教程（十二）NBO分析中的Wiberg键级

（一）引言：

➢ 在计算化合物的结构性质时，我们常常需要知道原子之间的成键性质，其中比较重要的就是键级。键级又称键序，是分子轨道法中表示相邻的两个原子成键强度的一种数值。在量子力学的范畴内，键级是难以观测的，因此，无法用唯一的方法来给它下定义。然而，对于化学家来说，键级是一种非常有用的模型。Wiberg提出的键级定义在大部分体系中比较合理，他采用键指标(bondindex)来代替键级(bondorder)。本文将以一些小分子为例，运用Gaussian软件中的NBO模块介绍Wiberg键级的计算及初步分析。

（二）计算过程：

1. 分子构建
█ 软件版本Gaussian 16, GaussView 6，使用方法B3LYP/6-31G(d)

2. 分子结构优化及Wiberg键级计算
█ 将上述分子结构在GaussView 6中画好后，按照下图所示，在Calculate面板中进行结构优化和Wiberg键级计算设置。然后提交任务：

Wiberg键级计算设置

3. 使用GaussView 6 显示Wiberg键级
█ 完成计算之后，打开上述4个分子的log文件。点击Results面板中的Bond Properties（如下图）

GaussView 6 显示键级

█ 此时会出现一个包含键长、键级的面板，选择Order，并且勾选Show Numbers，这样就可以显示出以上分子的Wiberg键级了。

GaussView 6 显示键级

█ 计算得到的键级如下图所示

甲醇、乙烯、苯及氨硼烷分子的键级

4. Wiberg键级分析
█ 从上图可以看出，在甲醇分子中，C-H键约为0.93~0.96之间，因此可以看做键级为1，也就是我们通常说的单键。同理，C-O键级为0.954，也属于单键范畴。在乙烯分子中，C-C键的键级为2.039，是典型的双键。在苯分子体系中，C-C键的键级为1.437（接近1.5），既不是单键，也不是双键。这是因为在C-C单键的基础上，6个C原子之间存在离域大π键，分配到每个C-C键上的键级为0.5。最后，在氨硼烷复合物中，可以看到B-N之间的键级只有0.608，因此不是典型的单键，而是N上的孤对电子与B上的空轨道形成了配位作用。这种配位作用比常见的单键要弱，因此键级较小。

（三）知识背景：

➢ Gaussian官网关于population关键词的使用说明及例子：
http://gaussian.com/population/

➢ 百度词条中关于键级的解释
https://baike.baidu.com/item/%E9%94%AE%E7%BA%A7/8797592?fr=aladdin