W bardziej zaawansowanym opisie uwzględniamy fakt. Ze w butadienie są cztery zdelokaiizowane orbitale, obejmujące całą cząsteczkę. Musi tak być, bo w butadienie są cztery atomy węgla, a więc cztery atomowe orbitale p i zgodnie z ogólną regułą ich wzajemne oddziaływanie prowadzi do czterech orbitali molekularnych (rys. 2.3). Jeden z tych orbitali jest wiążący dla wszystkich atomów węgla a drugi wiąże tylko atomy 1 i 2 oraz 3 i 4 a dla atomów 2 i 3 jest anty-wiążący. W ostatnim rozdziale tej książki zajdzie konieczność wykorzystania orbńalowego obrazu butadienu.
*4
W podstawowych stanach cząsteczek tylko orbitale wiążące są obsadzone elektronami. Na orbitalach antywiążących elektrony pojawiają się tylko w stanach wzbudzonych. W stanie podstawowym cząsteczki butadienu, orbitale *i i Yt2 są zajęte przez pary elektronów a wyższe orbitale są puste. W stanie wzbudzonym, orbitale *2 i *3 mają po jednym elektronie.
Obsadzone przez elektrony orbitale o najwyższej energii nazywamy orbitalami HOMO (ang. highest occupied molecular orbital) a puste orbitale o najniższej energii nazywamy orbitalami LUMO (ang. lowest unoccupied molecular orbital)- Z rys. 2.4 wynika przyporządkowanie określeń HOMO i LUMO orbitalom 7i w układzie czterech atomów objętych zdelokalizowanymi orbitalami molekularnymi.
Orbitale HOMO i LUMO są nazywane orbitalami granicznymi. Nazwa pochodzi stąd, że orbitale te są najbardziej oddalone od atomowych zrębów cząsteczek i niejako wyznaczają ich zewnętrzne granice. Cząsteczki związków organicznych zawierają wiele orbitali ale w ich reakcjach chemicznych uczestniczą zawsze orbitale graniczne.
*2
*1
%ą - — LUMO stanu wzbudzonego
*3
—}—HOMO stanu wzbudzonego
*4 -
%3 — LUMO stanu podstawowego
stan wzbudzony stan podstawowy Rys.2.3. Zdelokalizowane orbitale k w butadienie. Stl
elektrony i zaznaczają, że elektrony w orbhalu musu spiny. Orbitale jcj i 1C« sąantywiążąc
Rys.2.4. Orbitale HOMO i LUMO w układzie czterech atomów (np. w cząsteczce butadienu)