SlideShare una empresa de Scribd logo
1 de 35
Hybrid  AOs and polyatomic MOs

                    CH101 Fall 2010
                   Boston University



                    Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                              1
                     Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
Figures on slides 4‐9 are used with permission from 
               Clayden et al., Organic Chemistry (Oxford University 
               Press, 2000), © 2007 Oxford University Press.




                              Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                        2
                               Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
Hybridized AO’s account for 
           central atom shape




                   Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                             3
                    Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
Central atom AO mixing: Hybrid AO’s
Unmixed AO’s have the wrong central atom 
 geometry




                   Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                             4
                    Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
An s and a p AO make
                    two sp hybrid AO’s
                     180o angle, for SN = 2
             Two p’s are unchanged on each atom




                       Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                 5
                        Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
sp hybrids account for 
                      linear geometry
                     180o angle, for SN = 2
             Two p’s are unchanged on each atom




                       Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                 6
                        Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
An s and two p AO’s make 
                     three sp2 hybrid AO’s
                        120o angle, for SN = 3
                   One p is unchanged on each atom




                           Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                     7
                            Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
sp2 hybrids account for 
                   trigonal planar geometry

                        120o angle, for SN = 3
                   One p is unchanged on each atom




                           Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                     8
                            Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
An s and three p AO’s make 
                      four sp3 hybrid AO’s
               109o angle, for SN = 4
   sp3 hybrids account for tetrahedral geometry




                          Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                    9
                           Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
Examples


                   CO2, carbon dioxide
                   H2CO, formaldehyde
                     HCO2‐, formate
                    SO2, sulfur dioxide



                    Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                              10
                     Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
Polyatomic MO recipe
    Overview
    • σ framework of single bonds and lone pairs
    • π framework of additional bond pairs
    • π framework can be delocalized (spread) over 
       more than two atoms.




                       Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                 11
                        Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
Polyatomic MO recipe
    1. Use the Lewis structure to get
       – the number of electron pairs
       – make hybrid AO’s on each atom (except H)
    2. Sketch the σ framework and place pairs
       – in each bonding σ MO
       – in each nonbonding hybrid AO
    3. Sketch the π framework MO’s, 
       – mark as bonding, nonbonding, antibonding
       – place remaining pairs (Auf Bau)
       – get the π bond order
                       Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                 12
                        Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
σ framework
                   • Hybridization of terminal atoms 
                     the same as their central atom
                   • Terminal H never hybridized
                   • One pair in each hybrid AO σ
                     bonding MO
                   • One pair in each non‐bonded 
                     hybrid AO


                           Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                     13
                            Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
CO2 sp σ framework




                      sp hybrids overlap to make 
                        two sp σ bonding MO’s, 
                   leaving two sp nonbonding AO’s. 
                           These can hold …

                          Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                    14
                           Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
CO2 sp σ framework




                      sp hybrids overlap to make 
                        two sp σ bonding MO’s, 
                   leaving two sp nonbonding AO’s. 
                           These can hold …

                          Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                    15
                           Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
CO2 sp σ framework




                       sp hybrids overlap to make
                         two sp σ bonding MO’s, 
                    leaving two sp nonbonding AO’s. 
                   These can hold 4 pairs of electrons.

                            Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                      16
                             Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
CO2 sp σ framework




                       sp hybrids overlap to make 
                         two sp σ bonding MO’s, 
                    leaving two sp nonbonding AO’s. 
                   These can hold 4 pairs of electrons.
                    The remaining 4 pairs are in the …
                            Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                      17
                             Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
CO2 π framework




                     Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                               18
                      Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
π framework
            • Unused p AO’s form same number 
              of π MO’s
            • Number of loops and AO overlap 
              determine whether π MO is …
                   – bonding (π)
                   – nonbonding (πn)
                   – antibonding (π*)


                           Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                     19
                            Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
CO2 π framework

              4 pairs are in the (delocalized) π framework




   2 pairs in π (bonding) and 2 pairs in πn (nonbonding); 
                       bond order 2
                         Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                   20
                          Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
H2CO sp2 σ framework

  6 pairs in Lewis structure, 5 pairs in σ framework, and 
            so 1 pair in (localized) π framework.




                       Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                 21
                        Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
H2CO π framework
                     1 pair in (localized) π framework




                   1 pair in π (bonding); bond order 1 
                            Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                      22
                             Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
HCOO‐ sp2 σ framework



  9 pairs in Lewis structure, 7 pairs in σ framework, and so 2 
               pairs in (delocalized) π framework.




                        Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                  23
                         Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
HCOO‐ π framework


                   2 pairs in (delocalized) π framework




    1 pair in π (bonding) and 1 pair in πn (nonbonding); bond 
                                     order 1
                       Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                   24
                           Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
SO2 sp2 σ framework
 9 pairs in Lewis structure, 7 pairs in σ framework, and 
         so 2 pairs in (delocalized) π framework.




                       Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                 25
                        Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
SO2 π framework
                   2 pairs in (delocalized) π framework




     1 pair in π (bonding) and 1 pair in πn (nonbonding); 
                        bond order 1
                            Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                      26
                             Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
SO2 correlation diagram




                         Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                   27
                          Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
Do these on your own
                          HCOOH, formic acid
          allyl: [H2C=CH−CH2]−, anion; [H2C=CH−CH2]+, cation
                            H2C=C=CH2, allene
                     H2C=CH−CH=CH2, 1,3‐butadiene
                                O3, ozone
      For each one,
          – Write the Lewis structure
          – Sketch the σ framework and assign its pairs
          – Sketch the π framework MO’s, identify localization 
             or delocalization, bonding, nonbonding, 
             antibonding, and assign its pairs, and get the π
             bond order
                        Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                  28
                         Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
HCOOH, formic acid
Formate, HCOO− π , is planar and has
   – 9 pairs
   – 7 pairs in σ framework
   – 1 pair in a delocalized bonding π1 orbital
   – 1 pair in a delocalized nonbonding π2n orbital
What about formic acid?
   – 9 pairs
   – 8 pairs in σ framework
   – 1 pair in localized bonding π1 orbital

                       Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
 8/8/2011 9:08 AM                                                29
                        Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
H2C=CH−CH2, allyl (radical)
What about allyl? Use −CH2 sp2, to have increased 
delocalization:
   – 8 ½ pairs
   – 7 pairs in σ framework
   – 1 pair in delocalized bonding π1 orbital
   – ½ pair (1 electron) in delocalized nonbonding π2n
     orbital




                     Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                               30
                      Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
[H2C=CH−CH2]+, allyl cation
What about allyl cation?
  – 8 pairs
  – 7 pairs in σ framework
  – 1 pair in delocalized bonding π1 orbital




                    Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                              31
                     Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
[H2C=CH−CH2]−, allyl anion
What about allyl anion? If −CH2 is sp3, then
    – 9 pairs
    – 8 pairs in σ framework
    – 1 pair in localized bonding π1 orbital
If −CH2 is sp2, then
    – 7 pairs in σ framework
    – 1 pair in delocalized bonding π1 orbital
    – 1 pair in delocalized nonbonding π2n orbital
 Increased delocalization makes −CH2 is sp2 more stable 
 (extension to recipe)
                     Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                               32
                      Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
H2C=C=CH2, allene
What about allene?
 – 8 pairs
 – 6 pairs in σ framework
 – 2 pair in two localized bonding π1 orbitals




                      Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                33
                       Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
H2C=CH−CH=CH2, 1,3‐butadiene
What about 1,3‐butadiene?
 – 11 pairs
 – 9 pairs in σ framework
 – 1 pair in delocalized bonding π1 orbital
 – 1 pair in delocalized bonding π2 orbital




                   Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                             34
                    Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
O3, ozone
What about ozone?
 – 9 pairs
 – 7 pairs in σ framework
 – 1 pair in delocalized bonding π1 orbital
 – 1 pair in delocalized nonbonding π2n orbital
Ozone is polar. Why?
The two electrons in the nonbonding MO are 
each only on the terminal O’s!
                   Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                             35
                    Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu

Más contenido relacionado

Destacado

chemical bonding and molecular orbitals
chemical bonding and molecular orbitalschemical bonding and molecular orbitals
chemical bonding and molecular orbitalsRaghav Vasudeva
 
IB Chemistry on Valence Bond and Hybridization Theory
IB Chemistry on Valence Bond and Hybridization TheoryIB Chemistry on Valence Bond and Hybridization Theory
IB Chemistry on Valence Bond and Hybridization TheoryLawrence kok
 
Molecular structure and bonding
Molecular structure and bondingMolecular structure and bonding
Molecular structure and bondingChris Sonntag
 
IB Chemistry on Valence Bond and Hybridization Theory
IB Chemistry on Valence Bond and Hybridization TheoryIB Chemistry on Valence Bond and Hybridization Theory
IB Chemistry on Valence Bond and Hybridization TheoryLawrence kok
 
Chemical Bonding
Chemical BondingChemical Bonding
Chemical Bondingitutor
 

Destacado (7)

Bonding questions
Bonding questionsBonding questions
Bonding questions
 
chemical bonding and molecular orbitals
chemical bonding and molecular orbitalschemical bonding and molecular orbitals
chemical bonding and molecular orbitals
 
IB Chemistry on Valence Bond and Hybridization Theory
IB Chemistry on Valence Bond and Hybridization TheoryIB Chemistry on Valence Bond and Hybridization Theory
IB Chemistry on Valence Bond and Hybridization Theory
 
Molecular structure and bonding
Molecular structure and bondingMolecular structure and bonding
Molecular structure and bonding
 
P block group 14
P block group 14P block group 14
P block group 14
 
IB Chemistry on Valence Bond and Hybridization Theory
IB Chemistry on Valence Bond and Hybridization TheoryIB Chemistry on Valence Bond and Hybridization Theory
IB Chemistry on Valence Bond and Hybridization Theory
 
Chemical Bonding
Chemical BondingChemical Bonding
Chemical Bonding
 

Último

What is the Future of QuickBooks DeskTop?
What is the Future of QuickBooks DeskTop?What is the Future of QuickBooks DeskTop?
What is the Future of QuickBooks DeskTop?TechSoup
 
3.21.24 The Origins of Black Power.pptx
3.21.24  The Origins of Black Power.pptx3.21.24  The Origins of Black Power.pptx
3.21.24 The Origins of Black Power.pptxmary850239
 
Quality Assurance_GOOD LABORATORY PRACTICE
Quality Assurance_GOOD LABORATORY PRACTICEQuality Assurance_GOOD LABORATORY PRACTICE
Quality Assurance_GOOD LABORATORY PRACTICESayali Powar
 
PISA-VET launch_El Iza Mohamedou_19 March 2024.pptx
PISA-VET launch_El Iza Mohamedou_19 March 2024.pptxPISA-VET launch_El Iza Mohamedou_19 March 2024.pptx
PISA-VET launch_El Iza Mohamedou_19 March 2024.pptxEduSkills OECD
 
M-2- General Reactions of amino acids.pptx
M-2- General Reactions of amino acids.pptxM-2- General Reactions of amino acids.pptx
M-2- General Reactions of amino acids.pptxDr. Santhosh Kumar. N
 
Latin American Revolutions, c. 1789-1830
Latin American Revolutions, c. 1789-1830Latin American Revolutions, c. 1789-1830
Latin American Revolutions, c. 1789-1830Dave Phillips
 
Human-AI Co-Creation of Worked Examples for Programming Classes
Human-AI Co-Creation of Worked Examples for Programming ClassesHuman-AI Co-Creation of Worked Examples for Programming Classes
Human-AI Co-Creation of Worked Examples for Programming ClassesMohammad Hassany
 
How to Add Existing Field in One2Many Tree View in Odoo 17
How to Add Existing Field in One2Many Tree View in Odoo 17How to Add Existing Field in One2Many Tree View in Odoo 17
How to Add Existing Field in One2Many Tree View in Odoo 17Celine George
 
How to Add a New Field in Existing Kanban View in Odoo 17
How to Add a New Field in Existing Kanban View in Odoo 17How to Add a New Field in Existing Kanban View in Odoo 17
How to Add a New Field in Existing Kanban View in Odoo 17Celine George
 
CAULIFLOWER BREEDING 1 Parmar pptx
CAULIFLOWER BREEDING 1 Parmar pptxCAULIFLOWER BREEDING 1 Parmar pptx
CAULIFLOWER BREEDING 1 Parmar pptxSaurabhParmar42
 
Easter in the USA presentation by Chloe.
Easter in the USA presentation by Chloe.Easter in the USA presentation by Chloe.
Easter in the USA presentation by Chloe.EnglishCEIPdeSigeiro
 
How to Filter Blank Lines in Odoo 17 Accounting
How to Filter Blank Lines in Odoo 17 AccountingHow to Filter Blank Lines in Odoo 17 Accounting
How to Filter Blank Lines in Odoo 17 AccountingCeline George
 
How to Print Employee Resume in the Odoo 17
How to Print Employee Resume in the Odoo 17How to Print Employee Resume in the Odoo 17
How to Print Employee Resume in the Odoo 17Celine George
 
Patterns of Written Texts Across Disciplines.pptx
Patterns of Written Texts Across Disciplines.pptxPatterns of Written Texts Across Disciplines.pptx
Patterns of Written Texts Across Disciplines.pptxMYDA ANGELICA SUAN
 
DUST OF SNOW_BY ROBERT FROST_EDITED BY_ TANMOY MISHRA
DUST OF SNOW_BY ROBERT FROST_EDITED BY_ TANMOY MISHRADUST OF SNOW_BY ROBERT FROST_EDITED BY_ TANMOY MISHRA
DUST OF SNOW_BY ROBERT FROST_EDITED BY_ TANMOY MISHRATanmoy Mishra
 
AUDIENCE THEORY -- FANDOM -- JENKINS.pptx
AUDIENCE THEORY -- FANDOM -- JENKINS.pptxAUDIENCE THEORY -- FANDOM -- JENKINS.pptx
AUDIENCE THEORY -- FANDOM -- JENKINS.pptxiammrhaywood
 
CapTechU Doctoral Presentation -March 2024 slides.pptx
CapTechU Doctoral Presentation -March 2024 slides.pptxCapTechU Doctoral Presentation -March 2024 slides.pptx
CapTechU Doctoral Presentation -March 2024 slides.pptxCapitolTechU
 
In - Vivo and In - Vitro Correlation.pptx
In - Vivo and In - Vitro Correlation.pptxIn - Vivo and In - Vitro Correlation.pptx
In - Vivo and In - Vitro Correlation.pptxAditiChauhan701637
 
How to Show Error_Warning Messages in Odoo 17
How to Show Error_Warning Messages in Odoo 17How to Show Error_Warning Messages in Odoo 17
How to Show Error_Warning Messages in Odoo 17Celine George
 
Practical Research 1 Lesson 9 Scope and delimitation.pptx
Practical Research 1 Lesson 9 Scope and delimitation.pptxPractical Research 1 Lesson 9 Scope and delimitation.pptx
Practical Research 1 Lesson 9 Scope and delimitation.pptxKatherine Villaluna
 

Último (20)

What is the Future of QuickBooks DeskTop?
What is the Future of QuickBooks DeskTop?What is the Future of QuickBooks DeskTop?
What is the Future of QuickBooks DeskTop?
 
3.21.24 The Origins of Black Power.pptx
3.21.24  The Origins of Black Power.pptx3.21.24  The Origins of Black Power.pptx
3.21.24 The Origins of Black Power.pptx
 
Quality Assurance_GOOD LABORATORY PRACTICE
Quality Assurance_GOOD LABORATORY PRACTICEQuality Assurance_GOOD LABORATORY PRACTICE
Quality Assurance_GOOD LABORATORY PRACTICE
 
PISA-VET launch_El Iza Mohamedou_19 March 2024.pptx
PISA-VET launch_El Iza Mohamedou_19 March 2024.pptxPISA-VET launch_El Iza Mohamedou_19 March 2024.pptx
PISA-VET launch_El Iza Mohamedou_19 March 2024.pptx
 
M-2- General Reactions of amino acids.pptx
M-2- General Reactions of amino acids.pptxM-2- General Reactions of amino acids.pptx
M-2- General Reactions of amino acids.pptx
 
Latin American Revolutions, c. 1789-1830
Latin American Revolutions, c. 1789-1830Latin American Revolutions, c. 1789-1830
Latin American Revolutions, c. 1789-1830
 
Human-AI Co-Creation of Worked Examples for Programming Classes
Human-AI Co-Creation of Worked Examples for Programming ClassesHuman-AI Co-Creation of Worked Examples for Programming Classes
Human-AI Co-Creation of Worked Examples for Programming Classes
 
How to Add Existing Field in One2Many Tree View in Odoo 17
How to Add Existing Field in One2Many Tree View in Odoo 17How to Add Existing Field in One2Many Tree View in Odoo 17
How to Add Existing Field in One2Many Tree View in Odoo 17
 
How to Add a New Field in Existing Kanban View in Odoo 17
How to Add a New Field in Existing Kanban View in Odoo 17How to Add a New Field in Existing Kanban View in Odoo 17
How to Add a New Field in Existing Kanban View in Odoo 17
 
CAULIFLOWER BREEDING 1 Parmar pptx
CAULIFLOWER BREEDING 1 Parmar pptxCAULIFLOWER BREEDING 1 Parmar pptx
CAULIFLOWER BREEDING 1 Parmar pptx
 
Easter in the USA presentation by Chloe.
Easter in the USA presentation by Chloe.Easter in the USA presentation by Chloe.
Easter in the USA presentation by Chloe.
 
How to Filter Blank Lines in Odoo 17 Accounting
How to Filter Blank Lines in Odoo 17 AccountingHow to Filter Blank Lines in Odoo 17 Accounting
How to Filter Blank Lines in Odoo 17 Accounting
 
How to Print Employee Resume in the Odoo 17
How to Print Employee Resume in the Odoo 17How to Print Employee Resume in the Odoo 17
How to Print Employee Resume in the Odoo 17
 
Patterns of Written Texts Across Disciplines.pptx
Patterns of Written Texts Across Disciplines.pptxPatterns of Written Texts Across Disciplines.pptx
Patterns of Written Texts Across Disciplines.pptx
 
DUST OF SNOW_BY ROBERT FROST_EDITED BY_ TANMOY MISHRA
DUST OF SNOW_BY ROBERT FROST_EDITED BY_ TANMOY MISHRADUST OF SNOW_BY ROBERT FROST_EDITED BY_ TANMOY MISHRA
DUST OF SNOW_BY ROBERT FROST_EDITED BY_ TANMOY MISHRA
 
AUDIENCE THEORY -- FANDOM -- JENKINS.pptx
AUDIENCE THEORY -- FANDOM -- JENKINS.pptxAUDIENCE THEORY -- FANDOM -- JENKINS.pptx
AUDIENCE THEORY -- FANDOM -- JENKINS.pptx
 
CapTechU Doctoral Presentation -March 2024 slides.pptx
CapTechU Doctoral Presentation -March 2024 slides.pptxCapTechU Doctoral Presentation -March 2024 slides.pptx
CapTechU Doctoral Presentation -March 2024 slides.pptx
 
In - Vivo and In - Vitro Correlation.pptx
In - Vivo and In - Vitro Correlation.pptxIn - Vivo and In - Vitro Correlation.pptx
In - Vivo and In - Vitro Correlation.pptx
 
How to Show Error_Warning Messages in Odoo 17
How to Show Error_Warning Messages in Odoo 17How to Show Error_Warning Messages in Odoo 17
How to Show Error_Warning Messages in Odoo 17
 
Practical Research 1 Lesson 9 Scope and delimitation.pptx
Practical Research 1 Lesson 9 Scope and delimitation.pptxPractical Research 1 Lesson 9 Scope and delimitation.pptx
Practical Research 1 Lesson 9 Scope and delimitation.pptx
 

Hybrid AOs and Polyatomic MOs

  • 1. Hybrid  AOs and polyatomic MOs CH101 Fall 2010 Boston University Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 1 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 2. Figures on slides 4‐9 are used with permission from  Clayden et al., Organic Chemistry (Oxford University  Press, 2000), © 2007 Oxford University Press. Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 2 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 3. Hybridized AO’s account for  central atom shape Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 3 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 4. Central atom AO mixing: Hybrid AO’s Unmixed AO’s have the wrong central atom  geometry Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 4 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 5. An s and a p AO make two sp hybrid AO’s 180o angle, for SN = 2 Two p’s are unchanged on each atom Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 5 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 6. sp hybrids account for  linear geometry 180o angle, for SN = 2 Two p’s are unchanged on each atom Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 6 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 7. An s and two p AO’s make  three sp2 hybrid AO’s 120o angle, for SN = 3 One p is unchanged on each atom Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 7 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 8. sp2 hybrids account for  trigonal planar geometry 120o angle, for SN = 3 One p is unchanged on each atom Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 8 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 9. An s and three p AO’s make  four sp3 hybrid AO’s 109o angle, for SN = 4 sp3 hybrids account for tetrahedral geometry Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 9 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 10. Examples CO2, carbon dioxide H2CO, formaldehyde HCO2‐, formate SO2, sulfur dioxide Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 10 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 11. Polyatomic MO recipe Overview • σ framework of single bonds and lone pairs • π framework of additional bond pairs • π framework can be delocalized (spread) over  more than two atoms. Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 11 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 12. Polyatomic MO recipe 1. Use the Lewis structure to get – the number of electron pairs – make hybrid AO’s on each atom (except H) 2. Sketch the σ framework and place pairs – in each bonding σ MO – in each nonbonding hybrid AO 3. Sketch the π framework MO’s,  – mark as bonding, nonbonding, antibonding – place remaining pairs (Auf Bau) – get the π bond order Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 12 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 13. σ framework • Hybridization of terminal atoms  the same as their central atom • Terminal H never hybridized • One pair in each hybrid AO σ bonding MO • One pair in each non‐bonded  hybrid AO Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 13 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 14. CO2 sp σ framework sp hybrids overlap to make  two sp σ bonding MO’s,  leaving two sp nonbonding AO’s.  These can hold … Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 14 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 15. CO2 sp σ framework sp hybrids overlap to make  two sp σ bonding MO’s,  leaving two sp nonbonding AO’s.  These can hold … Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 15 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 16. CO2 sp σ framework sp hybrids overlap to make two sp σ bonding MO’s,  leaving two sp nonbonding AO’s.  These can hold 4 pairs of electrons. Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 16 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 17. CO2 sp σ framework sp hybrids overlap to make  two sp σ bonding MO’s,  leaving two sp nonbonding AO’s.  These can hold 4 pairs of electrons. The remaining 4 pairs are in the … Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 17 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 18. CO2 π framework Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 18 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 19. π framework • Unused p AO’s form same number  of π MO’s • Number of loops and AO overlap  determine whether π MO is … – bonding (π) – nonbonding (πn) – antibonding (π*) Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 19 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 20. CO2 π framework 4 pairs are in the (delocalized) π framework 2 pairs in π (bonding) and 2 pairs in πn (nonbonding);  bond order 2 Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 20 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 21. H2CO sp2 σ framework 6 pairs in Lewis structure, 5 pairs in σ framework, and  so 1 pair in (localized) π framework. Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 21 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 22. H2CO π framework 1 pair in (localized) π framework 1 pair in π (bonding); bond order 1  Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 22 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 23. HCOO‐ sp2 σ framework 9 pairs in Lewis structure, 7 pairs in σ framework, and so 2  pairs in (delocalized) π framework. Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 23 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 24. HCOO‐ π framework 2 pairs in (delocalized) π framework 1 pair in π (bonding) and 1 pair in πn (nonbonding); bond  order 1 Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 24 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 25. SO2 sp2 σ framework 9 pairs in Lewis structure, 7 pairs in σ framework, and  so 2 pairs in (delocalized) π framework. Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 25 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 26. SO2 π framework 2 pairs in (delocalized) π framework 1 pair in π (bonding) and 1 pair in πn (nonbonding);  bond order 1 Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 26 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 27. SO2 correlation diagram Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 27 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 28. Do these on your own HCOOH, formic acid allyl: [H2C=CH−CH2]−, anion; [H2C=CH−CH2]+, cation H2C=C=CH2, allene H2C=CH−CH=CH2, 1,3‐butadiene O3, ozone For each one, – Write the Lewis structure – Sketch the σ framework and assign its pairs – Sketch the π framework MO’s, identify localization  or delocalization, bonding, nonbonding,  antibonding, and assign its pairs, and get the π bond order Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 28 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 29. HCOOH, formic acid Formate, HCOO− π , is planar and has – 9 pairs – 7 pairs in σ framework – 1 pair in a delocalized bonding π1 orbital – 1 pair in a delocalized nonbonding π2n orbital What about formic acid? – 9 pairs – 8 pairs in σ framework – 1 pair in localized bonding π1 orbital Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 29 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 30. H2C=CH−CH2, allyl (radical) What about allyl? Use −CH2 sp2, to have increased  delocalization: – 8 ½ pairs – 7 pairs in σ framework – 1 pair in delocalized bonding π1 orbital – ½ pair (1 electron) in delocalized nonbonding π2n orbital Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 30 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 31. [H2C=CH−CH2]+, allyl cation What about allyl cation? – 8 pairs – 7 pairs in σ framework – 1 pair in delocalized bonding π1 orbital Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 31 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 32. [H2C=CH−CH2]−, allyl anion What about allyl anion? If −CH2 is sp3, then – 9 pairs – 8 pairs in σ framework – 1 pair in localized bonding π1 orbital If −CH2 is sp2, then – 7 pairs in σ framework – 1 pair in delocalized bonding π1 orbital – 1 pair in delocalized nonbonding π2n orbital Increased delocalization makes −CH2 is sp2 more stable  (extension to recipe) Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 32 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 33. H2C=C=CH2, allene What about allene? – 8 pairs – 6 pairs in σ framework – 2 pair in two localized bonding π1 orbitals Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 33 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 34. H2C=CH−CH=CH2, 1,3‐butadiene What about 1,3‐butadiene? – 11 pairs – 9 pairs in σ framework – 1 pair in delocalized bonding π1 orbital – 1 pair in delocalized bonding π2 orbital Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 34 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 35. O3, ozone What about ozone? – 9 pairs – 7 pairs in σ framework – 1 pair in delocalized bonding π1 orbital – 1 pair in delocalized nonbonding π2n orbital Ozone is polar. Why? The two electrons in the nonbonding MO are  each only on the terminal O’s! Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 35 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu