的全部点操作的集合。作 分别用E、E^表示。这是一个什么也没有做的动作,保持分子不动,是任何分子都具有的对称元素与对称操作。

2.2旋转轴和旋转操作 分别用C n 、 C ^n 表示。 如果一个分子沿着某一轴旋转角度α能使分 子复原,则该分子具有轴C n , α是使分子复原所旋转的最小角度, 若一个分子中存在着几个旋转轴,则轴次高的为主轴 (放在竖直位 置),其余的为副轴。分子沿顺时针方向绕某轴旋转角度 α,α=360° /n (n=360°/α(n=1,2,3……) 能使其构型成为等价构型或复原, 即分子的新取向与原取向能重合,就称此操作为旋转操作,并称此分 子具有 n 次对称轴。n 是使分子完全复原所旋转的次数, 即为旋转 轴的轴次, 对应于次轴的对称操作有n 个。 C n n =E ﹙上标n 表示操 作的次数,下同﹚。 如NH3 (见图 1) 旋转 2π/3 等价于旋转 2π (复 原), 基转角 α=360°/n C3 - 三重轴;再如平面 BF3 分 子, 具有一个 C3 轴和三个 C2 轴,倘若分子中有一个以 上 的旋转轴,则轴次最高的为主轴。 2.3 对称面与反映操作 分别用σ、σ^表示。对称面也称为镜面, 它将分子分为两个互为镜 像的部分。对称面所对应的操作是反映, 它使分子中互为镜像的两 个部分交换位置而使分子复原。 σ^?=E ^ ﹙n 为偶数﹚, σ^2n =E ^﹙n 为奇数﹚。 对称面又分为: σh 面﹙垂直于主轴的对称面﹚、σ v 面﹙包含主轴的对称面﹚与σd 面﹙包含主轴并平分垂直于主轴的两 个C 2轴的夹角的平面﹚, σd 是σv 面的特殊类型。 图1

分子对称性习题及解答

第四章、分子对称性习题 一、填空题 4101、I 3和I 6不是独立的对称元素,因为I 3=,I 6=。 4102、对称元素C 2与σh 组合,得到___________________;C n 次轴与垂直它的C 2组合,得到______________。 4103、d 3(2d z ,d xy ,d 22y x -)sp(p z )杂化的几何构型属于_________点群。 4104、有一个 AB 3分子,实验测得其偶极矩为零且有一个三重轴,则此分子所属点群是_______________________。 4105、有两个分子,N 3B 3H 6和 C 4H 4F 2,它们都为非极性,且为反磁性,则N 3B 3H 6几何构型___________,点群___________。C 4H 4F 2几何构型_________,点群__________。 4106、NF 3分子属于_____________点群。该分子是极性分子, 其偶极矩向量位于__________上。 4107、下列分子所属的点群: SO 3 , SO 32- , CH 3+ , CH 3- , BF 3 。 4108、写出下列分子所属的点群: CHCl 3, B 2H 6, SF 6, NF 3, SO 32- 4109、CH 2═C ═O 分子属于________点群,其大π键是________。 4110、环形 S 8分子属 D 4d 点群,分子中包含轴次最高的对称轴为_______。 4111、分子具有旋光性,则可能属于___________等点群。 4112、判别分子有无旋光性的标准是__________。 4113、既具有偶极矩,又具有旋光性的分子必属于_________点群。 4114、偶极矩μ=0,而可能有旋光性的分子所属的点群为____________;偶极矩μ≠0,而一定没有旋光性的分子所属的点群为___________。 4115、乙烷分子的重迭式、全交叉式和任意角度时所属的点群分别为: , , 。 4116、吡啶 ( C 5H 5N ) 分子属于_____________点群;乙烯 (C 2H 4 ) 分子属于_______________点群。 4117、H 2C ═C ═C ═CH 2 分子属于____________点群; SF 6分子属于___________点群。 4118、两个C 2轴相交,夹角为2π/2n ,通过交点必有一个_______次轴,该轴与两个C 2轴_________。 4119、两个对称面相交,夹角为2π/2n ,则交线必为一个_______次轴。 4120、反轴I n 与映轴S n 互有联系,请填写: S 1=___________ ; S 2=___________ ; S 3=___________ S 4=___________ ; S 5=___________ ; S 6=___________ 4121、反轴I n 与映轴S n 互有联系,请填写: I 1=___________ ; I 2=___________ ; I 3=___________ I 4=___________ ; I 5=___________ ; I 6=___________ 4122、某分子具有一个二重轴、一个对称面和一个对称中心, 该分子属于______点群。 4123、一个具有三个四重象转轴、四个三重轴、六个对称面的图形属于____点群。 4124、一分子具有四个三重轴、三个四重轴、六个二重轴、九个对称面和一个对称中心, 该分子属于_________________点群。

浅谈分子对称性

浅谈分子对称性 摘要:在分子中,原子固定在其平衡位置上,其空间排列是个对称的图像,利用对称性原理探讨分子的结构和性质,是人们认识分子的重要途径,是了解分子结构和性质的重要方法。分子对称性是联系分子结构和分子性质的重要桥梁之一。它能简明地表达分子的构型,指导化学合成工作,帮助正确地了解分子的性质,可简化分子构型的测定二作。 关键词:分子对称性对称元素对称操作对称点群群论 对称性描述分子的对称性表现并根据分子的对称性对分子作分类。分子对称性在化学中是一项基础概念,因为它可以预测或解释许多分子的化学性质,例如分子振动、分子的偶极矩和它的光谱学数据(以拉波特规则之类的选择定则为基础)。在大学程度的物理化学、量子化学与无机化学教科书中,都有关于对称性的章节。 分子对称性的研究是取自于数学上的群论。 一、对称元素 分子对称性可分成5种对称元素。 旋转轴:分子绕轴旋转度角后与原分子重合,此轴也称为n重旋转轴,简写为Cn。例如水分子是C2而氨是C3。一个分子可以拥有多个旋转轴;有最大n 值的称为主轴,为直角坐标系的z轴,较小的则称为副轴。n≥3的轴称高次轴。对称面:一个平面反映分子后和原分子一样时,此平面称为对称面。对称面也称为镜面,记为σ。水分子有两个对称面:一个是分子本身的平面,另一个是垂直于分子中心的平面。包含主轴,与分子平面垂直的对称面称为垂直镜面,记为σv;而垂直于主轴的对称面则称为水平镜面,记为σh。等分两个相邻副轴夹角的镜面称等分镜面,记作σd。一个对称面可以笛卡尔坐标系识别,例如(xz)或(yz)。对称中心:从分子中任一原子到分子中心连直线,若延长至中心另一侧相等距离处有一个相同原子,且对所有原子都成立,则该中心称为对称中心,用i表示。对称中心可以有原子,也可以是假想的空间位置。 二、对称操作 这5种对称元素都有其对称操作。对称操作为了与对称元素作区别,通常但不绝对的,会加上脱字符号(caret)。所以?n是一个分子绕轴旋转,而Ê;为其恒等元素操作。一个对称元素可以有一个以上与它相关的对称操作。因为C1 与E、S 与σ 、S 与i相等,所有的对称操作都可以分成真转动或非真转动(proper or improper rotations)。 三、对称点群

手性分子与旋光性

手性分子和旋光性 一、手性分子与非手性分子 不具有对称面和对称中心的分子有一个重要的特点,就是实体和镜象不能重叠,其关系正和左、右手的关系相似,因此现在普遍地称这类分子为手 它可以写出结构式(i)和(ii),(i)和(ii)与左、右手一样具有实体和镜象的关系,因此乳酸是一个手性分子。实体和镜象互称为对映体。一对对映体从表观上看,它们是“非常对称”的,这种实体和镜象不能重叠的而表观上或结构上又“非常对称”的关系可看作是一种“特殊的对称”。 从对称因素考虑,乳酸只有一个C 简单对称轴,任何一个物体或分子旋转360° 1 (n=1)时,都可复原。为了和许多其它只具有C n>1简单对称轴的手性分子区别开来,所以把这种手性分子称为不对称分子,而后者称为非对称分子。 乳酸分子还有一个特点,它的一个碳原子和四个不同的基团相连,这种碳原子称为不对称碳原子或手性碳原子,氮、磷、硫原子也可连接不同的基团,这种原子,均可称为手性中心。现在已知绝大多数手性分子(不对称分子)含有一个或多个不对称碳原子,但并不能因此就将含有手性碳原子作为产生手性分子的绝对条件,产生手性分子的必要与充分条件是实体和镜象不能重叠。

二、对映体和光活性 实体和镜象不能重叠的分子成为一对对映体。这二者的物理性质及化学性质,如溶解度、熔点、密度、焓等,都是相同的。它们的化学反应性能也是相同的,只有在特殊的环境下,如在手性溶剂或试剂存在下,才表现出差异,生物体内的大多数反应是在手性的环境下进行的。但一对对映体对偏振光的作用不同,一个可以把偏振光向左旋,另一个则把偏振光向右旋,而非手性分子对偏振光没有这种作用,因此手性分子又称为光活性分子。光活性并不是手性分子的唯一特征,个别手性分子显示不出旋光性来,因此用手性这个名词,就更恰当一些。偏振光是检查手性分子的一种最常用的方法,因此需要对它略加讨论。 普通的光线含有各种波长的射线,是在各个不同的平面上振动的,图3-1(i)代表一束光线朝着我们的眼睛直射过来,它包含有在各个平面上(如A,B,C,D…)振动的射线,假若使光线通过一个电气石制的棱镜,又叫尼可尔(Nicol)棱镜,一部分射线就被阻挡不能通过,这是因为这种棱镜具有一种特殊的性质,只有和棱镜的晶轴平行振动的射线才能全部通过。假若这个棱镜的晶轴是直立的,那么只有在这个垂直平面上振动的射线才可通过,这种通过棱镜的光叫做平面偏光。图3-1(ii)表示凡在虚线平面上振动的射线都将受到全部地或者部分地阻挡。图3-1(iii)表示通过棱镜的光线是仅含有在箭头所示平面上振动的偏光。 用两块电气石制的棱镜放在眼睛和一个光源之间,若两个棱镜的轴彼此平行,则通过第一个棱镜的射线也可通过第二个棱镜,我们看到的是透明的图3-2(i),若两个棱镜的轴互相垂直,通过第一个棱镜的射线就不能通过第二个棱镜,此时看到两镜相交处是不透明的[图3-2(ii)]。电气石棱镜对于光的作用可以用一本书和一

结构化学基础习题答案分子的对称性

04分子的对称性 【4.1】HCN 和2CS 都是直线型分子,写出该分子的对称元素。 解:HCN :(),C υσ∞∞; CS 2 :()()2,,,,h C C i υσσ∞∞∞ 【4.2】写出3H CCl 分子中的对称元素。 解:()3,3C υσ 【4.3】写出三重映轴3S 和三重反轴3I 的全部对称操作。 解:依据三重映轴S 3所进行的全部对称操作为: 1133h S C σ=,2233S C =, 33h S σ= 4133S C =,52 33h S C σ=, 63S E = 依据三重反轴3I 进行的全部对称操作为: 1133I iC =,22 33I C =,33I i = 4133I C =,5233I iC =,63I E = 【4.4】写出四重映轴4S 和四重反轴4I 的全部对称操作。 解:依据S 4进行的全部对称操作为: 1121334 4442444,,,h h S C S C S C S E σσ==== 依据4I 进行的全部对称操作为: 11213344442444,,,I iC I C I iC I E ==== 【4.5】写出xz σ和通过原点并与χ轴重合的2C 轴的对称操作12C 的表示矩阵。 解: 100010001xz σ????=-??????, ()1 2100010001x C ?? ??=-?? ??-?? 【4.6】用对称操作的表示矩阵证明: (a ) ()2xy C z i σ= (b ) ()()()222C x C y C z = (c ) ()2yz xz C z σσ= 解: (a ) ()()11 2 2xy z z x x x C y C y y z z z σ-?????? ??????==-?????? ??????--??????, x x i y y z z -????????=-????????-????

关于分子的对称性(精)

关于分子的对称性 高剑南 ﹙华东师范大学200062﹚ 1.从《非极性分子和极性分子》一课说起 曾经看过有关《非极性分子和极性分子》的教学设计,也听过《非极性分子和极性分子》的公开课。无论是教学设计,还是公开課,都很精彩。遗憾的是听到教师这样的讲述:CCl4分子为正四面体结构,是对称分子,所以是非极性分子。H2O分子的空间构型为折线形,不对称,所以是极性分子。甚至总结为:“分子的空间构型为直线型、平面正四边型、正四面体等空间对称构型的多原子分子则为非极性分子;分子的空间构型为折线型、三角锥型、四面体等空间不对称构型的多原子分子则为极性分子”。 那么,这样的判断有没有问题?何谓对称?何谓不对称?何谓极性分子?何谓非极性分子?分子的对称性与分子极性有着怎样的内在联系?研究对称性有什么意义? 2. 对称性 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 2.1 对称是自然界的一个普遍性质 对称性是自然界的一个普遍现象。任何动物,无论是低等动物草履虫,还是高等的哺乳动物包括人;任何植物,无论是叶,还是花,都具有某种对称性。人类受此启发,任何建筑,无论是古建筑天坛、罗马式大教堂、泰姬陵,还是现代建筑国家大剧院、鸟巢体育馆;无论是高档别墅,还是普通民居,都具有某种对称性。对称是自然界中普遍存在的一种性质,因而常被认为是最简单、最平凡的现象。然而,对称又具有最深刻的意义。科学家、艺术家、哲学家从各种角度研究和赞美对称,“完美的对称”、“神秘的对称”、“可怕的对称”,表明对称性在人类心灵中引起的震撼。 a. 捕蝇草 b. 台灣萍蓬草 c.对称性雕塑艺术 图1 对称是一个普遍现象 2.2 对称操作与对称元素 对称性用对称元素和对称操作来描述。经过不改变图形中任何两点间距离的操作能够复原的图形称为对称图形。能使对称图形复原的操作称为对称操作。进行对称操作时所依赖的对称要素(点、线、面)称为对称元素。根据对称操作的概念,将一张纸撕成两半,然后再拼接,即使拼得天衣无缝,这“撕”纸的操作不能称为对称操作,这张纸即使修复得“天衣无缝”,也不能说纸在对称意义上“复原”了。因为在撕纸的过程中图形中任意两点间的距离都改变了,不满足对称图形的要求。

分子的对称性及分子结构习题及答案

第二章分子的对称性与分子结构 【补充习题及答案】 1.HCN和CS2都是直线形分子,请写出它们具有的对称元素的种类。 答案:HCN:C∞、σv。CS2:C∞、C2'、σh、σv、i、S∞。 2.指出下列分子存在的对称元素: (1)AsCl3;(2)BHFBr;(3)SiH4 答案:(1)AsCl3分子为三角锥形,存在对称元素C3和3σv。 (2)BHFBr分子为三角形,存在对称元素1个σ。 (3)SiH4分子为四面体形,存在对称元素4C3、3C2、3S4、6σd。 3.SF5Cl分子的形状和SF6相似,试指出它的点群。 答案:SF5Cl分子仍为八面体,但1条键与其他键不同,分子点群为C4v。 4.正八面体6个顶点上的原子有3个被另一种原子取代,有几种可能的方式?取代产物各属于什么点群?取代产物是否具有旋光性和偶极矩? 答案:只有经式(mer-)和面式(fac-)两种取代方式。经式产物属于C2v点群,面式产物属于C3v点群。均有偶极矩,均无旋光性。 5.指出下列各对分子的点群。 (1)CO2和 SO2 (2)二茂铁(交错式)和二茂钌(重叠式)(3)[IF6]+八面体)和[IF6]-(五角锥)(4) SnClF(角形)和XeClF(线形)

(5)mer-WCl3F3和fac-WCl3F3(6)顺式和反式Mo(CO)4Cl2 答案:(1)CO2:D∞h点群;SO2:C2v点群。 (2)二茂铁(交错式):D5h点群;二茂钌(重叠式):D5d点群。 (3) [IF6]+(八面体):O h点群;[IF6]-(五角锥):C5v点群。 (4)SnClF(角形):C s点群;XeClF(线形):C∞v点群。 (5)mer-WCl3F3:C2v点群;fac-WCl3F3:C3v点群。 (6)顺式Mo(CO)4Cl2:C2v;反式Mo(CO)4Cl2 :D4h点群 6.如何判断一个分子有无永久偶极矩和有无旋光性? 答案:对称元素不是交于一点的分子具有永久偶极矩。C n和C nv点群对称元素交于C n轴,因此属于C n和C nv点群的分子都具有永久偶极矩,而其他点群的分子无永久偶极矩。由于C1v ≡C s,因此C s点群也包括在C nv点群中。 凡具有反轴S n对称性的分子一定无旋光性,而不具有反轴对称性的分子理论上具有旋光性。由于S1≡σ,S2≡i,所以具有i和σ的分子也一定无旋光性。 7.下列哪个物质具有手性?哪个物质具有极性?(分子中离域的双键均忽略不计) Cl HO P N N P N P P N (1)顺式CrCl2(acac)2(2)反式CrCl2(acac)2(3)cyclo-(Cl2PN)4答案:(1)有手性,有极性。

不对称分子及生命分子的手性起源

不对称分子及生命分子的手性起源 王丁众钟绮文江来田松海张威关键词:不对称,光活性,起源 一、不对称分子 在引出这个概念之前,我们先看什么是对称分子。对称分子有以下几种对称因素: 1、平面对称因素即存在一个平面把分子分成两部分,这个平面好像一个镜子,镜外实体的镜象可与镜内实体重叠,如CH2=CH 2、C6H6、CO2等。 2、反射对称因素检查是否存在这种因素时,一般需经两个操作:先将分子通过一个轴旋转2π/n度,然后用一个垂直这个轴的镜面反射,如果镜内的镜象和镜外未旋转前的实 体完全重叠,如分子,这种具有n次反射对称轴的分子也为对称分子。 3、简单轴对称因素即以一条直线为旋转轴旋转2π/n度,得到的分子与原分子可以重叠,n表示轴的级,称n重轴,如氨分子有一个三重轴。但需注意的是,如果分子中不含其它对称因素,只有简单旋转轴因素,它们就必定和其镜象不重叠,这就是我们要说的不对称分子,又叫手性分子,如L-酒石酸、D-酒石酸。 由此我们可以引出不对称分子(即手性分子)的概念:在三维空间中实体与其镜象或经轴旋转后的镜象不重叠的分子,即为不对称分子。 旋光性是手性分子的重要特征。不对称分子的实体和镜象─—左手性分子(用L表示)和右手性(用D表示)─—互称对映体。它们的差别在于对偏振光作用不同:一个可以把偏振光向左旋,另一个则把偏振光向右旋。 二、不对称分子对生命的意义 1、不对称分子是生命的物质基础。 生命的基本物质是核酸和蛋白质。核酸和蛋白质以及糖元、淀粉、纤维素、磷脂等都有右手螺旋结构(可用右手螺旋方法判断),螺旋型分子均是不对称分子,而它们的单体如核苷酸、氨基酸等,也都是不对称分子。 2、光学活性是生命有序性和组织化的基础 生命是一个非常高度组织化了并高度有序的体系。为了生成这样的体系,就只能有一种对映体作为形成生物分子的空间结构,如组成生命蛋白质的氨基酸都是L型,组成核酸的核糖和脱氧核糖分子都是D型。 试想如果没有这种光学活性,会怎样呢?例如由100个谷氨酸组成的α一聚谷氨酸大分子,组成单元具有同一旋光性的,就只能生成一种α一聚谷氨酸。相反,若这100个氨基酸分子是L型和D型的混合物,则这100个氨基酸组成的聚合分子的异构体将有2100个之多,这样的分子根本构不成高度有序的生命分子。 3、生物大分子手性是识别生命与非生命的探针 在地球上的生命组织的蛋白质中,氨基酸都是L型;核酸中,核糖和脱氧核糖总是D

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