Kanonske strukture su rezonantne strukture. Organska hemija Rezonantne strukture u primjerima organske hemije

Ako obično nema problema sa induktivnim efektom, onda je drugu vrstu elektronskih efekata mnogo teže savladati. Ovo je jako loše. Teorija rezonancije (mezomerizma) bila je i ostala jedno od najvažnijih oruđa za raspravu o strukturi i reaktivnosti organskih jedinjenja i ne postoji ništa što bi je zamijenilo. Ali šta je sa kvantnom naukom? Da, istina je da su kvantno hemijski proračuni postali lako dostupni u našem veku, a sada svaki istraživač ili čak student, nakon što je potrošio vrlo malo vremena i truda, može besplatno da izvrši proračune na svom računaru, čiji nivo bi svako imao zavidela pre 20 godina Nobelovci. Nažalost, rezultati proračuna nisu tako jednostavni za korištenje - slabo su podložni kvalitativnoj analizi i vizualno nisu baš jasni. Može potrajati da sjedite i buljite u beskrajne kolone brojeva i gledate zbunjujuće i preopterećene slike orbitala i gustine elektrona, ali malo tko od toga ima koristi. Stara dobra teorija rezonancije u tom smislu je mnogo efikasnija - brzo i prilično pouzdano daje tačno kvalitativni rezultat, omogućava vam da vidite kako je gustina elektrona raspoređena u molekuli, pronađete reakcione centre i procenite stabilnost važnih čestica. uključeni u reakcije. Stoga, bez mogućnosti crtanja rezonantnih struktura, procene njihovog doprinosa i razumevanja na šta delokalizacija utiče, nije moguć govor o organskoj hemiji.

Postoji li razlika između pojmova mezomerizma i rezonancije? Nekada je bilo, ali to već dugo nije važno - sada zanima samo istoričare hemije. Pretpostavit ćemo da su ovi koncepti zamjenjivi, možete koristiti jedan ili oba u bilo kojoj proporciji. Postoji jedna nijansa - kada ne govore o delokalizaciji općenito, već o efektu elektronskog supstituenta, preferiraju termin mesomeric efekat (i označen slovom M). Osim toga, koristi se i riječ “konjugacija” (tačnije, π-konjugacija).

A kada nastaje ovaj mezomerizam? Ovaj koncept je primjenjiv samo na π-elektrone i samo ako molekula ima najmanje dva atoma s takvim elektronima koji se nalaze jedan pored drugog. Takvih atoma može postojati bilo koji broj, čak i milion, a mogu se nalaziti ne samo linearno, već i sa bilo kojim grananjem. Potrebno je samo jedno - da budu bliski, da čine nerazdvojni niz. Ako je niz linearan, naziva se "lanac konjugacije". Ako je razgranat, to komplikuje stvar, jer ne postoji jedan lanac konjugacije, već nekoliko (ovo se zove unakrsna konjugacija), ali u ovoj fazi ne možete razmišljati o tome, nećemo pažljivo razmatrati takve sisteme. Važno je da svaki atom bez π-elektrona prekine takav niz (lanac konjugacije), ili ga razbije na nekoliko nezavisnih.

Koji atomi imaju π elektrona?

• a) na atomima koji učestvuju u višestrukoj (dvostrukoj, trostrukoj) vezi - na svakom takvom atomu postoji jedan π-elektron;
• b) na atome nemetala od 5-7 grupa (dušik, kiseonik itd.) u većini slučajeva, osim atoma azota tipa amonijuma i njima sličnih tzv. usamljeni parovi);
• c) na atomima ugljika s negativnim nabojem (u karbanionima).

Osim toga, prazne π-orbitale u atomima sa 6 valentnih elektrona (sekstet atoma) učestvuju u konjugaciji: bor, ugljik s pozitivnim nabojem (u karbenijumskim ionima), kao i slične čestice sa atomima dušika i kisika (ovo ćemo ostaviti po strani za sada). Hajde da se dogovorimo da ne diramo elemente trećeg i tako dalje. periodi, čak i sumpor i fosfor, jer za njih je potrebno uzeti u obzir učešće d-ljuski i pravilo Lewisovog okteta ne radi. Nije tako lako ispravno nacrtati granične strukture za molekule uz učešće ovih elemenata, ali nam to najvjerovatnije neće trebati. Ako je potrebno, razmotrićemo posebno.

Potražimo konjugirane fragmente u stvarnim molekulima. Jednostavno je - nalazimo višestruke veze, atome sa parovima i sekstetne atome koji su jedan pored drugog u bilo kojoj (još) kombinaciji. Važno je da posmatrač koji hoda duž lanca konjugacije ne sme da stane na atome koji ne pripadaju ova tri tipa. Čim sretnemo takav atom, lanac se završava.

Pogledajmo sada kako to prikazati. Prikazivaćemo na dva načina - strelicama pomeranja elektronske gustine i rezonantnim (graničnim) strukturama.

Tip 1. Pronalazimo donorske i akceptorske centre u konjugovanom sistemu...

Donorski centri su atomi sa usamljenim parom. Akceptorski fragmenti su sekstetni atomi. Delokalizacija se uvijek pokazuje od donatora, ali prema akceptoru u potpunosti u skladu sa njihovim ulogama. Ako su donor i akceptor u blizini, sve je jednostavno. Prikažite pomak od para do susjedne veze strelicom. To će značiti formiranje π-veze između susjednih atoma, pa će tako sekstetni atom imati priliku popuniti praznu orbitalu i prestati biti sekstet. Ovo je vrlo dobro. Slika graničnih struktura je također jednostavna stvar. Na lijevoj strani crtamo početnu, zatim posebnu rezonantnu strelicu, zatim strukturu u kojoj se par na donatoru potpuno prebacio na stvaranje punopravne π-veze. Prava struktura takvog kationa bit će mnogo bliža desnoj graničnoj strukturi, jer je punjenje seksteta vrlo korisno, a kisik ne gubi gotovo ništa, zadržavajući osam valentnih elektrona (par ide u vezu, koju također opslužuju dva elektrona ).

Tip 2. Pored donora i akceptora, postoje i višestruke veze...

Ovdje mogu postojati dvije opcije. Prvi je kada se višestruke veze umetnu između donora i akceptora. Zatim formiraju neku vrstu proširenja za sistem rastavljen u Tipu 1.

Ako dvostruke veze nisu jedna, već nekoliko, poredanih u lanac, onda situacija nije mnogo komplikovanija. Strelice pokazuju pomak u gustoći od para, a uzastopni pomak svake dvostruke veze dok sekstet nije popunjen zahtijevat će dodatne strelice. I dalje postoje dvije granične strukture, a opet je druga mnogo povoljnija i bliže odražava stvarnu strukturu kationa.

Slučaj kada umjesto uobičajenih dvostrukih veza postoji benzenski prsten prilično se dobro uklapa u ovu shemu. Važno je samo nacrtati benzenski prsten ne maticom, već normalnom Kekule strukturom. Sa maticom, uparivanje neće funkcionirati. Tada ćemo odmah shvatiti dve važne stvari: prvo, da benzenski prsten u delokalizaciji funkcioniše kao konjugovani sistem dvostrukih veza i da ne treba razmišljati o bilo kakvoj aromatičnosti; drugo, da se para- i orto raspored donora/akceptora veoma razlikuje od meta-aranžmana, u kojem nema konjugacije. Na slikama su putevi konjugacije prikazani ružičastim sprejom i jasno je da u orto slučaju radi jedna dvostruka veza, u para slučaju - dvije, a u meta slučaju, kako god crtali, put konjugacije je slomljena i nema konjugacije.

Ako ne dođe do dvostrukih, već trostrukih veza, onda se ništa ne mijenja. Vi samo trebate predstaviti trostruku vezu kao dvije međusobno okomite π-veze, i koristiti jednu od njih, a drugu ostaviti na miru. Ne bojte se - ispada malo zastrašujuće zbog obilja dvostrukih veza u graničnoj strukturi. Imajte na umu da su dvostruke veze na jednom atomu ugljika označene ravnom linijom (pošto ovaj atom ugljika ima sp hibridizaciju), a da bi se izbjegla zabuna, ovi atomi su označeni podebljanim tačkama.

Tip 3. U lancu konjugacije, ili donor ili akceptor (ali ne oboje odjednom), i višestruke veze C \u003d C ili C \u003d C

U tim slučajevima višestruka veza (ili lanac višestrukih veza) preuzima ulogu odsutne: ako postoji donor, onda on (oni) postaje akceptor, i obrnuto. Ovo je prirodna posledica prilično očigledne okolnosti da se, tokom konjugacije, gustoća elektrona pomera u određenom pravcu od donora ka akceptoru i ništa više. Ako postoji samo jedna veza, onda je sve prilično jednostavno. Posebno su važni slučajevi kada je donor karbanion, a takođe i kada je akceptor karbokation. Imajte na umu da su u ovim slučajevima granične strukture iste, što implicira da je stvarna struktura takvih čestica ( alil kation i anion) nalazi se tačno na sredini između graničnih struktura. Drugim riječima, u stvarnim alil kationima i anionima, obje veze ugljik-ugljik su potpuno iste, a njihov redoslijed je negdje na sredini između jednostruke i dvostruke. Naboj (i pozitivan i negativan) je jednako raspoređen na prvi i treći atom ugljika. Ne preporučujem korištenje prilično uobičajenog načina prikazivanja delokalizacije s tačkastim zagradama ili jedno i po tačkastim vezama, jer ova metoda daje lažan utisak o jednolikom delokalizaciji naboja na svim atomima ugljika.

Ako postoji više višestrukih veza, nastavljamo po analogiji, dodajući strelice, uključujući svaku višestruku vezu u delokalizaciju. Ali granične strukture moraju biti nacrtane ne dvije, već onoliko koliko ima više veza u lancu plus jedna originalna. Vidimo da je naboj delokalizovan preko neparnih atoma. Prava struktura će biti negde u sredini.

Hajde da generalizujemo na donora - atom bez naboja, ali sa parom. Strelice će biti iste kao u slučaju alil karbaniona. Granične strukture su formalno iste, ali u ovom slučaju nisu ekvivalentne. Strukture sa nabojem su mnogo manje korisne od neutralnih. Prava struktura molekula je bliža originalnoj, ali obrazac delokalizacije omogućava razumijevanje zašto se na udaljenom atomu ugljika pojavljuje višak elektronske gustine.

Delokalizacija u benzenskom prstenu opet zahtijeva prikaz s dvostrukim vezama, a crta se prilično slično. pošto postoje tri veze i sve su uključene, onda će postojati još tri granične strukture, pored originalne, a naelektrisanje (gustina) će biti raspoređeno po orto i para pozicijama.

Tip 4. U lancu konjugacije, donor i višestruke veze, od kojih neke sadrže heteroatom (C=O, C=N, N=O, itd.)

Višestruke veze koje uključuju heteroatome (da vas podsjetim da smo se dogovorili da se ograničimo na elemente drugog perioda, odnosno govorimo samo o kisiku i dušiku) slične su višestrukim vezama ugljik-ugljik po tome što je π veza lako se prebacuju s donjeg atoma na drugi, ali se razlikuju činjenicom da se pomicanje događa samo u jednom smjeru, što takve veze u velikoj većini slučajeva čini samo akceptorima. Dvostruke veze sa dušikom i kisikom javljaju se u mnogim važnim funkcionalnim grupama (C=O u aldehidima, ketonima, kiselinama, amidima, itd.; N=O u nitro spojevima itd.). Ova vrsta delokalizacije je stoga izuzetno važna i često ćemo je viđati.

Dakle, ako postoji donor i takva veza, onda je vrlo lako prikazati pomak gustine. Od dvije granične strukture prevladat će ona u kojoj je naboj na elektronegativnijem atomu, međutim uloga druge strukture je također uvijek vrlo značajna. Naravno, ako je slučaj simetričan, poput onog prikazanog u drugoj liniji, tada su obje strukture iste i jednako su predstavljene - prava struktura će biti u sredini potpuno ista kao u prethodno razmatranom slučaju alil aniona.

Ako u molekulu ili jonu postoje i konjugirane veze ugljik-ugljik, one će umjereno učestvovati u ukupnom pomaku gustoće. Ista je uloga benzenskog prstena sa orto- ili para-rasporedom donora i akceptora. Imajte na umu da uvijek postoje samo dvije granične strukture - one pokazuju dva ekstremna položaja za pomak gustine. Međustrukture (gdje je gustina već prešla sa donatora na višestruku vezu, ali nije otišla dalje) ne treba crtati. U stvari, postoje i prilično su legalni, ali je njihova uloga u delokalizaciji zanemarljiva. Treći primjer u prikazanom dijagramu pokazuje kako nacrtati nitro traku. Isprva zastrašuje obiljem naboja, ali ako ga pogledate baš kao dvostruku vezu dušik-kisik, onda se pomak crta na isti način kao i za bilo koje druge višestruke veze s heteroatomima, a naelektrisanja koja su već jednostavno treba ostaviti da miruje i ne dirati.

I još jedna uobičajena opcija - postoji jedan donor, a postoji nekoliko akceptorskih višestrukih veza (dvije, tri). Strogo govoreći, u ovom slučaju, ne jedan lanac konjugacije, već dva ili tri. Ovo povećava broj graničnih struktura, a može se prikazati i strelicama, iako ova metoda nije sasvim ispravna, jer će iz jednog para donora biti nekoliko strelica. Ovaj primjer jasno pokazuje da su granične strukture univerzalniji način, iako glomazniji.

Šta još trebate znati o mogućnosti uparivanja? Također morate zamisliti kako je molekul (čestica) uređen. Za konjugaciju je potrebno da orbitale π-elektrona budu paralelne (kolinearne, leže u istoj ravni) ili da čine ugao koji se veoma razlikuje od pravog. Zvuči prilično pokvareno - kako to zapravo znaš?! Nije sve tako strašno, nećemo se još sresti sa zaista teškim slučajevima. Ali jedna stvar je sasvim očigledna: ako jedan atom nema jednu, već dvije π-orbitale, onda su one međusobno strogo okomite i ne mogu istovremeno sudjelovati u istom lancu konjugacije. Stoga, dvostruke veze u 1,2-dienima (alenima), ugljičnom dioksidu i sličnim molekulima (kumulen i heterokumulen) nisu konjugirane; π-veze prstena i usamljenog para u fenil anionu nisu konjugirane, itd.

TEORIJA REZONANCIJE , teorija elektronske strukture hem. spojeva, koji se zasniva na ideji da elektronska distribucija, geometrija i sve druge fizičke. and chem. svojstva molekula moraju biti opisana ne jednom mogućom strukturnom f-lojom, već kombinacijom (rezonancom) svih alternativnih struktura. Ideja o ovakvom načinu opisivanja elektronske strukture pripada L. Paulingu (1928). R. t. je razvoj klasike. teorije hem. strukture za molekule, ione, radikale, čija se struktura može predstaviti kao nekoliko. dec. structural fl, koji se razlikuju po načinu raspodjele elektronskih parova između atomskih jezgara. Prema R. t., struktura takvog Comm. je posredni između pojedinačnih mogućih klasika. strukture, a doprinos svake pojedinačne strukture može se uzeti u obzir korištenjem dekomp. modifikacije kvantne meh. metoda valentne veze (vidi. Metoda valentne veze).

Za konn. sa konjugovanim vezama svih mogućih struktura sa dekompozicijom po vrstama elektronskog uparivanja višestrukih veza, dovoljno je razmotriti samo strukture sa neukrštajućim vezama (kanonske strukture). Elektronska struktura benzena opisana je rezonancom pet kanona. strukture:

Valna funkcija molekule benzena prema Paulingu je linearna kombinacija:

Y = 0,624 (Y I + Y II) + 0,271 (Y III + Y IV + Y V).

Odatle slijedi da je doprinos (oko 80%) talasnoj funkciji daju Kekulove strukture I i II. Njihova ekvivalencija i ekvivalencija struktura III-V objašnjavaju ravnomjernost svih veza ugljik-ugljik u molekulu benzena i njihov međusobni (otprilike jedan i po) karakter između jednostrukih i dvostrukih veza ugljik-ugljik. Ovo predviđanje se u potpunosti slaže s eksperimentalno pronađenom dužinom C-C veze u benzenu (0,1397 nm) i simetrijom njegove molekule (grupa simetrije D 6h).

R. t. se uspješno koristi za opisivanje strukture i svojstava jona i radikala. Dakle, struktura karbonatnog jona je predstavljena kao rezonancija (označena dvostranom strelicom) od tri strukture, od kojih svaka daje isti doprinos talasnoj funkciji:

Prema tome, ion ima trigonalnu simetriju (grupa simetrije V 3h ), I svaka C-O veza ima 1/3 karaktera dvostruke veze.

Struktura alilnog radikala ne odgovara nijednoj klasičnoj. strukture VI i VII i treba ih opisati njihovom rezonancijom:

EPR spektar alilnog radikala ukazuje na to da nespareni elektron nije lokaliziran ni na jednoj od terminalnih metilenskih grupa, već je raspoređen između njih tako da radikal ima simetrijsku grupu S2 h i energično. barijera rotacije terminalnih metilenskih grupa (63 kJ/mol) ima srednju vrijednost između vrijednosti karakterističnih za rotacijske barijere oko jednostruke i dvostruke C-C veze.

U Comm., uključujući veze između atoma sa značajnom razgradnjom. elektronegativnost, tj. doprinos talasnoj funkciji daju rezonantne strukture jonskog tipa. Strukturu CO 2 u okviru R. t. opisuje rezonancija tri strukture:

Dužina veze između C i O atoma u ovom molekulu je manja od dužine dvostruke veze C=O.

Polarizacija veza u molekulu formamida, što dovodi do gubitka mn. st-in, karakterističan za karbonilnu grupu, objašnjava se rezonancijom:

Rezonancija struktura dovodi do stabilizacije glavnog. stanja molekula, jona ili radikala. Mjera ove stabilizacije je rezonantna energija, koja je veća, što je veći broj mogućih rezonantnih struktura i što je veći broj niskoenergetskih rezonantnih struktura. ekvivalentne strukture. Energija rezonancije se može izračunati metodom valentne veze ili metodom pier-a. orbitale (vidi Molekularne orbitalne metode ) kao razlika između energija glavnog. stanje molekula i njegova izolacija. priključke ili glavne stanja molekula i strukture koja simulira jedan od stabilnih rezonantnih oblika.

Prema svom glavnom ideja R. t. je vrlo bliska teoriji mezomerizma (vidi. Mezomerija ), međutim nosi veće količine. karaktera, njegova simbolika direktno slijedi iz klasike. strukturnu teoriju i kvantnu mehaniku. metoda valentnih veza služi kao direktan nastavak R. t. Zbog toga R. t. nastavlja da zadržava određenu vrijednost kao zgodan i vizualan sistem strukturalnih reprezentacija.

Lit.: Pauling L., Priroda hemijske veze, trans. sa engleskog, M.-L., 1947; Weland J., Rezonantna teorija i njena primjena u organskoj hemiji, trans. sa engleskog, M., 1948; Pauling L., "J. Vese. Hemijsko društvo nazvano po D. I. Mendeljejevu", 1962. v. 7, br. 4, str. 462-67. V. I. Minkin.

Korisni Internet resursi:

Teorija rezonancije- Teorija elektronske strukture hemijskih jedinjenja, prema kojoj je raspodela elektrona u molekulima (uključujući kompleksne jone ili radikale) kombinacija (rezonanca) kanonskih struktura sa različitim konfiguracijama dvoelektronskih kovalentnih veza. Rezonantna valna funkcija koja opisuje elektronsku strukturu molekula je linearna kombinacija valnih funkcija kanonskih struktura.

Drugim riječima, molekularna struktura nije opisana jednom mogućom strukturnom formulom, već kombinacijom (rezonancom) svih alternativnih struktura. Teorija rezonancije je način da se kroz hemijsku terminologiju i klasične strukturne formule vizualizuje čisto matematički postupak za konstruisanje približne talasne funkcije kompleksnog molekula.

Posljedica rezonancije kanonskih struktura je stabilizacija osnovnog stanja molekula; mjera takve stabilizacije rezonancije je rezonantna energija je razlika između uočene energije osnovnog stanja molekula i izračunate energije osnovnog stanja kanonske strukture sa minimalnom energijom . Sa stanovišta kvantne mehanike, to znači da složenija valna funkcija, koja je linearna kombinacija valnih funkcija, od kojih svaka odgovara jednoj od kanonskih struktura, opisuje molekul točnije od valne funkcije strukture minimalne energije. .

Enciklopedijski YouTube

1 / 3

Teorija rezonance

Rezonantne strukture, dio I

Mezomerni efekat (efekat konjugacije). Dio 1.

Titlovi

Nacrtajmo molekul benzena. I razmislimo o tome koji se procesi koji su za nas interesantni odvijaju u ovom molekulu. Dakle, benzen. U ciklusu se nalazi šest atoma ugljenika. Prvi, drugi, treći, četvrti, peti i šesti ugljenik u ciklusu. Šta čini benzen tako posebnim? Po čemu se razlikuje od cikloheksana? Naravno, govorimo o tri dvostruke veze u ciklusu. Pretpostavit ćemo da su ova dva ugljika povezana dvostrukom vezom, postoji i dvostruka veza između ovih atoma, kao i između ovih ugljika. Nacrtajmo vodonike samo da bismo zapamtili da su oni uopće ovdje. Nacrtajmo ih jedva primjetne. Dakle, koliko će vodonika biti vezano za ovaj ugljik? Jedan, dva, tri valentna elektrona su već uključeni. Dakle, ugljenik je vezan samo za jedan vodonik. Ovdje je sve isto. Samo jedan vodonik. Ukupno ima četiri valentna elektrona. Ovdje je slično. Mislim da već razumete sistem. Ukupno, svaki ugljik ima tri veze s atomima ugljika: dvije jednostruke veze s dva atoma ugljika i još jednu dvostruku vezu. Shodno tome, četvrta veza se formira sa vodonikom. Dozvolite mi da nacrtam sve atome vodonika ovdje. Prikazat ćemo ih u tamnoj boji kako nam ne bi odvlačili pažnju. Sada smo nacrtali benzen. U budućnosti ćemo se susresti više puta. Ali u ovom videu ćemo pogledati, ili barem pokušati da pogledamo, zanimljivo svojstvo benzena, a to je, naravno, rezonancija. Ovo svojstvo nije specifično benzen, ono je svojstvo mnogih organskih molekula. Samo što je benzen možda najzabavniji od svih. Hajde da razmislimo šta bi se moglo desiti ovom molekulu. Počnimo s ovim elektronom. Istaknimo ga drugom bojom. Izaberimo plavu za ovaj elektron. Dakle, evo ovog elektrona. Šta ako se ovaj elektron pomakne do ovog ugljika? Ovaj ugljenik ne prekida vezu, on zadržava elektron, koji će se samo kretati ovde. Dakle, ovaj elektron se pomerio ovde. Sada ovaj ugljenik ima nepotreban peti elektron. Dakle, jedan elektron se ovde pomerio. Sada ovaj ugljenik ima pet elektrona. I tako će se taj elektron vratiti na prvobitni atom ugljika koji je izgubio prvi elektron. Kao rezultat toga, svi atomi ugljika ostali su isti. Ako se to dogodi, onda ćemo dobiti strukturu koja izgleda ovako. Nacrtaću dvostruku strelicu, jer se proces može odvijati u oba smjera. Počnimo s karbonskim lancem. Dakle, prvi ugljenik, drugi, treći, četvrti, peti i na kraju šesti ugljenik. Na slici lijevo, dvostruka veza je bila ovdje, pa se sada preselila ovdje. Nacrtajmo ovu dvostruku vezu plavom bojom da istaknemo razliku. Sada je dvostruka veza tu. Ovaj plavi elektron se preselio ovde. Ovaj plavi elektron se pomerio gore. Zamislimo ih različite boje , radi veće jasnoće. Recimo da će ovaj elektron biti zelen. Zeleni elektron je migrirao iz ovog ugljika u ovaj ugljik. Možemo zamisliti kako se to dogodilo. Sada uzmite u obzir ovaj ljubičasti elektron koji je bio na ovom atomu ugljika, ali sada je pomaknut i premješten na drugi ugljik ovdje. U skladu s tim, dvostruka veza se također pomjerila, kao što pokazuje ova strelica. Ostaje da razmotrimo plavi elektron. Ovaj plavi elektron je pomjeren na prvi ugljik. A dvostruka veza se, zauzvrat, ovdje pomiče. Naravno, dobili smo dva vrlo, vrlo slična molekula. Zapravo, ovo je isti molekul, samo okrenut naopačke. Trebalo bi nas više zanimati činjenica da se te dvostruke veze postepeno kreću naprijed-natrag, formirajući ovu strukturu, zatim onu. I rade to stalno. Dvostruke veze se stalno kreću. A realnost benzena je da nijedna od ovih struktura ne predstavlja ono što se stvarno dešava. Benzen je u određenom prelaznom stanju. Prava struktura benzena izgleda više ovako. Neću sada crtati ugljenike i vodonike. Hajde da, možda, ovde nacrtamo vodonike, pošto sam počeo da ih prikazujem na prvom crtežu. Dakle, ovde crpimo vodonik. Ne zaboravimo na njih. Iako se prisustvo ovih vodonika uvijek podrazumijeva. Završeno sa vodonikom. Opet, koristeći ovaj prsten kao primjer, možda nećemo crtati ugljike i vodonike, jer se oni podrazumijevaju. Dakle, prava struktura benzena je između ovoga i ovoga. I u stvarnosti, postojaće pola dvostruke veze između svakog ugljenika. To jest, u stvari, struktura izgleda otprilike ovako. Ovdje će biti pola dvostruke veze, pola dvostruke veze ovdje, pola dvostruke veze ovdje, isto ovdje i pola dvostruke veze ovdje. Skoro gotovo. A evo pola dvostruke veze. Zapravo, u molekuli benzena, elektroni se stalno kreću oko cijelog prstena. I ne mislim na prijelaz iz jedne strukture u drugu. Ovdje je prikazana prava struktura čija je energija minimalna. Dakle, ove Lewisove strukture, iako bi bilo ispravnije nazvati ih kanonskim strukturama, jer nisam nacrtao sve elektrone. Često crpimo benzen na ovaj način kada, na primjer, razmatramo mehanizam. Ali važno je shvatiti da kao rezultat rezonancije ove dvije strukture dobijamo prelaznu strukturu, koja odgovara stvarnosti. Ovo se ne dešava samo sa benzenom. može voditi veliki broj primjeri. Ali mi ćemo analizirati još jednu kako bismo ispunili svoju ruku. Uzmimo karbonatni jon. Prilično upečatljiv primjer za demonstriranje rezonantnih struktura. Dakle, karbonatni jon. Ugljik je dvostruko vezan za jedan od atoma kisika i ima dvije jednostruke veze s drugim atomima kisika. A ova dva kiseonika imaju dodatne elektrone. Ovaj atom kiseonika će imati jedan, dva, tri, četiri pet, šest valentnih... Zapravo, naravno, sedam valentnih elektrona. Uradimo to ponovo. Jedan, dva, tri, četiri, pet, šest, sedam valentnih elektrona. I jedan dodatni elektron dovodi do negativnog naboja. Isto važi i za ovaj atom. Ima jedan, dva, tri, četiri, pet, šest, sedam valentnih elektrona. Jedan extra. Dakle, doći će do negativnog naboja. Pogledajmo pobliže ovu rezonantnu strukturu, ili kanonsku strukturu. Kao što smo već primijetili, ovaj kisik je neutralan. I ima šest valentnih elektrona. Jedan dva tri četiri pet šest. Zamislite da jedan od ovih elektrona ide u ugljik, uzrokujući da ugljik donira svoj elektron gornjem kisiku. Dakle, možemo zamisliti situaciju u kojoj se ovaj elektron pomiče ovamo do ugljika. A kada ugljik dobije još jedan elektron, tada će u isto vrijeme atom ugljika dati svoj elektron gornjem kisiku, upravo ovdje. Kako će se struktura promijeniti ako dođe do takvog procesa? Dakle, ako se elektroni kreću ovako, evo šta ćemo vidjeti. Počnimo s ugljikom. Sada ugljenik ovde ima samo jednu vezu. Ovdje crpimo kiseonik. Kiseonik ima šest valentnih elektrona. Jedan, dva, tri, četiri, pet, šest elektrona. Ali sada ima još jednu, ovu plavu. Dakle, budući da kisik sada ima dodatni sedmi elektron, povlačimo negativan naboj kisika. Ovaj kisik, koji je donirao svoj elektron ugljiku, formira dvostruku vezu s atomom ugljika. Hajde da nacrtamo novu vezu ovako. Dakle, dvostruka veza ugljika za ovaj kisik je na dnu. Jedan elektron je odustao od kiseonika, tako da sada ima šest valentnih elektrona. Jedan dva tri četiri pet šest. A sada je naboj kiseonika neutralan. Ništa se nije desilo ovom kiseoniku sa leve strane. Zato ga samo kopirajte i zalijepite. Prvo kopirajte, a zatim zalijepite. Ovaj kiseonik ostaje ovde. Zamislite situaciju u kojoj će ovaj kisik s dodatnim elektronom, koji bi zauzvrat mogao doći od drugog kisika odozgo, dati svoj dodatni elektron atomu ugljika. A onda će ugljenik prekinuti dvostruku vezu sa drugim kiseonikom. U ovom slučaju, sa ovim. Daj da nacrtam ovo. Možda situacija u kojoj će ovaj elektron otići u ugljik... Nastat će dvostruka veza. I tada će ugljenik odustati od jednog od svojih elektrona. Ovaj elektron će se vratiti u kiseonik. Šta će se desiti? Ako se to dogodi, konačna struktura će izgledati ovako. Počnimo sa ugljenikom, jednostruko vezan za kiseonik, koji ima jedan, dva, tri, četiri, pet, šest, sedam valentnih elektrona. Sve je još tu. Možete to nazvati rezonantnom reakcijom, ili je možete nazvati drugačije. Ovdje još uvijek postoji negativan naboj. Pređimo na ovaj kiseonik. Vratio je svoj elektron. I sada ponovo ima sedam valentnih elektrona. Opet jedan, dva, tri, četiri, pet, šest, sedam valentnih elektrona. Označimo elektron koji se vratio u kiseonik. Neka bude ljubičasta. I sada kisik ima negativan naboj. Ovaj kiseonik je zauzvrat donirao elektron ugljeniku. I stvorio je novu dvostruku vezu. Evo dvostruke veze ovog kiseonika i ugljenika. Jedan elektron je dao kiseonik, tako da sada ima jedan, dva, tri, četiri, pet, šest valentnih elektrona i neutralni naboj. Sve ove strukture se spajaju jedna u drugu. Možemo čak dobiti ovu strukturu iz ovoga. Počevši od jedne od ovih struktura, možemo dobiti bilo koju drugu. Upravo se to dešava u karbonatnom jonu. Dozvolite mi da zapišem da je ovo karbonatni jon. Dakle, njegova prava struktura je nešto između ova tri. Struktura karbonatnog jona zapravo izgleda ovako. Ugljik je vezan za tri kisika. Nacrtajte vezu između svakog od tri kisika i ugljika. I onda svaki C-O veza imat će jednu trećinu karaktera dvostruke veze. Jedna trećina veze. Ne baš uobičajen zapis, ali što je moguće bliži stvarnosti. Trećinu vremena elektron će biti ovdje. Preostale dvije trećine vremena, atomi kisika će jednako posjedovati ovaj elektron. Vjeruje se da svaki kisik ima naboj od -2/3. Obično se, naravno, nacrta jedna od ovih struktura, jer je zgodno raditi s cijelim brojevima. Ali u stvarnosti, karbonatni joni su podložni rezonanciji. Elektroni se, zapravo, stalno kreću od jednog C-O veza drugome. To čini molekul stabilnijim. Energija ove strukture je manja od energije bilo koje od gore navedenih. Isto važi i za benzen. Energija ove prijelazne strukture ovdje je niža od energije bilo koje od ovih, pa je stoga ovaj oblik benzena stabilniji od gore nacrtanih. Titlovi Amara.org zajednice

Priča

Ideju o rezonanciji je u kvantnu mehaniku uveo Werner-Heisenberg 1926. kada je raspravljao o kvantnim stanjima atoma helija. On je uporedio strukturu atoma helijuma sa klasičnim sistemom rezonantnog harmonijskog oscilatora.

Heisenbergov model je primijenio Linus Pauling (1928) da opiše elektronsku strukturu molekularnih struktura. U okviru metode valentnih šema, Pauling je uspješno objasnio geometriju i fizičko-hemijske karakteristike broj molekula kroz mehanizam delokalizacije elektronske gustine π-veza.

Slične ideje za opisivanje elektronske strukture aromatičnih jedinjenja predložio je Christopher Ingold. Godine 1926-1934, Ingold je postavio temelje fizičke organske hemije, razvijajući alternativnu teoriju elektronskih pomaka (teorija mezomerizma), dizajniranu da objasni strukturu molekula složenih organskih jedinjenja koja se ne uklapaju u uobičajene valentne reprezentacije. Termin koji je predložio Ingold za označavanje fenomena delokalizacije elektronske gustine mezomerizam"(1938), koristi se uglavnom u njemačkoj i francuskoj književnosti, a engleska i ruska književnost dominiraju" rezonancija". Ingoldove ideje o mezomernom efektu postale su važan dio teorije rezonancije. Zahvaljujući njemačkom hemičaru Fricu Arndtu, uvedena je opšteprihvaćena notacija mezomernih struktura pomoću dvoglavih strelica.

SSSR 40-50

IN poslijeratni SSSR teorija rezonancije postala je predmet progona u okviru ideoloških kampanja i proglašena je "idealističkom", stranom dijalektičkom materijalizmu - i stoga neprihvatljivom za upotrebu u nauci i obrazovanju:

"Teorija rezonancije", kao idealistička i agnostička, suprotstavlja se materijalističkoj teoriji Butlerova, kao nespojiva i nepomirljiva s njom; ... pristalice "teorije rezonancije" su je ignorisale i iskrivile njenu suštinu. "Teorija rezonance", koja je mehanička do kraja. poriče kvalitativne, specifične karakteristike organske materije i potpuno lažno pokušava svesti zakone organske hemije na zakone kvantne mehanike...

... Mezomerno-rezonantna teorija u organskoj hemiji je ista manifestacija opšte reakcionarne ideologije, kao što je vajsmanizam-morganizam u biologiji, kao i savremeni "fizički" idealizam, sa kojim je usko povezana.

Iako se progon teorije rezonancije ponekad naziva "lizenkoizam u hemiji", istorija ovih progona se na više načina razlikuje od progona genetike u biologiji. Kao što Lauren Graham primjećuje: „Hemičari su uspjeli odbiti ovaj ozbiljan napad. Modifikacije teorije bile su prilično terminološke prirode. U 50-im godinama. hemičari su, bez pobijanja kritike teorije rezonancije, razvili slične teorijske (uključujući i kvantno-hemijske) konstrukcije, koristeći termin "

Glavne odredbe teorije koordinacije

U molekuli bilo kojeg složenog jedinjenja, jedan od jona, obično pozitivno nabijenih, zauzima središnji položaj i naziva se agens za kompleksiranje ili centralni ion. Ne može se reći da su kompleksna jedinjenja uvek izgrađena od jona; u stvari, efektivni naboji atoma i molekula koji čine kompleks su obično mali. Stoga je ispravnije koristiti termin centralni atom. Oko njega, u neposrednoj blizini, ili, kako kažu, koordinirano, određeni broj suprotno nabijenih jona ili električni neutralnih molekula, tzv. ligandi(ili dodaci) i generiranje unutrašnja koordinaciona sfera. Broj liganada koji okružuju centralni ion naziva se koordinacijski broj (usp.)

unutrašnja sfera Kompleks je uglavnom stabilan nakon rastvaranja. Njegove granice su označene uglastim zagradama. Joni koji su unutra spoljna sfera, lako se odvajaju u rastvorima. Stoga se kaže da su joni vezani u unutrašnjoj sferi. nejonski, au vanjskom − ionogena. Na primjer:

Strelice na dijagramu simbolično prikazuju koordinaciju ili vezu donor-akceptor.

Jednostavni ligandi, kao što su H 2 O, NH 3 , CN - i Cl - nazivaju se monodentat, pošto je svaki od njih u stanju da formira samo jednu koordinacionu vezu (zauzima jedno mesto u unutrašnjoj koordinacionoj sferi). Postoje ligandi koji formiraju 2 ili više koordinacionih veza sa centralnim atomom. Takvi ligandi se nazivaju bi- i polidentat. Primjer bidentatnog liganda je

oksalat ion C 2 O 4 2- I molekula etilendiamina C 2 N 2 H 8

Sposobnost formiranja kompleksnih jona je obično d - elementi, ali ne samo; Al i B takođe formiraju kompleksne jone. Kompleksni ioni formirani od d-elemenata mogu biti električno neutralni, pozitivno ili negativno nabijeni:

U anionskim kompleksima latinski naziv se koristi za označavanje centralnog metalnog atoma, a u kationskim kompleksima ruski.

Naelektrisanja kompleksnog jona su delokalizovana preko celog jona. Za opis

koristi se hemijska veza u takvim ionima rezonantna struktura, koji je hibrid svih mogućih distribucija elektrona. Različite distribucije se nazivaju kanonske strukture.

Na primjer, nitratni ion ima sljedeće kanonske i rezonantne strukture:

kanonske strukture rezonantne strukture

Naboj kompleksnog jona jednak je algebarskom zbiru naboja centralnog atoma i naboja liganada, na primjer:

4- → punjenje = (+2) + 6(-1) = -4

3+ → punjenje = (+3) + 6(0) = +3

Neki ligandi su sposobni da formiraju ciklične strukture sa centralnim atomom. Ovo svojstvo liganada naziva se njihovim sposobnost keliranja, a spojevi formirani od takvih ligandi se nazivaju helatna jedinjenja(u obliku kandže). Oni sadrže bi- i polidentatni ligand, koji, takoreći, hvata centralni atom poput kandži raka:

Grupa helata takođe uključuje intrakompleksna jedinjenja u kojima je centralni atom deo ciklusa, formirajući kovalentne veze sa ligandima Različiti putevi donor-akceptor i zbog nesparenih elektrona (mehanizam razmjene). Kompleksi ove vrste su karakteristični za aminokiseline. Dakle, glicin (aminooctena kiselina) formira kelate sa ionima Cu 2+, Pt 2+, Rh 3+, na primjer:

metala u bojanju i proizvodnji filmova u boji. Odličnu primjenu nalaze u analitičkoj hemiji, veliko im je mjesto i u prirodi. Dakle, hemoglobin se sastoji od kompleksa hema povezanog sa globinskim proteinom. U hemu, centralni ion je Fe +2, oko kojeg su koordinirana 4 atoma dušika, koji pripadaju kompleksnom ligandu sa cikličkim grupama. Hemoglobin reverzibilno vezuje kiseonik i isporučuje ga iz pluća kroz cirkulatorni sistem u sva tkiva.

Hlorofil, koji je uključen u fotosintezu u biljkama, izgrađen je na sličan način, ali sadrži Mg 2+ kao centralni ion.

Naboj centralnog jona (tačnije, oksidaciono stanje centralnog atoma) je glavni faktor koji utiče na koordinacioni broj.

+1 +2 +3 +4

→ → → →

4;6 6;4

Najčešći koordinacijski brojevi označeni su crvenom bojom. Koordinacioni broj nije konstantna vrednost za dato sredstvo za formiranje kompleksa, već je takođe određen prirodom liganda i njegovim elektronskim svojstvima. Čak i za iste kompleksatore ili ligande, koordinacijski broj ovisi o stanju agregacije, o koncentraciji komponenti i o temperaturi otopine.

Geometrijski oblik kompleksnog jona zavisi od koordinacionog broja njegovog centralnog atoma. Kompleksi sa cn = 2 imaju linearnu strukturu, oni sa cn = 4 obično imaju tetraedarsku strukturu; međutim, neki kompleksi sa cn = 4 imaju planarnu kvadratnu strukturu. Kompleksni ioni sa kn = 6 najčešće imaju oktaedarsku strukturu.

kch = 2 kch = 4 kch = 4

kch=6

hemijska rezonanca

Teorija rezonancije- teorija elektronske strukture kemijskih spojeva, prema kojoj je raspodjela elektrona u molekulima (uključujući kompleksne ione ili radikale) kombinacija (rezonancija) kanonskih struktura s različitim konfiguracijama dvoelektronskih kovalentnih veza. Rezonantna valna funkcija, koja opisuje elektronsku strukturu molekula, je linearna kombinacija valnih funkcija kanonskih struktura.

Drugim riječima, molekularna struktura nije opisana jednom mogućom strukturnom formulom, već kombinacijom (rezonancom) svih alternativnih struktura.

Posljedica rezonancije kanonskih struktura je stabilizacija osnovnog stanja molekula, mjera takve rezonantne stabilizacije je rezonantna energija je razlika između uočene energije osnovnog stanja molekula i izračunate energije osnovnog stanja kanonske strukture sa minimalnom energijom .

Rezonantne strukture ciklopentadienid iona

Priča

Ideju rezonancije u kvantnu mehaniku uveo je Werner Heisenberg 1926. kada je raspravljao o kvantnim stanjima atoma helijuma. On je uporedio strukturu atoma helijuma sa klasičnim sistemom rezonantnog harmonijskog oscilatora.

Heisenbergov model je primijenio Linus Pauling (1928) da opiše elektronsku strukturu molekularnih struktura. U okviru metode valentnih šema, Pauling je uspješno objasnio geometriju i fizičko-hemijske osobine jednog broja molekula kroz mehanizam delokalizacije elektronske gustine π veza.

Slične ideje za opisivanje elektronske strukture aromatičnih jedinjenja predložio je Christopher Ingold. Godine 1926-1934, Ingold je postavio temelje fizičke organske hemije, razvijajući alternativnu teoriju elektronskih pomaka (teorija mezomerizma), dizajniranu da objasni strukturu molekula složenih organskih jedinjenja koja se ne uklapaju u uobičajene valentne reprezentacije. Termin koji je predložio Ingold za označavanje fenomena delokalizacije elektronske gustine mezomerizam"(1938), koristi se uglavnom u njemačkoj i francuskoj književnosti, a engleska i ruska književnost dominiraju" rezonancija". Ingoldove ideje o mezomernom efektu postale su važan dio teorije rezonancije. Zahvaljujući njemačkom hemičaru Fricu Arndtu, uvedena je opšteprihvaćena notacija mezomernih struktura pomoću dvoglavih strelica.

U poslijeratnom SSSR-u, teorija rezonancije postala je predmet progona u okviru ideoloških kampanja i proglašena je "idealističkom", stranom dijalektičkom materijalizmu - i stoga neprihvatljivom za upotrebu u nauci i obrazovanju:

"Teorija rezonancije", budući da je idealistička i agnostička, suprotstavlja se Butlerovoj materijalističkoj teoriji kao nespojiva i nepomirljiva s njom; ... pristalice "teorije rezonancije" su je ignorisale i iskrivile njenu suštinu.

"Teorija rezonance", koja je mehanička do kraja. poriče kvalitativne, specifične karakteristike organske materije i potpuno lažno pokušava svesti zakone organske hemije na zakone kvantne mehanike...

... Mezomerno-rezonantna teorija u organskoj hemiji je ista manifestacija opšte reakcionarne ideologije, kao što je vajsmanizam-morganizam u biologiji, kao i savremeni "fizički" idealizam, sa kojim je usko povezana.

Kedrov B.M. Protiv "fizičkog" idealizma u hemijskoj nauci. Cit. By

Progon teorije rezonancije dobio je negativnu ocjenu u svjetskoj naučnoj zajednici. U jednom od časopisa Američkog hemijskog društva, u pregledu situacije u sovjetskoj hemijskoj nauci, posebno je navedeno:

vidi takođe

Bilješke

Wikimedia fondacija. 2010 .

Pogledajte šta je "hemijska rezonancija" u drugim rječnicima:

U NMR, pomeranje NMR signala zavisi od hemijski sastav supstanca, zbog skriniranja vanjskog magnetnog polja elektronima atoma. Kada se pojavi vanjsko magnetsko polje, nastaje dijamagnetski moment atoma, zbog ... ... Wikipedia

Slika ljudskog mozga na medicinskom NMR tomografu Nuklearna magnetna rezonanca (NMR) rezonantna apsorpcija ili emisija elektromagnetne energije od strane supstance koja sadrži jezgra sa spinom različitom od nule u vanjskom magnetskom polju, na frekvenciji ν ... ... Wikipedia

- (NMR) rezonantna apsorpcija elektromagnetne energije materijom, zbog preorijentacije magnetnih momenata atomskih jezgara. NMR je jedna od metoda radio spektroskopije (vidi radio spektroskopija). Posmatrano u jakom permanentnom magnetu ... ...

Sadržaj ... Wikipedia

Nauka o hemijskim elementima i jednostavnim i složenim supstancama koje oni formiraju (osim jedinjenja ugljenika, koja su, uz nekoliko izuzetaka, predmet organske hemije). N. x. najvažniji... ... Velika sovjetska enciklopedija

Velika sovjetska enciklopedija

I Hemija I. Predmet i struktura hemije Hemija je jedna od grana prirodnih nauka, čiji su predmet hemijski elementi (atomi), jednostavne i složene supstance koje formiraju (molekule (vidi. Molekula)), njihove transformacije i ... ... Velika sovjetska enciklopedija

Matematika Naučno istraživanje matematike počelo je u Rusiji u 18. veku, kada su L. Euler, D. Bernoulli i drugi zapadnoevropski naučnici postali članovi Sankt Peterburgske akademije nauka. Prema planu Petra I, akademici stranci ... ... Velika sovjetska enciklopedija

Minerali su čvrste prirodne formacije koje su dio stijena Zemlje, Mjeseca i nekih drugih planeta, kao i meteorita i asteroida. Minerali su, po pravilu, prilično homogene kristalne supstance sa uređenim unutrašnjim ... ... Collier Encyclopedia

Nauka o metodama za određivanje hemijskog sastava supstanci. Hemijska analiza doslovno prožima cijeli naš život. Njegove metode su rigorozno testirane lijekovi. U poljoprivredi se koristi za određivanje kiselosti tla ... ... Collier Encyclopedia eBook