有机化学中的共振论

初学有机化学时,遇到的第一个拦路虎就是共振论问题。本以为绪论课听听老师讲一下有机化学的历史就可以,没料到会出现一个新的概念,共振论。对于刚学完无机的同学来说,听到这里就感觉云里雾里。只看见老师画着忽左忽右的箭头,得出各种不同的共振式,真的分不清为什么它可以转过来转过去?

其实这个共振式的写法是基于原子核外八隅律结构(就是原子周围电子数为八个。同时这个排布电子数与原子自己本身核外电子数比较,是多了还是少了。多了就显示负,少了就显示为正,这个也称之为形式电荷)和电子离域的概念(形成分子以后,原子核外电子不再属于某一个原子,而是属于整个分子,但这里的离域也是有条件的。只有共平面的才能离域)。这个离域主要发生在共平面的原子之间。所以对于共振式来说,电子的移动就发生在中心原子为sp2杂化或sp杂化与周边的原子之间。写出来的结构简式(Lewis电子式)也仅仅是极限式,它不能完全代表有机化合物的实际结构,实际结构应该是多个共振体的杂合。但在后面学习机理时为了方便,还是按照极限式来讲解。那具体的共振体极限式相互之间如何转换?这似乎也成了一个难题。

在讲这个之前,首先要明白共振式的书写原则:

1. 各极限式结构中原子在空间的位置应相同,它们之间的差别仅仅在于电子排布的不同。所以,它不是同分异构体。

2. 所有极限式中,配对的和未配对的电子数应相同。(即原来是单电子的还是维持单电子,原来带正电荷的也带正电荷;原来是中性的,共振式之间也是为中性,可以发生电荷分离,但电荷的代数和与另一个共振体相同。)

极限式之间,单电子数应相同

书写方法 就是用弯箭头表示电子对转移方向,用鱼钩箭头(单边箭头)表示一个电子的转移。在固定的分子骨架上改变电子排列,可以从一个极限式推导出另一个极限式。

共振式中电子转移的规律(书写共振式的基本方式)

π电子向正电荷移动

π电子移动

例题中,碳为何显正号?就是因为此时碳周围一共是6个电子,按照共价键电子对共享原理,属于这个碳自己的是3个电子,而碳本身最外层应该4个电子,所以它显正电荷。

电子对沿着π键移动

1,3-丁二烯的共振体

例题中,红色箭头产物在右侧,蓝色箭头产物在左侧。原来是中性,不带电荷,所以形成的共振体电荷代数和也为零。

孤对电子转移形成π键

碳正离子中电子对转移和自由基的单电子转移

注意其中的箭头

遇到自由基的共振体,注意其转移电子一般是一个,用鱼钩箭头表示其成键情况。两个鱼钩箭头对在一起了,说明它们单子对共享成键了。

一个有机物分子写出来的极限共振式可能不止两个,或许会有多个,那哪个极限式的贡献大呢?有没有什么规则可以判断呢?我们先看几个例子

1. 等同的极限式贡献相同

碳酸根离子的三个极限式贡献相同

2.越稳定的极限式对杂化体的贡献越大

中间那个极限式贡献最大

由此得出基本结论:

1.不带电荷的较稳定(形成的共价键越多越稳定)

2.碳原子具有完整价电子层的较稳定(即原子外围要满足八隅律)

3.若难免有形式电荷,则:负电荷处于电负性较大的原子上;或正电荷处于电负性较小的原子上时较稳定。

4.电荷分布(电荷在某种原子上);异号电荷距离越近越稳定;同号电荷距离越远越稳定

如:

共振式稳定性判断

总的说来,杂化体的稳定性是:参加共振的极限式越多,杂化体越稳定;极限式中稳定的结构越多,杂化体越稳定。如:

1,3-丁二烯的稳定性

其实这里我们讲的共振论,其本质来说就是电子的离域,所以在以后的学习中我们可以用共轭的概念可以进一步阐述。这里的离域也可以用无机化学中的大π键的来进行理解。因为大π键的形成就是要求有原子共平面,在这一点上和共振论是相通的。


2020.3.16  杂记

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
平台声明:文章内容(如有图片或视频亦包括在内)由作者上传并发布,文章内容仅代表作者本人观点,简书系信息发布平台,仅提供信息存储服务。

推荐阅读更多精彩内容