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分子点群归属100道练习题<答案与解析>

译自Chem-Station网站日本版 原文链接:点群の帰属 100 本ノック!!

翻译:炸鸡

 

继《分子点群的归属(1)》和《分子点群的归属(2)》之后,为了服务读者更好地理解分子点群归属和掌握点群归属的技巧,我们推出了《分子点群归属100道练习题》来帮助读者进行巩固训练。这期是答案与解析

 

第19题的十羰基二锰配合物。让我们按照点群归属的流程图来判断这个配合物属于哪个点群吧!首先让我们寻找阶数最大的旋转轴。我们找到了在Mn-Mn键上的C4轴。找到了主轴后,我们需要发挥下我们的想象力,从分子的侧边观察配合物。虽然有多个视角,但我推荐俯视主轴的视角,因为这样做能够很清楚判别是属于C系点群还是D系点群。

从俯视主轴的角度看过去,很显然,这个配合物不属于低对称性点群。也没有多个阶数大于3 的转轴(只有一个主轴C4),说明不属于高对称性点群。那就剩下了C系点群和D系点群两个“候选人”。只需想象分子上下颠倒便可明了,如果倒转后和原分子相重合就属于D系点群。这里要小心:倒转的动作相当于将侧视图上的分子绕任意一个C2轴旋转不是分子单单平面上的旋转。这也呼应了D系点群分子的特征——有与主轴垂直的C2轴。

准确找到C2轴或许有点难。我们可以采取个“曲线救国”式的方法:先找到一个垂直于主轴的轴(什么轴都可以),然后将分子绕这个轴旋转180°,这就相当于给分子倒了个个,然后尝试将分子绕主轴旋转,看能不能和原来的原来的分子重合,如果可以则属于D点群分子。 OC-Mn-CO 键所在的直线是第一眼能看出的一个旋转轴,想象分子绕这个轴旋转180°(相当于分子上下颠倒),再令分子绕主轴旋转,看能不能和原来的分子重合,180°可以吗?不行,90°可以吗?不行,45°呢?哎~成了!所以,结论是十羰基二锰配合物属于D系点群。题虽然解出来了,既然它属于D系点群,那必然有C2对称轴了,它的C2对称轴在哪儿呢?有读者找出来了吗?它的C2对称轴在OC-Mn-CO 键的夹缝中。这个位置属实是很难找到了,如果试图归属分子点群的时候执着于寻找C2轴,碰到这种难找的C2轴真的不知道要找多久。所以合适的方法是先找到一个和主轴垂直的轴,让分子绕这个轴旋转180°,然后尝试将分子绕主轴旋转(注意一定是主轴,可不能随便找个轴),看能否和原分子重合。如果能重合,分子就属于D系点群,如果不能,则不属于。

确定了是D系点群大类,接下来定小类。确定具体属于哪个D系点群要看镜面。很明显,它没有水平镜面。但是从主轴俯视图上能轻易看到垂直镜面。所以最终确定这个分子属于D4d点群

当然,更方便更快捷地确定点群的方法是比照简化形状,十羰基二锰配合物就是个典型的四角反棱柱,所以它属于D4d点群。

48. trans-1,4-二氯环己烷

第48题的椅式构象的trans-1,4-二氯环己烷。按照上述流程分子便可知属于C2h点群。

尤其要注意第三步。令分子绕着垂直于主轴的某一轴做180°旋转时(或者说令分子上下颠倒),得到的分子乍一看和原分子长得很像。但真的完全一摸一样吗?在第三步的简化图里,我们从正对直面右偏约45°角看过去,整个分子就变成了一个“带刀片的螺旋桨”,C-Cl键就是这个“带刀片的螺旋桨”的“刀片”,在颠倒前后,这个“刀片”的朝向发生了改变。颠倒前“螺旋桨”彷佛是逆时针旋转,颠倒后“螺旋桨”彷佛是顺时针旋转,所以颠倒后的分子并不能和原来的分子完全重叠。所以,结论是这个分子属于C系点群。第四步就很简单了,找找有没有水平镜面,发现这个分子有水平镜面!那么这个分子属于C2h点群。记住每个点群分子对应的抽象形状的话,可以很快将trans-1,4-二氯环己烷对应到平面2枚带刀螺旋桨,很快就可以将trans-1,4-二氯环己烷分子归属到C2h点群。

51. 四氟立方烷

分子属于C3v点群。熟练的话,很快能看出的四个氟原子按三角锥的样子排列,再排除其他原子不会破坏这个三角锥的对称性,立即判断出这个分子属于C3v点群。

58. 1,3-二氯联烯

根据下图的流程就能判断处分子属于C2点群。

95. 二核钨配合物

这个分子的简化形状是三角柱,所以属于D3h点群。

答案

接下来公布所有分子的点群答案。有不明白为什么属于这个点群的地方请参照上两回记事和上文的教程。答案是笔者自制的,如果有读者发现答案有误,请在评论区指正

读者们都做对了吗?

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