Abstract
The CNDO/2 and STO-3G calculations were performed on nitrogen, oxygen, and sulfur compounds in order to examine the effect of interactions between two nonbonding (n) orbitals in the same molecule separated by N intervening $\sigma$ bonds based on the PMO approach. Calculated basis level energies, energy splittings, and interaction energy changes for both chain and cyclic model compounds were qualitatively compared with the corresponding predictions derived from perturbational formalism for n-n orbital interactions and successfully explained in terms of the derived energy expressions. In general, through-space interaction term could be neglected in the N and O systems. And the calculated results were explained simply by through-bond interaction term. As a result, through-bond interaction placed n- below n+ for odd systems and n+ below n- for even systems. Also energy splittings in odd systems were larger than those in even systems. However, in the cases of cis-ethylene diamine and o-phenylene diamine(conformer VI in Table 4), through-space interaction term was found to be substantial and the opposing effects of through-space and through-bonds interactions were observed. Finally it was found that the interactions between two n orbitals on S atoms always had some contribution of the destabilizing through-space interaction term. This result was consistent with the fact that the lone pair lobes of third elements were larger in size than those of the second period elements.
N개의 $\sigma$결합으로 분리되어 있는 분자내 두 비결합 궤도함수(nonbonding orbital)간의 상호작용을 PMO론적으로 고찰하기 위하여 질소, 산소 및 황화합물에 대하여 반경험적인 CNDO/2 및 ab initio(STO-3G 수준) 계산을 수행하였다. 각 사슬형 및 고리형 화합물에 대한 기저준위의 에너지, orbital 상호작용에 의한 에너지준위 분리 및 상호작용 에너지 변화에 대한 계산 결과는 섭동론적 에너지항으로 만족스럽게 설명될 수 있었다. 질소 및 산소화합물에서는 through-space 상호작용 에너지항으로서 계산결과가 만족스럽게 설명될 수 있었다. 이 경우 N이 홀수인 계에서는 n-준위가 n+준위보다 안정화되었고 N이 짝수인 계에서는 n+준위가 n-준위보다 안정화되었다. 이 때의 에너지 분리는 홀수계에서 더 큰 결과를 보였다. 그러나 cis-ethylene diamine과 o-phenylene diamine(Table 4의 구조 VI)에서는 through-space 상호작용의 기여가 무시될 수 없었고 그 결과 홀수계에서 에너지 준위의 순서가 뒤바뀌게 되었으며 에너지분리도 짝수계에서 더 큰 결과를 보였다. 끝으로 황화합물에서는 항상 through-space 상호작용의 기여가 무시될 수 없었다. 이 결과는 3주기 원소인 황의 크기가 2주기 원소인 질소 및 산소보다 크다는 사실과 일치하고 있다.
