键合、结构和共振
总结:评价共振结构
最后更新:2022年12月28日|
评价共振结构的四个关键因素
并不是所有的共振形式都同等重要。那么，我们如何评估每个共振结构的“重要性”呢?
正如我们在之前的文章中看到的，决定有机化学中共振结构重要性的四个关键因素是:
- 规则# 1:尽量减少费用
- 规则# 2:满八位音是受欢迎的
- 规则3:稳定性如何负电荷吗?
- 规则4:稳定性如何正电荷吗?
今天，让我们总结一下本单元所学到的关于共振结构的知识。
目录
- 回想一下用于相互转换共振结构的三个“合法”电子推箭“动作”
- 记住，共振结构彼此之间不是平衡的——它们代表了对一个整体共振“混合”的贡献
- 并不是所有的共振形式都具有同等的意义。那么，我们如何评估每一项的“重要性”呢?
- 规则1:中性共振结构比带电共振结构更“重要”
- 规则2:满的八位字节比空的八位字节更可取(在氧气或氮气上永远不要有空的八位字节!)
- 规则3:在最能稳定原子的原子上放置负电荷(即碱性最低的原子)
- 规则4:把空的八位数放在最能稳定它们的原子上(即碳原子，而不是氧或氮原子)
- 共振的应用:“派捐”
- 共振的第二个应用:“π受体”
- 笔记
- 测试你自己!(关于评价共振结构)
1.回想一下用于相互转换共振结构的三个“合法”电子推箭“动作”
在所有这些关于共振的帖子之后，我认为有一个帖子来总结到目前为止所讨论的内容会很好。
分析分子反应性的一个关键技巧就是能够算出电子在哪里．
正如我在这里写的如果我们处理的是单键，算出电负性的差就相对简单了。
然而，如果存在多个键(π键)，那么我们就开始遇到一个小问题:在同一个分子上可能有多种方式分布电子(即不同的共振形式)。因此，为了了解存在π键的分子上的电子密度，我们必须首先了解其各种共振形式的重要性。
我们如何“找到”一个给定分子的共振形式?通过反复试验是有可能做到这一点的，但一个万无一失的方法是应用曲线箭头形式，这是一种描述电子“运动”的方式。
使用曲线箭头移动电子有三种“合法”的方式:从键到孤对，从孤对到键，以及从键到键:
2.记住，共振结构彼此之间不是平衡的——它们代表了对一个整体共振“混合”的贡献
这是关于共振形式的重要一点。人们很容易认为这些共振形式彼此之间处于“平衡”状态(这是非常错误的!)。避免这个常见的错误!
相反，分子的“真实”状态将是这些共振形式的“混合”。
例如，在下面的醋酸酯和烯丙基阳离子的例子中，分子的“真实”结构是通过两种共振形式的50:50组合来表示的。
3.并不是所有的共振形式都具有同等的意义。那么，我们如何评估每一项的“重要性”呢?
在醋酸离子和烯丙基阳离子的情况下，两种共振形式在能量上是相等的，所以“杂化物”是两者1:1的混合物。然而，这种情况很少发生。
在这样的情况下，我们如何评估每种共振形式的相对重要性?
4.规则1:中性共振结构比带电共振结构更“重要”
共振形式变成不那么重要随着收费数目的增加(见之前的帖子）.
例如，在酮以上，共振形式与零形式电荷将是最重要的。
我们怎么知道?我们可以测量分子的物理性质(例如沸点、溶剂性质、电导率)，看看它是更符合带电物质还是中性化合物。
丙烯酮的所有物理性质(丙酮)与它是(大部分)中性分子是一致的。例如丙酮沸点为56°C，明显低于水，冰点为-95°C。它不像水那样溶解带电物质(如NaCl)。它也不是很好的导电体。
这并不是说“次优”共振形式不起作用一些的角色。
丙酮它的沸点比丁烷(-1°C)高得多，而丁烷由于偶极-偶极范德华引力具有相似的分子量，正如我们稍后将看到的，“次优”共振形式可以产生关于分子反应性的重要线索。
5.规则2:满的八位字节比空的八位字节更可取(在氧气或氮气上永远不要有空的八位字节!)
所有原子都有完整八隅体的共振形式比原子缺乏完整八隅体的共振形式更重要。重要的是，这是一个良好的一般规则不要在氮气或氧气上放置少于一个完整的八隅体，如丙酮示例(右上)。由于这些原子具有高度的电负性，这些共振形式是非常不稳定的，将是微不足道的。
6.规则3:在最能稳定原子的原子上放置负电荷(即碱性最低的原子)
鉴于中性共振结构总体上是首选的，当一个共振结构在某个地方绝对必须带负电荷时，把它放在最能稳定电荷的原子上。因为从本质上讲，“碱性是稳定性的反义词”，这就等于说，“把负电荷放在碱性最低的原子上”。
好消息是，如果你理解了影响酸度的因素，你也就理解了稳定负电荷的因素。
这里有四个主要趋势需要考虑:
- 电负性:在元素周期表中，随着电负性的增加，负电荷变得更稳定。
- 极化率:在元素周期表的下一列，随着极化率的增加，负电荷变得更稳定
- 吸电子基团使负电荷稳定通过归纳影响．
- 杂交:随着原子s特性的增加，负电荷变得更加稳定。Sp(最稳定)> Sp2> sp3.(最不稳定
请再次注意稳定性是碱性的反义词．
7.规则4:把空的八位数放在最能稳定它们的原子上(即碳原子，而不是氧或氮原子)
正如我们上面所说的，完整的八隅体是最好的。然而，当处理共振结构时，其中绝对必须有一个原子小于一个完整的八隅体，那么遵循以下原则：
- 把空的八隅体放上去碳而不是氧气或氮气
- 把空的八隅体放在大多数取代碳(还记得碳正离子的稳定性）
- 避免如果可能的话，把正电荷放在吸电子基团的旁边
- 把正电荷优先放在上面烷基而碳正离子烯基或(特别是)炔基碳原子。
8.共振的应用:“派捐”
当双键与原子之间有一对孤电子连接时，分子将在有共振的地方产生显著的共振形式邻碳上带负电荷由于一种叫做"π捐赠”。一旦你开始学习键的反应这就变得尤为重要。
9.共振的第二个应用:“π受体”
当双键连接到一个极化π键时，分子将有一个显著的共振形式，其中相邻的碳上有正电荷。这种现象被称为“接受派”行为，这些群体被称为“接受派”行为。π受体”。
现在，关于共鸣中重要主题的总结就讲到这里。下一站(在一篇关于一些常见错误的文章之后)将把这些原则应用到化学反应中。
在下一篇文章:常见错误-如何不画共振曲线箭头
笔记
关于共振结构的小测验
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你还应该包括一个常见共振错误的集合，比如试图为烯丙基阴离子画一个π键到π键的箭头，等等。
你有一种神奇的读心术，先生，这是下一个
也许我在之前的博客中没有注意到，但共振到底是什么?你认为这是叠加吗，在同一时刻存在几个不同的结构?如果是这样，那么你就不能把你的任何结构看作是单个分子。但是如果你从单个分子的角度考虑，那么在任何时刻只有一个这样的结构存在。然后分子在这些结构之间共振，但这不是叠加吗?
对我来说，共振代表了单个粒子同时存在的所有可能的结构，但在任何时刻，分子只能有一种结构。也就是说，叠加不同于共振。但话说回来，我是个物理化学家。
感谢布莱恩-共振结构是一种拼凑物，由于我们的化学公式(和形式电荷)系统在准确描述电子密度方面的局限性而发展起来。共振形式本身不是孤立的或“真实的”，但可以认为是构成分子整体电子结构的组成部分，这是共振结构的加权混合。
我喜欢Bruice的类比http://i.imgur.com/tow7V.jpg
上面的第一个图表显示了一些曲线箭头的形式(参考维基百科)。第二个例子显示了孤对π键共振。这可能看起来微不足道，但它确实关系到一个箭头从哪里“开始”;在这种情况下，碳上有一个负电荷。我是否可以建议一个稍微一致一点的方法是，箭头不是在电荷上，而是在相关的孤对上(也在你的图中显示)。人们可以确定电子(对)的质心，因此原则上可以定义箭头的起点坐标(也可以通过相同的原理确定箭头的终点坐标)。然而，为“电荷”定义坐标是不可能的(除了把它放在原子本身的中心，这几乎不是一个非常电子的事情!)。
我已经谈到了这个主题在这里在这里，你可能想要仔细观察所示的三种反应相反的箭头。也在这里。
谢谢你的建议，亨利。你指出了一个常见的困境。箭头指向孤对而不是电荷确实更加一致。每种方法都有成本和收益。把所有孤对都拉进来的好处是，电子的位置不会有歧义，这样做更合适。然而，这是有代价的，在额外的杂乱的图纸和额外的时间涉及到绘制这些孤独的对。因此，当一个原子上存在一个形式的负电荷*和一个孤对时，学生和教师省略画孤对是非常常见的，而只是画出来自电荷的曲线箭头(在没有形式的负电荷的情况下，必须画出相应的孤对*)。我也选择这样做。只要理解了这个警告(即负电荷“代表”原子上的孤对)，就我的经验而言，在这一点上几乎没有什么混乱。然而，一些信息内容的丢失并不是没有遗憾的。
固定图表。你说得对，它来自电荷而不是孤对。谢谢你的指正。
谢谢你詹姆斯。在你的回答中，你提到了一些我们经常认为理所当然的东西，但我将其称为“隐性语义”。如果“共享空间”的参与者都同意他们知道一个阴离子中心有一个“看不见的”孤对，那么当然可以从电荷处开始箭头，而不用画孤对。但我要提醒大家，多年来苯是如何被描绘出来的。发现它的法拉第，没有给出任何结构。洛施米特有争议地把它表示成一个圆，凯库勒得到了最终形式的荣誉。但从那以后，化学家们就偷懒了。他们摒弃了凯库勒的两种形式，不仅将它们简化为一种(另一种现在是隐式的)，而且还消除了三个双键，使它们也是隐式的。在大约70年的时间里，把苯环画成纯六边形，而把不饱和作为隐式的，已经成为一种常态。1950年左右的教科书似乎描述的是环己烷，而实际上我们可以得出结论，它们实际上指的是苯本身。
苯还与另一种形式的隐含意义有关。罗宾逊在1925年左右创造了芳香六重体这个术语，并为此着迷，给萘涂上了两个环(毕竟，两个环之间有一个对称平面)。萘使用两个这样的内圆意味着两个六方电子，或12个π电子。当然，我们知道两个这样的六电子环实际上意味着10个电子!看看抄近路会发生什么吧!
谢谢你的历史观点。我不知道环己烷的例子。萘的双圈环是绝对要避免的。
[我之前写了一篇更长的评论，但决定删除它。通过博客评论交流可能会产生太多误解。
我有问题时，我试图找出杂化的结构，显示共振现象。我们不能用空间坐标求出吗?我还遇到了关于电子密度如何在p轨道或轨道中表示的问题。当我试图找出vbt, mot和共振之间的关系时，我感到困惑
得到它!一个很好的治疗我的疑虑http://web1.uct.usm.maine.edu/~newton/Chy251_253/Lectures/Aromaticity/AromaticityFS.html
这个pdf也有帮助:http://www.chem.ucla.edu/harding/tutorials/aromaticity.pdf
顺便说一句，这是一个特别的网站，你有，它帮助我甚至比我的学费老师!
是的，加州大学洛杉矶分校是一个很棒的网站。
uhhhhh……
我实际上提到你的网站很棒!!
低稳定分子有助于共振吗
请告诉我NO基团对苯环的共振效应。
NO是受体，但是供体。它是一种正对指向，类似于卤素。//m.deriinvest.com/2018/03/05/why-are-halogens-ortho-para-directors/
电荷分离呢?这个因素如何与你提到的其他因素相比较?
我完全不认为电荷分离是一个因素。相反的电荷相互吸引。
普通化学告诉我们电荷分离的坏处，但却大大夸大了它。在气相中电荷分离很糟糕，但在极性/络合溶剂中，它几乎没有那么糟糕。更大的，最重要的问题不是电荷分离，而是缺乏通常伴随它的八隅体。我宁愿选择有八隅体的带电分离而不是没有八隅体的无电荷分离(接受“扩展八隅体”的胡说八道!)
但即使没有八隅体，我们知道当有极性化学键时电荷分离也不错。羰基是极极性键。因此，我们可以说极化共振结构是重要的。
保罗，谢谢你的关心!