近年来价键理论的进展

分子轨道理论的计算方法在计算机上实现后(Gaussian70由J. A. Pople设计),证明用计算机解决量子化学问题是可行的。二战后逐渐被遗忘的价键理论开始慢慢复苏,一些理论化学家开始研究扩展价键理论的方法,使其可以被计算机程序处理。

Epiotis,Shaik,Pross,Hiberty,Harcourt等。发展了通用的VB模型方法,使其能够研究化学反应、芳香性和反芳香性、过渡金属键等问题,还发展了灵感VB、QM(VB)/MM等方法处理大分子和溶剂的影响。新的VB定性模型的建立为非半经验VB计算方法的出现奠定了基础。

1972年,W. A .戈达德提出了广义价键理论(GVB)。用VB波函数表示多电子系统的波函数。对于试探波函数的线性组合,系数由持续时间方程得到,并考虑了对称因子。GVB是一种变分法。

巴林特-库尔提和范伦思提出了价键自洽场(VBSCF),将分子轨道理论的基础自洽场方法引入价键理论。但与分子轨道理论的HF方法不同,VBSCF只计算波函数,同时优化分子结构系数和VB轨道,使能量最小化。VBSCF考虑了静态关联能量,保证了定性结论的正确性,但量化仍然不够准确。

80年代初,这个问题解决了。法国南巴黎大学的P. C. Hiberty在MO-VB波函数展开法-Hiberty半行列式法和相应的理论模型-CASVB的基础上,改进了VBSCF,建立了呼吸轨道价键(BOVB),并通过运动自由度引入了动力学关联,使该方法达到了令人满意的定量精度。虽然BOVB难以收敛和过键,但它仍然是价键理论中真正可以与分子轨道理论中的Hartree-Fock自洽场方法相媲美的理论,是价键理论发展的里程碑。

之后,类似于分子轨道理论后自洽场方法的发展过程,出现了BOVB的各种改进理论。同时,由于价键理论已经具有相当的准确性,因此有可能从新的角度处理分子轨道理论的棘手问题。

VB和MO最基本的观点就是轨道的组合,轨道组合成配置。莫不能给它一个直观的解释,但VB可以理解为一个纽带。然而,组态的组合可以趋向于一个真实的波函数。用于组合的MO的配置大多难以分析,也难以直观地解释配置相关的效应。而VB用于组合的构型是阴、阳离子的波函数,经典价键成键形式,自由基等容易理解的种类,它们的组合可以理解为* * *振动。从理论上讲,所有组态的组合——MO的casscf(完全活性空间自洽场)和VB的CASVB才是真正的波函数。这就证明了MO和VB实际上趋向于同一个极限,只是采用了不同的近似方法而具有不同的特性。武断地说价键理论只是一个便于化学家理解的定性理论是荒谬的。

分子轨道理论擅长处理分子结构问题和设计轨道对称性,而现代价键理论在保持传统的易于理解的特点的基础上,在反应机理和反应能垒高度上显示了它的优势:通过VB状态关联图,SN2反应的能垒只与亲核试剂的电离势和底物的电子亲和势有关, 而自由基反应的能垒只与断键三重态和单重态的能量差有关,理解和计算都很方便,但莫无法解释,必须达到。 而以色列希伯来大学的Hiberty和S. Shaik对* * *轭的性质、芳香性和反芳香性(Siegel分子中被烷基取代的苯环呈现环己烯的结构和性质)所给出的解释,莫望尘莫及。