Почему сопряженная связь ππ\pi не нарушает принцип запрета Паули?

Посмотрим на молекулу 1,3 бутадиена:

$CH_2=CH-CH=CH_2$

и пронумеруйте атомы углерода от 1 до 4 слева направо.

Связи между 1 и 2 и между 3 и 4 являются двойными связями: каждая образует$σ_{2p}$и$π$связь (молекулярные орбитали). Исследования длины связи и химической реакционной способности однозначно показывают, что два$π$связи не существуют по отдельности, вместо этого электронные облака сливаются в одно$π$молекулярная орбиталь, охватывающая четыре ядра углерода.

Эта ссылка показывает облигации в более подробном графическом виде .

Как атомные, так и молекулярные орбитали обычно содержат только 2 электрона с разными квантовыми числами спина.$m_s$, чтобы соблюдать принцип исключения Паули. Третий электрон в той же АО или МО немедленно нарушил бы принцип запрета Паули, потому что$m_s=\pm\frac{1}{2}$.

Сопряженный$π$Однако связи в 1,3-бутадиене, по-видимому, содержат 4 электрона. Как это не является нарушением принципа запрета Паули?

Эта (воображаемая?) проблема становится еще «хуже», когда мы смотрим на структуру бензола ($C_6H_6$), который долгое время считался состоящим из шести отдельных$σ$связи (молекулярные орбитали) и три двойные связи ($σ$а также$π$, молекулярные орбитали). Но такая структура никогда не могла бы быть правильным шестиугольником, потому что (при прочих равных условиях) длины связей (т.е. межъядерные расстояния) у двойных связей меньше, чем у одинарных (это легко объяснить исходя из электростатического экранирования). Бензол оказывается идеально шестиугольным.

Кроме того, при замещении двух соседних атомов водорода каким-либо другим атомом (так называемое орто-замещение) можно было бы ожидать получения двух разных орто-соединений, но это не так: имеется только один орто-заместитель.

Поэтому учебники обычно представляют структуру бензола следующим образом:

Два$π$кольца, содержащие в общей сложности шесть электронов, колеблющихся на молекулярных орбиталях выше и ниже$C$плоскость, образующая единую$π$молекулярная орбиталь. Опять же, если предположить, что эти электроны находятся в одном и том же квантовом состоянии, трудно понять, почему это не является нарушением принципа запрета Паули.