نظریه رزونانس. نظریه رزونانس

نظریه رزونانس- نظریه ساختار الکترونیکی ترکیبات شیمیایی که بر اساس آن توزیع الکترون ها در مولکول ها (شامل یون های پیچیده یا رادیکال ها) ترکیبی (رزونانس) ساختارهای متعارف با پیکربندی های مختلف پیوندهای کووالانسی دو الکترونی است. تابع موج تشدید، که ساختار الکترونیکی یک مولکول را توصیف می کند، ترکیبی خطی از توابع موج ساختارهای متعارف است.

به عبارت دیگر، یک ساختار مولکولی نه با یک فرمول ساختاری ممکن، بلکه با ترکیب (رزونانس) همه ساختارهای جایگزین توصیف می‌شود. تئوری رزونانس راهی برای تجسم، از طریق اصطلاحات شیمیایی و فرمول‌های ساختاری کلاسیک، رویه ریاضی محض برای ساخت تابع موج تقریبی یک مولکول پیچیده است.

پیامد تشدید ساختارهای متعارف، تثبیت حالت پایه مولکول است. اندازه گیری چنین تثبیت رزونانسی است انرژی رزونانس- تفاوت بین انرژی مشاهده شده حالت پایه مولکول و انرژی محاسبه شده حالت پایه ساختار متعارف با حداقل انرژی. از نقطه نظر مکانیک کوانتومی، این بدان معنی است که یک تابع موج پیچیده تر، که ترکیبی خطی از توابع موج است، که هر کدام مربوط به یکی از ساختارهای متعارف است، مولکول را با کمترین انرژی نسبت به تابع موجی ساختار با دقت بیشتری توصیف می کند.

یوتیوب دایره المعارفی

1 / 3

نظریه رزونانس

ساختارهای تشدید، بخش اول

اثر مزومریک (اثر کونژوگاسیون). قسمت 1.

زیرنویس

بیایید یک مولکول بنزن رسم کنیم. و بیایید به این فکر کنیم که چه فرآیندهای جالبی در این مولکول برای ما رخ می دهد. بنابراین، بنزن. شش اتم کربن در چرخه وجود دارد. کربن های اول، دوم، سوم، چهارم، پنجم و ششم در چرخه. چه چیزی بنزن را بسیار خاص می کند؟ تفاوت آن با سیکلوهگزان چیست؟ البته ما در مورد سه پیوند دوگانه در چرخه صحبت می کنیم. فرض می کنیم که این دو کربن با یک پیوند مضاعف به هم متصل شده اند؛ همچنین یک پیوند دوگانه بین این اتم ها و همچنین بین این کربن ها وجود دارد. ما فقط هیدروژن ها را می کشیم تا به یاد بیاوریم که حتی وجود دارند. بیایید آنها را به سختی قابل توجه ترسیم کنیم. بنابراین چند هیدروژن به این کربن متصل خواهد شد؟ یک، دو، سه الکترون ظرفیت در حال حاضر درگیر هستند. بنابراین کربن تنها به یک هیدروژن متصل می شود. اینجا همه چیز یکسان است. فقط یک هیدروژن فقط چهار الکترون ظرفیت وجود دارد. اینجا هم شبیه است. من فکر می کنم شما قبلاً سیستم را درک کرده اید. هر کربن در مجموع دارای سه پیوند به اتم کربن است: دو پیوند منفرد به دو اتم کربن و یک پیوند دوگانه دیگر. بر این اساس، پیوند چهارم با هیدروژن تشکیل می شود. بگذارید تمام اتم های هیدروژن را در اینجا رسم کنم. بیایید آنها را با رنگ تیره به تصویر بکشیم تا حواس ما را پرت نکنند. حالا ما بنزن کشیده ایم. در آینده بیش از یک بار با آن مواجه خواهیم شد. اما در این ویدیو ما قصد داریم به خاصیت عجیب بنزن نگاهی بیندازیم، یا حداقل سعی کنیم به آن نگاه کنیم، و آن، البته، رزونانس است. این خاصیت مختص بنزن نیست، این خاصیت بسیاری از مولکول های آلی است. فقط این است که بنزن شاید جالب ترین آنها باشد. پس بیایید به این فکر کنیم که ممکن است با این مولکول چه اتفاقی بیفتد. بیایید با این الکترون شروع کنیم. بیایید آن را با رنگ دیگری برجسته کنیم. بیایید آبی را برای این الکترون انتخاب کنیم. بنابراین این الکترون است. اگر این الکترون به سمت این کربن حرکت کند چه می شود؟ این کربن پیوند را نمی شکند، بلکه الکترونی را حفظ می کند که به سادگی به اینجا حرکت می کند. بنابراین این الکترون به اینجا حرکت کرده است. حالا این کربن یک الکترون پنجم غیر ضروری دارد. بنابراین، یک الکترون به اینجا حرکت کرده است. اکنون این کربن دارای پنج الکترون است. بنابراین، این الکترون به اتم کربن اصلی که اولین الکترون را از دست داده است، باز خواهد گشت. در نتیجه تمام اتم های کربن یکسان باقی ماندند. اگر این اتفاق بیفتد، ساختاری شبیه این خواهیم داشت. من یک پیکان دوتایی می کشم، زیرا این فرآیند می تواند در هر دو جهت رخ دهد. بیایید با زنجیره کربن شروع کنیم. بنابراین کربن اول، کربن دوم، سوم، چهارم، پنجم و در نهایت کربن ششم. در تصویر سمت چپ، پیوند دوگانه اینجا بود، بنابراین اکنون به اینجا منتقل شده است. بیایید این پیوند دوگانه را به رنگ آبی بکشیم تا تفاوت را برجسته کنیم. اکنون پیوند دوگانه اینجاست. این الکترون آبی به اینجا حرکت کرده است. این الکترون آبی به سمت بالا حرکت کرده است. بیایید آنها را در رنگ های مختلف برای وضوح بیشتر به تصویر بکشیم. فرض کنید این الکترون سبز خواهد بود. الکترون سبز از این اتم کربن به این اتم کربن مهاجرت کرد. ما می توانیم تصور کنیم که چگونه این اتفاق افتاد. حالا بیایید به این الکترون بنفش بنفش نگاه کنیم که روی این اتم کربن بود، اما اکنون جابجا شده و به کربن دیگری در اینجا رفته است. بر این اساس، پیوند دوگانه نیز تغییر کرده است، همانطور که این فلش به ما نشان می دهد. باقی مانده است که الکترون آبی را در نظر بگیریم. این الکترون آبی به سمت کربن اول حرکت می کند. و پیوند دوگانه به نوبه خود به اینجا حرکت می کند. به طور طبیعی، ما دو مولکول بسیار بسیار مشابه به دست آوردیم. در واقع، این همان مولکول است، فقط وارونه. چیزی که باید بیشتر مورد توجه ما باشد این است که این پیوندهای دوگانه به تدریج به جلو و عقب حرکت می کنند و اکنون این ساختار را تشکیل می دهند. و همیشه این کار را می کنند. پیوندهای دوگانه دائماً در حال حرکت هستند. و واقعیت بنزن این است که هیچ یک از این ساختارها نشان دهنده آنچه در واقع اتفاق می افتد نیست. بنزن در یک حالت گذار خاص قرار دارد. ساختار واقعی بنزن بیشتر شبیه این است. من الان کربن و هیدروژن نمی کشم. بیایید فقط هیدروژن ها را در اینجا بکشیم، زیرا من شروع به ترسیم آنها در تصویر اول کردم. بنابراین بیایید هیدروژن ها را در اینجا رسم کنیم. آنها را فراموش نکنیم. اگر چه وجود این هیدروژن ها همیشه ضمنی است. کار ما با هیدروژن تمام شده است. باز هم، با استفاده از این حلقه به عنوان مثال، ما مجبور نیستیم کربن ها و هیدروژن ها را ترسیم کنیم، زیرا آنها ضمنی هستند. بنابراین ساختار واقعی بنزن بین این و این است. و در واقع بین هر کربن نیمی از پیوند دوگانه وجود خواهد داشت. یعنی در واقع ساختار چیزی شبیه به این است. اینجا نصف پیوند مضاعف، اینجا نصف پیوند مضاعف، اینجا نصف پیوند مضاعف، اینجا همان و اینجا نصف پیوند مضاعف خواهد بود. تقریبا تمام شده. و اینجا نیمی از پیوند دوگانه است. در واقع، در یک مولکول بنزن، الکترون ها به طور مداوم در اطراف کل حلقه در حال حرکت هستند. و منظور من حرکت از یک ساختار به ساختار دیگر نیست. ساختار واقعی، که انرژی آن حداقل است، در اینجا ارائه شده است. بنابراین این ساختارهای لوئیس، اگرچه دقیق تر است که آنها را ساختارهای متعارف بنامیم، زیرا من همه الکترون ها را ترسیم نکردم. ما اغلب وقتی مثلاً مکانیزمی را در نظر می گیریم، بنزن را از این طریق می کشیم. اما درک این نکته مهم است که در نتیجه رزونانس این دو ساختار، ساختار انتقالی به دست می‌آید که با واقعیت مطابقت دارد. این نه تنها در مورد بنزن اتفاق می افتد. تعداد زیادی مثال می توان آورد. اما ما یک مورد دیگر را بررسی خواهیم کرد تا از آن استفاده کنیم. بیایید یون کربنات را بگیریم. یک مثال کاملاً برجسته برای نشان دادن ساختارهای تشدید. بنابراین، یون کربنات. کربن با یک پیوند دوگانه به یکی از اتم‌های اکسیژن و دو پیوند منفرد به سایر اتم‌های اکسیژن متصل می‌شود. و این دو اکسیژن دارای الکترون اضافی هستند. این اتم اکسیژن یک، دو، سه، چهار، پنج، شش ظرفیت خواهد داشت... در واقع، البته، هفت الکترون ظرفیتی. بیایید دوباره آن را انجام دهیم. یک، دو، سه، چهار، پنج، شش، هفت الکترون ظرفیتی. و یک الکترون اضافی منجر به بار منفی می شود. همین امر در مورد این اتم نیز صادق است. یک، دو، سه، چهار، پنج، شش، هفت الکترون ظرفیت دارد. یک اضافه این بدان معنی است که یک بار منفی وجود خواهد داشت. بیایید نگاهی دقیق تر به این ساختار رزونانس یا ساختار متعارف بیندازیم. همانطور که قبلاً اشاره کردیم، این اکسیژن خنثی است. و شش الکترون ظرفیت دارد. یک دو سه چهار پنج شش. بیایید تصور کنیم که یکی از این الکترون ها به سمت کربن می رود و باعث می شود که کربن الکترون خود را به اکسیژن بالایی اهدا کند. بنابراین می توانیم موقعیتی را تصور کنیم که این الکترون در اینجا به سمت کربن حرکت می کند. و هنگامی که کربن الکترون دیگری به دست آورد، در همان زمان، اتم کربن الکترون خود را به اکسیژن بالایی، در اینجا منتقل می کند. اگر چنین فرآیندی رخ دهد ساختار چگونه تغییر خواهد کرد؟ بنابراین اگر الکترون ها به این شکل حرکت کنند، این همان چیزی است که خواهیم دید. بیایید با کربن شروع کنیم. حالا کربن اینجا فقط یک پیوند دارد. در اینجا ما اکسیژن را می کشیم. اکسیژن شش الکترون ظرفیت دارد. یک، دو، سه، چهار، پنج، شش الکترون. اما حالا او یکی دیگر دارد، این آبی. بنابراین، از آنجایی که اکنون اکسیژن یک الکترون هفتم اضافی دارد، ما اکسیژن را برای داشتن بار منفی می کشیم. این اکسیژن که الکترون خود را به کربن داد، با اتم کربن پیوند دوگانه ایجاد می کند. بیایید یک ارتباط جدید با این رنگ ترسیم کنیم. بنابراین پیوند دوگانه کربن با آن اکسیژن در پایین است. اکسیژن یک الکترون داد، بنابراین اکنون شش الکترون ظرفیت دارد. یک دو سه چهار پنج شش. و اکنون اکسیژن بار خنثی دارد. هیچ اتفاقی برای این اکسیژن سمت چپ نیفتاده است. پس بیایید آن را کپی و پیست کنیم. ابتدا کپی می کنیم و حالا پیست می کنیم. این اکسیژن اینجا می ماند. بیایید وضعیتی را تصور کنیم که در آن این اکسیژن با یک الکترون اضافی، که به نوبه خود می تواند از اکسیژن دیگری در بالا آمده باشد، الکترون اضافی خود را به اتم کربن بدهد. و سپس کربن پیوند دوگانه را با اکسیژن دیگر می شکند. در این مورد، با این. بذار اینو بکشم ممکن است شرایطی پیش بیاید که این الکترون به سمت کربن برود... پیوند دوگانه تشکیل می شود. و سپس کربن یکی از الکترون های خود را رها می کند. این الکترون به اکسیژن برمی گردد. چه اتفاقی خواهد افتاد؟ اگر این اتفاق بیفتد، ساختار نهایی به این شکل خواهد بود. بیایید با کربن شروع کنیم که به اکسیژن متصل است و دارای یک، دو، سه، چهار، پنج، شش، هفت الکترون ظرفیتی است. اینجا همه چیز یکسان است. شما می توانید آن را یک واکنش طنین دار یا می توانید آن را چیز دیگری بنامید. اینجا هنوز یک بار منفی وجود دارد. بیایید به سراغ این اکسیژن برویم. او الکترون خود را پس گرفت. و اکنون دوباره هفت الکترون ظرفیت دارد. دوباره یک، دو، سه، چهار، پنج، شش، هفت الکترون ظرفیتی. بیایید الکترونی را که به اکسیژن بازگشته است برچسب گذاری کنیم. بیایید آن را بنفش کنیم. و اکنون اکسیژن بار منفی دارد. این اکسیژن به نوبه خود یک الکترون به کربن داد. و او یک پیوند دوگانه جدید ایجاد کرد. در اینجا پیوند دوگانه این اکسیژن با کربن است. اکسیژن یک الکترون داد، بنابراین اکنون دارای یک، دو، سه، چهار، پنج، شش الکترون ظرفیت و یک بار خنثی است. همه این ساختارها به یکدیگر تبدیل می شوند. ما حتی می توانیم این ساختار را از این به دست آوریم. با شروع با یکی از این ساختارها، می توانیم هر ساختار دیگری را دریافت کنیم. این دقیقاً همان چیزی است که در یون کربنات اتفاق می افتد. بگذارید بنویسم که این یک یون کربنات است. بنابراین، ساختار واقعی آن چیزی بین این سه است. ساختار یون کربنات در واقع به این شکل است. در اینجا کربن به سه اکسیژن پیوند خورده است. ما بین هر یک از سه اکسیژن و کربن یک پیوند می کشیم. و سپس هر پیوند C-O یک سوم شخصیت پیوند دوگانه خواهد داشت. یک سوم اتصال. ضبط کاملاً معمولی نیست، اما تا حد امکان به واقعیت نزدیک است. یک سوم مواقع الکترون اینجا خواهد بود. در دو سوم مواقع باقیمانده، اتم های اکسیژن به یک اندازه مالک این الکترون خواهند بود. اعتقاد بر این است که هر اکسیژن دارای بار 2/3- است. البته معمولاً یکی از این ساختارها را ترسیم می کنند، زیرا کار با اعداد صحیح راحت است. اما در واقعیت، یون های کربنات در معرض تشدید هستند. الکترون ها در واقع دائما از یک پیوند C-O به پیوند دیگر در حال حرکت هستند. این باعث می شود مولکول پایدارتر شود. انرژی این ساختار کمتر از انرژی هر یک از موارد ذکر شده در بالا است. همین امر در مورد بنزن نیز صادق است. انرژی این ساختار انتقالی کمتر از انرژی هر یک از اینها است و بنابراین این شکل از بنزن پایدارتر از آنچه در بالا نشان داده شده است. زیرنویس توسط انجمن Amara.org

داستان

ایده تشدید در مکانیک کوانتومی توسط ورنر هایزنبرگ در سال 1926 هنگام بحث در مورد حالات کوانتومی اتم هلیوم معرفی شد. او ساختار اتم هلیوم را با سیستم کلاسیک یک نوسانگر هارمونیک تشدید کننده مقایسه کرد.

مدل هایزنبرگ توسط لینوس پاولینگ (1928) برای توصیف ساختار الکترونیکی ساختارهای مولکولی استفاده شد. در چارچوب روش طرح ظرفیت، پاولینگ با موفقیت هندسه و خواص فیزیکوشیمیایی تعدادی از مولکول ها را از طریق مکانیسم تغییر مکان چگالی الکترونی پیوندهای π توضیح داد.

ایده های مشابهی برای توصیف ساختار الکترونیکی ترکیبات معطر توسط کریستوفر اینگولد ارائه شد. در سال های 1926-1934، اینگولد پایه های شیمی آلی فیزیکی را پایه گذاری کرد و یک نظریه جایگزین جابجایی های الکترونیکی (نظریه مزومریسم) را ایجاد کرد، که برای توضیح ساختار مولکول های ترکیبات آلی پیچیده طراحی شده بود که در مفاهیم ظرفیتی مرسوم نمی گنجد. اصطلاحی که توسط اینگولد برای نشان دادن پدیده جابجایی چگالی الکترون پیشنهاد شده است. مزومریسم(1938)، عمدتاً در ادبیات آلمانی و فرانسوی استفاده می شود و در انگلیسی و روسی غالب است. رزونانس" ایده های اینگولد در مورد اثر مزومریک به بخش مهمی از نظریه رزونانس تبدیل شد. به لطف شیمیدان آلمانی فریتز آرنت، نامگذاری های پذیرفته شده اکنون برای ساختارهای مزومری با استفاده از فلش های دو سر معرفی شد.

اتحاد جماهیر شوروی 40-50

در اتحاد جماهیر شوروی پس از جنگ، نظریه رزونانس در چارچوب مبارزات ایدئولوژیک مورد آزار و اذیت قرار گرفت و "ایدئالیستی"، بیگانه با ماتریالیسم دیالکتیکی اعلام شد - و بنابراین برای استفاده در علم و آموزش غیرقابل قبول است:

«نظریه رزونانس» که ایده آلیستی و آگنوستیک است، با نظریه ماتریالیستی باتلروف مخالف است، زیرا با آن ناسازگار و آشتی ناپذیر است؛... طرفداران «نظریه رزونانس» آن را نادیده گرفته و ماهیت آن را تحریف کردند. "نظریه رزونانس" که کاملاً مکانیکی است. ویژگی های کیفی و خاص مواد آلی را انکار می کند و به طور کامل به اشتباه سعی می کند قوانین شیمی آلی را به قوانین مکانیک کوانتومی تقلیل دهد...
... تئوری رزونانس مزومریک در شیمی آلی همان تجلی ایدئولوژی ارتجاعی عمومی است که وایزمانیسم - مورگانیسم در زیست شناسی، و همچنین ایده آلیسم "فیزیکی" مدرن، که ارتباط تنگاتنگی با آن دارد.

اگرچه آزار و شکنجه نظریه رزونانس گاهی اوقات "لیزنکوئیسم در شیمی" نامیده می شود، تاریخچه این آزار و اذیت تعدادی تفاوت با آزار و اذیت ژنتیک در زیست شناسی دارد. همانطور که لورن گراهام خاطرنشان می کند: "شیمیدان ها توانستند از این حمله جدی جلوگیری کنند. اصلاحات این نظریه ماهیت اصطلاحی داشتند.» در دهه 50 شیمیدانان، بدون رد انتقاد از نظریه رزونانس، ساختارهای نظری مشابهی (از جمله شیمیایی کوانتومی) را با استفاده از اصطلاح " توسعه دادند.

رزونانس شیمیایی

به عبارت دیگر، یک ساختار مولکولی نه با یک فرمول ساختاری ممکن، بلکه با ترکیب (رزونانس) همه ساختارهای جایگزین توصیف می‌شود.

پیامد تشدید ساختارهای متعارف، تثبیت حالت پایه مولکول است؛ معیار چنین تثبیت رزونانسی است. انرژی رزونانس- تفاوت بین انرژی مشاهده شده حالت پایه مولکول و انرژی محاسبه شده حالت پایه ساختار متعارف با حداقل انرژی.

ساختارهای تشدید یون سیکلوپنتادینید

داستان

در اتحاد جماهیر شوروی پس از جنگ، تئوری رزونانس در چارچوب مبارزات ایدئولوژیک مورد آزار و اذیت قرار گرفت و "ایدئالیستی"، بیگانه با ماتریالیسم دیالکتیکی اعلام شد - و بنابراین برای استفاده در علم و آموزش غیرقابل قبول بود:

«نظریه رزونانس» که ایده آلیستی و آگنوستیک است، با نظریه ماتریالیستی باتلروف مخالف است، زیرا با آن ناسازگار و آشتی ناپذیر است؛... طرفداران «نظریه رزونانس» آن را نادیده گرفته و ماهیت آن را تحریف کردند.
"نظریه رزونانس" که کاملاً مکانیکی است. ویژگی های کیفی و خاص مواد آلی را انکار می کند و به طور کامل به اشتباه سعی می کند قوانین شیمی آلی را به قوانین مکانیک کوانتومی تقلیل دهد...
... تئوری رزونانس مزومریک در شیمی آلی همان تجلی ایدئولوژی ارتجاعی عمومی است که وایزمانیسم - مورگانیسم در زیست شناسی، و همچنین ایده آلیسم "فیزیکی" مدرن، که ارتباط تنگاتنگی با آن دارد.

Kedrov B.M. در برابر ایده آلیسم «فیزیکی» در علوم شیمی. نقل قول توسط

آزار و اذیت نظریه رزونانس در جامعه علمی جهانی ارزیابی منفی داشته است. در یکی از مجلات انجمن شیمی آمریکا، در بررسی اختصاص یافته به وضعیت علم شیمی شوروی، به ویژه، اشاره شد:

همچنین ببینید

یادداشت

بنیاد ویکی مدیا 2010.

ببینید "رزونانس شیمیایی" در فرهنگ های دیگر چیست:

در NMR، تغییر سیگنال NMR بسته به ترکیب شیمیایی ماده، ناشی از غربالگری میدان مغناطیسی خارجی توسط الکترون‌های اتم است. هنگامی که یک میدان مغناطیسی خارجی ظاهر می شود، یک گشتاور دیامغناطیسی از اتم ها به وجود می آید، به دلیل... ... ویکی پدیا

تصویر مغز انسان روی توموگرافی NMR پزشکی جذب تشدید رزونانس مغناطیسی هسته ای (NMR) یا انتشار انرژی الکترومغناطیسی توسط ماده ای حاوی هسته هایی با اسپین غیر صفر در میدان مغناطیسی خارجی، در فرکانس ν ... ... ویکی پدیا

- (NMR) جذب رزونانسی انرژی الکترومغناطیسی توسط یک ماده، ناشی از جهت‌گیری مجدد گشتاورهای مغناطیسی هسته‌های اتمی. NMR یکی از روش های طیف سنجی رادیویی است (به طیف سنجی رادیویی مراجعه کنید). مشاهده شده در مغناطیسی دائمی قوی... ...

مطالب ... ویکی پدیا

علم عناصر شیمیایی و مواد ساده و پیچیده ای که آنها تشکیل می دهند (به جز ترکیبات کربنی که به استثنای اندک، موضوع شیمی آلی را تشکیل می دهند (به نظریه های الکترونیکی در شیمی آلی مراجعه کنید). N. x. مهم ترین... ... دایره المعارف بزرگ شوروی

دایره المعارف بزرگ شوروی

I شیمی I. موضوع و ساختار شیمی شیمی یکی از شاخه های علوم طبیعی است که موضوع مطالعه آن عناصر شیمیایی (اتم ها)، مواد ساده و پیچیده ای که تشکیل می دهند (مولکول ها (به مولکول مراجعه کنید)، تبدیل آنها و ...... دایره المعارف بزرگ شوروی

ریاضیات تحقیقات علمی در زمینه ریاضیات در روسیه در قرن 18 شروع شد، زمانی که L. Euler، D. Bernoulli و دیگر دانشمندان اروپای غربی به عضویت آکادمی علوم سنت پترزبورگ درآمدند. طبق نقشه پیتر اول، دانشگاهیان خارجی هستند... ... دایره المعارف بزرگ شوروی

کانی ها سازندهای طبیعی جامد هستند که بخشی از سنگ های زمین، ماه و برخی سیارات دیگر و همچنین شهاب سنگ ها و سیارک ها هستند. مواد معدنی، به عنوان یک قاعده، مواد کریستالی نسبتا همگن با درونی منظم هستند... ... دایره المعارف کولیر

علم روشهای تعیین ترکیب شیمیایی مواد. تجزیه و تحلیل شیمیایی به معنای واقعی کلمه در تمام زندگی ما نفوذ می کند. از روش های او برای آزمایش کامل داروها استفاده می شود. در کشاورزی از آن برای تعیین اسیدیته خاک استفاده می شود... ... دایره المعارف کولیر کتاب الکترونیکی

در حالی که معمولاً هیچ مشکلی در اثر القایی وجود ندارد، تسلط بر نوع دوم از جلوه های الکترونیکی بسیار دشوارتر است. این خیلی بد است. نظریه رزونانس (مزومریسم) یکی از مهمترین ابزارها برای بحث در مورد ساختار و واکنش پذیری ترکیبات آلی بوده و هست و چیزی جایگزین آن نیست. علم کوانتوم چطور؟! بله، درست است که در قرن ما محاسبات شیمی کوانتومی به راحتی قابل دسترسی شده است و اکنون هر محقق یا حتی دانش آموزی با صرف زمان و تلاش بسیار اندک می تواند محاسباتی را به صورت رایگان در رایانه خود انجام دهد، سطحی که همه برندگان جایزه نوبل انجام می دهند. 20 سال پیش حسادت کرده اند افسوس، استفاده از نتایج محاسبه چندان آسان نیست - تجزیه و تحلیل کیفی آنها دشوار است و از نظر بصری قابل درک نیستند. نشستن و نگاه کردن به ستون‌های بی‌پایان اعداد و تماشای تصاویر گیج‌کننده و پربار از اوربیتال‌ها و چگالی الکترون‌ها می‌تواند زمان زیادی طول بکشد، اما تعداد کمی از آن سود می‌برند. نظریه رزونانس خوب قدیمی از این نظر بسیار مؤثرتر است - به سرعت و کاملاً قابل اطمینان یک نتیجه کیفی می دهد، به شما امکان می دهد ببینید که چگونه چگالی الکترون در یک مولکول توزیع می شود، مراکز واکنش را پیدا کنید و پایداری ذرات مهم شرکت کننده در آن را ارزیابی کنید. واکنش ها بنابراین، بدون توانایی ترسیم ساختارهای رزونانس، ارزیابی سهم آنها، و درک اینکه مکان‌زدایی بر چه چیزی تأثیر می‌گذارد، هیچ گفتگو در مورد شیمی آلی امکان‌پذیر نیست.

آیا بین مفاهیم مزومریسم و رزونانس تفاوتی وجود دارد؟ زمانی بود، اما برای مدت طولانی اهمیتی نداشت - اکنون فقط برای مورخان شیمی جالب است. ما فرض می کنیم که این مفاهیم قابل تعویض هستند؛ شما می توانید یکی یا هر دو را به هر نسبتی استفاده کنید. یک تفاوت ظریف وجود دارد - هنگامی که آنها نه در مورد محلی سازی به طور کلی، بلکه در مورد اثر الکترونیکی جایگزین صحبت می کنند، آنها این اصطلاح را ترجیح می دهند. مزومریکاثر (و بر این اساس با حرف M مشخص می شوند). علاوه بر این، از کلمه "conjugation" (به طور دقیق تر، π-conjugation) نیز استفاده می شود.

و این مزومریزم چه زمانی رخ می دهد؟ این مفهوم فقط برای الکترون‌های π و فقط در صورتی صدق می‌کند که مولکول حداقل دو اتم داشته باشد که چنین الکترون‌هایی در نزدیکی آن قرار دارند. هر تعداد از این اتم ها، حتی یک میلیون، می تواند وجود داشته باشد، و آنها را می توان نه تنها به صورت خطی، بلکه با هر شاخه ای مرتب کرد. فقط یک چیز ضروری است - اینکه آنها در نزدیکی باشند و یک دنباله جدا نشدنی را تشکیل دهند. اگر دنباله خطی باشد، "زنجیره صرف" نامیده می شود. اگر منشعب باشد، این موضوع را پیچیده می کند، زیرا نه یک زنجیره صرف، بلکه چندین زنجیره ایجاد می شود (به این امر مزدوج متقابل گفته می شود)، اما در این مرحله لازم نیست در مورد آن فکر کنید، ما چنین سیستم هایی را به دقت بررسی نمی کنیم. مهم است که هر اتمی بدون الکترون π، چنین توالی (زنجیره ی مزدوج) را قطع کند یا آن را به چندین زنجیره مستقل بشکند.

کدام اتم ها دارای الکترون پی هستند؟

الف) روی اتم هایی که در یک پیوند چندگانه (دو، سه گانه) شرکت می کنند - روی هر اتم چنین یک الکترون π وجود دارد.
ب) روی اتم های غیر فلزی گروه های 5-7 (نیتروژن، اکسیژن و غیره) در اکثر موارد، به جز اتم های نیتروژن نوع آمونیوم و اتم های مشابه به اصطلاح یونیم که به سادگی جفت های مجرد ندارند.
ج) روی اتم های کربن با بار منفی (در کربنیون ها).

علاوه بر این، اوربیتال‌های π خالی در اتم‌هایی با 6 الکترون ظرفیت (اتم‌های سکست): بور، کربن با بار مثبت (در یون‌های کربنیوم)، و همچنین ذرات مشابه با اتم‌های نیتروژن و اکسیژن (فعلاً این را کنار می‌گذاریم). شرکت در صرف. . بیایید توافق کنیم که فعلاً به عناصر سوم و غیره دست نزنیم. دوره ها، حتی گوگرد و فسفر، زیرا برای آنها لازم است مشارکت d-shell ها را در نظر گرفت و قانون هشت لوئیس کار نمی کند. ترسیم درست ساختارهای مرزی برای مولکول های شامل این عناصر چندان آسان نیست، اما به احتمال زیاد به آن نیازی نخواهیم داشت. در صورت نیاز، آن را جداگانه بررسی می کنیم.

بیایید به دنبال قطعات مزدوج در مولکول های واقعی باشیم. همه چیز ساده است - ما پیوندهای متعدد، اتم هایی با جفت و اتم های شش گانه را در هر ترکیبی (در حال حاضر) در کنار یکدیگر پیدا می کنیم. مهم است که ناظری که در امتداد زنجیره ی صرف راه می رود نباید روی اتم هایی که متعلق به این سه نوع نیستند قدم بگذارد. به محض ملاقات با چنین اتمی، زنجیره به پایان می رسد.

حالا بیایید ببینیم چگونه این را به تصویر بکشیم. ما آن را به دو صورت تصویر می کنیم: فلش های جابجایی چگالی الکترون و ساختارهای تشدید کننده (مرز).

نوع 1. مراکز اهدا کننده و پذیرنده را در یک سیستم کونژوگه پیدا می کنیم...

مراکز اهدا کننده اتم هایی با یک جفت تنها هستند. قطعات پذیرنده اتم های شش گانه هستند. جابجایی همیشه از اهداکننده نشان داده می شود، اما به پذیرنده، مطابق با نقش آنها. اگر اهدا کننده و پذیرنده نزدیک باشند، همه چیز ساده است. از یک فلش برای نشان دادن جابجایی از یک جفت به یک پیوند مجاور استفاده کنید. این به معنای تشکیل پیوند π بین اتم های همسایه خواهد بود و بنابراین اتم شش گانه قادر خواهد بود اوربیتال خالی را پر کند و دیگر یک شش گانه نیست. این خیلی خوب است. به تصویر کشیدن ساختارهای مرزی نیز دشوار نیست. در سمت چپ، اولین را می کشیم، سپس یک فلش رزونانس ویژه، سپس ساختاری که در آن جفت اهداکننده به طور کامل به تشکیل یک پیوند π تمام عیار تغییر می کند. ساختار واقعی چنین کاتیونی بسیار نزدیک تر به ساختار مرزی درست خواهد بود، زیرا پر کردن سکست بسیار مفید است و اکسیژن تقریباً هیچ چیز را از دست نمی دهد و هشت الکترون ظرفیتی را حفظ می کند (این جفت به یک پیوند می رود که توسط دو الکترون نیز تأمین می شود. ).

نوع 2. علاوه بر دهنده و پذیرنده، اوراق قرضه متعددی نیز وجود دارد...

در اینجا ممکن است دو گزینه وجود داشته باشد. اولین مورد زمانی است که پیوندهای متعددی بین اهدا کننده و پذیرنده درج می شود. سپس نوعی سیم کشی برای سیستم جدا شده در نوع 1 تشکیل می دهند.

اگر یک پیوند مضاعف وجود نداشته باشد، بلکه چندین پیوند وجود داشته باشد که در یک زنجیره مرتب شده اند، وضعیت خیلی پیچیده تر نمی شود. فلش ها تغییر چگالی از جفت را نشان می دهد و جابجایی های متوالی هر پیوند دوگانه تا زمانی که سکست پر شود به فلش های اضافی نیاز دارد. هنوز دو ساختار مرزی وجود دارد، و دوباره ساختار دوم بسیار مطلوب تر است و ساختار واقعی کاتیون را از نزدیک منعکس می کند.

موردی که یک حلقه بنزن به جای پیوندهای دوگانه معمولی وجود دارد به خوبی در این طرح قرار می گیرد. فقط مهم است که حلقه بنزن را نه با مهره، بلکه با ساختار ککوله معمولی بکشید. به تصویر کشیدن اتصال با مهره غیرممکن است. سپس بلافاصله دو چیز مهم را درک خواهیم کرد: اول اینکه حلقه بنزن در مکان یابی به عنوان یک سیستم مزدوج از پیوندهای دوگانه عمل می کند و نیازی به تفکر در مورد معطر بودن نیست. ثانیاً، ترتیب پارا و ارتو اهدا کننده/پذیرنده بسیار متفاوت از ترتیب متا است که در آن هیچ گونه صرفی وجود ندارد. تصاویر مسیرهای صرف را به رنگ صورتی نشان می دهند و مشخص است که در حالت ارتو یک پیوند دوگانه وجود دارد، در حالت پارا دو و در حالت متا هر طور که آن را ترسیم کنید، مسیر صرف شکسته است. و هیچ صرفی وجود ندارد.

اگر به جای پیوندهای مضاعف با پیوندهای سه گانه روبرو شوید، هیچ چیز تغییر نمی کند. شما فقط باید پیوند سه گانه را به عنوان دو پیوند π عمود بر یکدیگر در نظر بگیرید و یکی از آنها را استفاده کنید و دیگری را به حال خود رها کنید. نگران نباشید - به دلیل فراوانی پیوندهای دوگانه در ساختار مرزی کمی ترسناک به نظر می رسد. لطفاً توجه داشته باشید که پیوندهای دوگانه روی یک اتم کربن روی یک خط مستقیم مشخص می‌شوند (زیرا این اتم کربن دارای هیبریداسیون sp است) و برای جلوگیری از سردرگمی، این اتم‌ها با نقاط پررنگ مشخص می‌شوند.

نوع 3. در زنجیره پیوند یا دهنده یا پذیرنده (اما نه هر دو به یکباره) و پیوندهای متعدد C=C یا C≡C وجود دارد.

در این موارد، یک پیوند چندگانه (یا زنجیره ای از پیوندهای متعدد) نقش غایب را به عهده می گیرد: اگر اهدا کننده وجود داشته باشد، آن (آنها) پذیرنده می شود و بالعکس. این نتیجه طبیعی این واقعیت نسبتاً واضح است که در حین کونژوگه، چگالی الکترون در جهت خاصی از دهنده به گیرنده تغییر می کند و نه چیز دیگر. اگر فقط یک اتصال وجود داشته باشد، پس همه چیز بسیار ساده است. مواردی که اهداکننده کربانیون باشد و همچنین زمانی که گیرنده کربوکاتیون باشد اهمیت ویژه ای دارد. لطفاً توجه داشته باشید که در این موارد ساختارهای مرزی یکسان هستند، به این معنی که ساختار واقعی چنین ذرات ( کاتیون آلییک و آنیون) دقیقا در وسط بین سازه های مرزی قرار دارد. به عبارت دیگر، در کاتیون ها و آنیون های آلیلی واقعی، هر دو پیوند کربن-کربن دقیقاً یکسان هستند و ترتیب آنها بین تک و دو برابر است. بار (هم مثبت و هم منفی) به طور مساوی روی اتم های کربن اول و سوم توزیع می شود. من استفاده از روش نسبتاً متداول نشان دادن جابجایی با یک براکت نقطه‌دار یا پیوندهای یک و نیم نقطه‌دار را توصیه نمی‌کنم، زیرا این روش تصور نادرستی از جابجایی یکنواخت بار را در تمام اتم‌های کربن به دست می‌دهد.

اگر پیوندهای چندگانه بیشتری وجود داشته باشد، بر اساس قیاس پیش می‌رویم و فلش‌هایی را اضافه می‌کنیم که هر پیوند چندگانه را در delocalization دخالت می‌دهد. اما شما باید نه دو ساختار مرزی، بلکه به تعداد پیوندهای متعدد در زنجیره به اضافه پیوند اصلی ترسیم کنید. می‌بینیم که بار روی اتم‌های فرد غیرمحلی می‌شود. ساختار واقعی جایی در وسط خواهد بود.

بیایید به یک اهداکننده تعمیم دهیم - یک اتم بدون بار، اما با یک جفت. فلش ها مانند آللیک کاربانیون خواهد بود. ساختارهای مرزی به طور رسمی یکسان هستند، اما در این مورد نابرابر هستند. سازه های باردار بسیار کمتر از سازه های خنثی هستند. ساختار واقعی مولکول به ساختار اصلی نزدیک‌تر است، اما الگوی تغییر مکان به ما اجازه می‌دهد تا بفهمیم چرا چگالی الکترون اضافی روی اتم کربن دوردست ظاهر می‌شود.

جابجایی در حلقه بنزن دوباره نیاز به نمایش با پیوندهای دوگانه دارد و کاملاً مشابه ترسیم می شود. از آنجایی که سه پیوند وجود دارد و همه آنها درگیر هستند، پس علاوه بر ساختار اصلی، سه ساختار مرزی دیگر نیز وجود خواهد داشت و بار (چگالی) روی موقعیت‌های ارتو و پارا پخش می‌شود.

نوع 4. در زنجیره کونژوگه، پیوند دهنده و چند پیوند وجود دارد که برخی از آنها حاوی یک هترواتم هستند (C=O، C=N، N=O و غیره).

پیوندهای چندگانه شامل هترواتم ها (اجازه دهید یادآوری کنم که ما توافق کرده ایم فعلاً خود را به عناصر دوره دوم محدود کنیم، یعنی فقط در مورد اکسیژن و نیتروژن صحبت می کنیم) از این نظر که پیوند π شبیه پیوندهای کربن-کربن متعدد هستند. به راحتی از اتم پایینی به اتم دیگر منتقل می شود، اما تفاوت آنها در این است که جابجایی فقط در یک جهت اتفاق می افتد، که باعث می شود چنین پیوندهایی در اکثر موارد فقط پذیرنده باشند. پیوندهای دوگانه با نیتروژن و اکسیژن در بسیاری از گروه‌های عاملی مهم (C=O در آلدئیدها، کتون‌ها، اسیدها، آمیدها و غیره؛ N=O در ترکیبات نیترو و غیره) وجود دارد. بنابراین، این نوع از محلی سازی بسیار مهم است، و ما اغلب آن را خواهیم دید.

بنابراین، اگر یک اهداکننده و چنین ارتباطی وجود داشته باشد، تغییر چگالی بسیار آسان است. از بین دو ساختار مرزی، ساختاری که بار آن روی اتم الکترونگاتیوتر باشد غالب خواهد بود؛ اما نقش ساختار دوم نیز همیشه بسیار مهم است. به طور طبیعی، اگر مورد متقارن باشد، مانند موردی که در خط دوم نشان داده شده است، هر دو ساختار یکسان هستند و به طور مساوی نشان داده می شوند - ساختار واقعی در وسط خواهد بود، دقیقاً مانند مورد قبلی در نظر گرفته شده از آنیون آلیلی.

اگر مولکول یا یون حاوی پیوندهای کربن-کربن مزدوج نیز باشد، به طور متوسط به تغییر چگالی کلی کمک خواهد کرد. نقش حلقه بنزن با آرایش ارتو یا پارا آرایش دهنده و گیرنده نیز مشابه است. توجه داشته باشید که همیشه فقط دو ساختار مرزی وجود دارد - آنها دو موقعیت شدید را برای تغییر چگالی نشان می دهند. نیازی به ترسیم ساختارهای میانی نیست (جایی که چگالی قبلاً از اهداکننده به پیوند چندگانه تغییر کرده است، اما فراتر نرفته است). در واقع آنها وجود دارند و کاملا قانونی هستند، اما نقش آنها در محلی سازی ناچیز است. مثال سوم در نمودار ارائه شده نحوه رسم یک گروه نیترو را نشان می دهد. ابتدا با فراوانی بارها شما را می ترساند، اما اگر به سادگی به پیوند دوگانه نیتروژن-اکسیژن نگاه کنید، جابه جایی دقیقاً به همان شکلی ترسیم می شود که برای هر پیوند چندگانه دیگری با هترواتم ها و آن بارهایی که در حال حاضر به سادگی باید در حالت استراحت باقی بماند و دست نزنید.

و یکی دیگر از گزینه های رایج این است که یک اهداکننده وجود دارد، اما چندین اوراق قرضه چند پذیرنده (دو، سه) وجود دارد. به طور دقیق، در این مورد یک زنجیره صرف نیست، بلکه دو یا سه زنجیره وجود دارد. این تعداد ساختارهای مرزی را افزایش می دهد و همچنین می تواند با فلش نشان داده شود، اگرچه این روش کاملاً صحیح نیست، زیرا چندین فلش از یک جفت دهنده وجود خواهد داشت. این مثال به وضوح نشان می دهد که ساختارهای مرزی روشی جهانی تر هستند، اگرچه دست و پا گیرتر هستند.

چه چیز دیگری در مورد امکان جفت شدن باید بدانید؟ همچنین باید تصور کنید که ساختار یک مولکول (ذره) چگونه است. برای صرف، لازم است که اوربیتالهای الکترونهای π موازی باشند (خطی، در یک صفحه قرار بگیرند)، یا زاویه ای بسیار متفاوت از یک خط مستقیم تشکیل دهند. این کاملاً پوسیده به نظر می رسد - واقعاً چگونه می توانید بفهمید؟! همه چیز خیلی ترسناک نیست؛ ما هنوز با موارد واقعاً پیچیده روبرو نخواهیم شد. اما یک چیز کاملاً واضح است: اگر یک اتم نه یک، بلکه دو اوربیتال π داشته باشد، آنگاه آنها متقابلاً کاملاً عمود هستند و نمی توانند به طور همزمان در یک زنجیره صرف شرکت کنند. بنابراین، پیوندهای دوگانه در 1،2-دی ئن ها (آلن ها)، دی اکسید کربن و مولکول های مشابه (کومولن ها و هتروکومولن ها) مزدوج نیستند. پیوندهای π حلقه و جفت تنها در آنیون فنیل مزدوج نیستند و غیره.

نظریه رزونانس , نظریه ساختار الکترونیکی شیمی. اتصالات، برش بر این ایده است که توزیع الکترونیکی، هندسه و تمام فیزیکی دیگر است. و شیمی. خواص مولکول ها را نه باید با یک الگوی ساختاری ممکن، بلکه با ترکیب (رزونانس) همه ساختارهای جایگزین توصیف کرد. ایده این روش برای توصیف ساختار الکترونیکی متعلق به L. Pauling (1928) است. R.t توسعه ای از کلاسیک است. نظریه های شیمی ساختارهایی برای مولکول ها، یون ها، رادیکال ها که ساختار آنها را می توان به شکل چندین نشان داد. تفاوت f-l ساختاری، که در نحوه توزیع جفت الکترون بین هسته‌های اتمی متفاوت است. طبق نظر R.t. ساختار چنین ترکیباتی. بین کلاسیک های ممکن فردی حد واسط است. ساختارها، و سهم هر ساختار فردی را می توان با استفاده از decomp در نظر گرفت. اصلاحات کوانتومی روش پیوند ظرفیت (نگاه کنید به روش باند ظرفیت).

برای اتصال با پیوندهای مزدوج، از تمام ساختارهای ممکن با تجزیه توسط انواع جفت الکترونی پیوندهای متعدد، کافی است فقط ساختارهایی با پیوندهای غیر متقاطع (ساختارهای متعارف) در نظر گرفته شود. ساختار الکترونیکی بنزن با رزونانس پنج اصل متعارف توصیف می شود. سازه های:

تابع موجی یک مولکول بنزن طبق پاولینگ یک ترکیب خطی است:

Y = 0.624 (Y I + Y II) + 0.271 (Y III + Y IV + Y V).

از آنجا نتیجه می شود که اصلی سهم (تقریباً 80٪) به تابع موج توسط ساختارهای Kekul I و II انجام می شود. هم ارزی آنها و هم ارزی ساختارهای III-V تراز همه پیوندهای کربن-کربن در مولکول بنزن و ویژگی میانی آنها (تقریباً یک و نیم) بین پیوندهای کربن-کربن منفرد و دوگانه را توضیح می دهد. این پیش‌بینی با طول پیوند C-C در بنزن (0.1397 نانومتر) و تقارن مولکول آن (گروه تقارن) مطابقت کامل دارد. D 6 ساعت).

R.t با موفقیت برای توصیف ساختار و خواص یون ها و رادیکال ها استفاده می شود. بنابراین، ساختار یون کربنات به عنوان یک تشدید (که با یک فلش دو طرفه نشان داده می شود) از سه ساختار نشان داده می شود که هر یک سهم برابری در تابع موج دارند:

بنابراین، یون دارای تقارن مثلثاتی است (گروه تقارن V 3ساعت ) وهر پیوند C-O 1/3 کاراکتر یک پیوند دوگانه است.

ساختار رادیکال آلیلیک با هیچ یک از کلاسیک مطابقت ندارد. ساختارهای VI و VII و باید با رزونانس آنها توصیف شوند:

طیف EPR رادیکال آللیک نشان می دهد که الکترون جفت نشده روی هیچ یک از گروه های متیلن انتهایی قرار ندارد، اما بین آنها توزیع شده است به طوری که رادیکال دارای گروه تقارن C2 است. ساعت، و پر انرژی مانع چرخش گروه‌های متیلن انتهایی (63 کیلوژول بر مول) دارای مقدار متوسطی بین مقادیر مشخصه موانع چرخش حول پیوند C-C منفرد و دوگانه است.

در اتصالات، از جمله پیوندهای بین اتم ها با تفاوت قابل توجهی الکترونگاتیوی، یعنی. ساختارهای تشدید از نوع یونی به عملکرد موج کمک می کنند. ساختار CO 2 در چارچوب R.t با رزونانس سه ساختار توصیف می شود:

طول پیوند بین اتم های C و O در این مولکول کوتاه تر از طول پیوند دوگانه C=O است.

پلاریزاسیون پیوندها در مولکول فرمامید، منجر به از بین رفتن کثرت می شود. خواص مشخصه گروه کربونیل توسط رزونانس توضیح داده می شود:

رزونانس سازه ها منجر به تثبیت اصول می شود. حالت یک مولکول، یون یا رادیکال. معیار این تثبیت انرژی رزونانس است که هر چه تعداد ساختارهای تشدید ممکن بیشتر باشد و تعداد ساختارهای تشدید کننده کم انرژی بیشتر باشد. ساختارهای معادل انرژی رزونانس را می توان با استفاده از روش پیوند ظرفیت یا مول محاسبه کرد. اوربیتال ها (نگاه کنید به روش های اوربیتال مولکولی )به عنوان تفاوت در انرژی ها اساسی. وضعیت مولکول و جداسازی آن اتصالات یا پایه وضعیت مولکول و ساختار، مدل سازی یکی از اشکال رزونانس پایدار.

با توجه به پایه آن ایده R. از t. بسیار نزدیک به نظریه مزومریسم است (نگاه کنید به. مزومریسم ), با این حال مقادیر بیشتری را حمل می کند. شخصیت، نمادگرایی آن مستقیماً از کلاسیک پیروی می کند. نظریه ساختاری و مکانیک کوانتومی روش پیوندهای ظرفیت به عنوان ادامه مستقیم Rt عمل می کند. به همین دلیل، Rt همچنان اهمیت خاصی را به عنوان یک سیستم راحت و بصری از بازنمایی های ساختاری حفظ می کند.

روشن:پاولینگ ال.، ماهیت پیوند شیمیایی، ترجمه. از انگلیسی، M.-L.، 1947; Ueland J.، نظریه رزونانس و کاربرد آن در شیمی آلی، ترجمه. از انگلیسی، M., 1948; Pauling L.، "J. Vese. Chemical Society named after D.I. Mendeleev"، 1962، ج 7، شماره 4، ص. 462-67. V. I. Minkin.

منابع مفید اینترنتی:

یک راه راحت برای نشان دادن مکان‌یابی در سیستم‌های جفت شده، به تصویر کشیدن آن با استفاده از آن است ساختارهای تشدید کننده .

هنگام نوشتن ساختارهای رزونانس، قوانین زیر باید رعایت شود:

1. اتم ها و مولکول ها موقعیت خود را تغییر نمی دهند. موقعیت NEP و π-الکترونهای پیوندهای چندگانه تغییر می کند.

2. هر ساختار تشدید اختصاص داده شده به یک ترکیب معین باید دارای مجموع یکسانی از الکترون های π، از جمله پیوندهای π و LEP ها باشد.

3. یک فلش رزونانس "↔" بین ساختارهای تشدید قرار دهید.

4. در ساختارهای رزونانسی، تعیین جلوه های الکترونیکی با استفاده از فلش های مستقیم و منحنی مرسوم نیست.

5. مجموعه ای از ساختارهای تشدید یک مولکول، یون یا رادیکال باید در براکت های مربع محصور شود.

مثلا:

هنگام ارزیابی تثبیت رزونانسی مولکول ها و ذرات، و همچنین هنگام مقایسه انرژی های نسبی ساختارهای تشدید مختلف، لازم است قوانین زیر را رعایت کنید:

1. انرژی یک مولکول واقعی کمتر است. از انرژی هر یک از ساختارهای تشدید کننده.

2. هر چه ساختارهای تشدید بیشتری را بتوان برای یک مولکول یا ذره نوشت، پایدارتر است.

3. در شرایط مشابه، ساختارهای تشدید با بار منفی در الکترونگاتیوترین اتم و با بار مثبت در الکترومثبت ترین اتم پایدارتر هستند.

4. ساختارهای تشدید کننده ای که در آنها همه اتم ها یک هشت الکترون دارند پایدارتر هستند.

5. ذراتی که ساختارهای تشدید آنها معادل است و بر این اساس انرژی یکسانی دارند حداکثر پایداری را دارند.

5.2. تئوری اسیدها و بازها در شیمی آلی

در شیمی آلی دو نظریه اصلی اسیدها و بازها وجود دارد. این نظریه های برونستد و لوئیس.

تعریف: بر اساس نظریه برونستد، اسید هر ماده ای است که بتواند با حذف یک پروتون تجزیه شود. آن ها اسید یک دهنده پروتون است. باز به هر ماده ای گفته می شود که بتواند پروتون را بپذیرد. آن ها پایه یک گیرنده پروتون است.

بر اساس تئوری لوئیس، اسید هر مولکول یا ذره ای است که قادر به پذیرش الکترون در یک اوربیتال خالی باشد. آن ها اسید یک گیرنده الکترون است. باز به هر مولکول یا ذره ای گفته می شود که بتواند الکترون دهنده باشد. آن ها پایه یک دهنده الکترون است.

تعریف: ذره ای که از اسید پس از تفکیک و حامل بار منفی تشکیل می شود، باز مزدوج نامیده می شود. ذره ای که پس از افزودن یک پروتون از یک پایه تشکیل می شود و حامل بار مثبت است، اسید مزدوج نامیده می شود.

5.2.1. اسیدهای برونستد

یکی از مشخصه های قدرت اسیدها نسبت به آب، ثابت تفکیک است که ثابت تعادل واکنش زیر است:

معروف ترین نمونه اسیدها در شیمی آلی اسیدهای کربوکسیلیک آلیفاتیک هستند، به عنوان مثال اسید استیک:

و بنزوئین:

کربوکسیلیک اسیدها اسیدهایی با قدرت متوسط هستند. این را می توان با مقایسه مقادیر pK اسیدهای کربوکسیلیک و برخی موارد دیگر که در زیر آورده شده است تأیید کرد:

ترکیبات آلی متعلق به کلاس های مختلف ترکیبات آلی می توانند یک پروتون را انتزاع کنند. در بین ترکیبات آلی، اسیدهای OH-، SH-، NH- و CH متمایز می شوند. اسیدهای OH شامل اسیدهای کربوکسیلیک، الکل ها و فنل ها هستند. اسیدهای NH شامل آمین ها و آمیدها هستند. اسیدهای CH شامل نیتروآلکان ها، ترکیبات کربونیل، استرها و آلکین های انتهایی هستند. اسیدهای CH بسیار ضعیف عبارتند از آلکن ها، هیدروکربن های معطر و آلکان ها.

قدرت یک اسید ارتباط نزدیکی با پایداری باز مزدوج دارد. هرچه باز مزدوج پایدارتر باشد، تعادل اسید و باز بیشتر به سمت باز مزدوج و اسید تغییر می کند. تثبیت اسید مزدوج ممکن است به دلیل عوامل زیر باشد:

هرچه الکترونگاتیوی یک اتم بیشتر باشد، الکترون ها را با قدرت بیشتری در پایه مزدوج خود نگه می دارد. برای مثال، pK هیدروژن فلوراید 3.17 است. pK آب 15.7; آمونیاک pK 33 و متان pK 48.

2. تثبیت آنیون توسط مکانیسم مزومریک. به عنوان مثال، در آنیون کربوکسیلات:

برای مثال در یک یون آلکوکسید:

چنین تثبیت غیرممکن است. بر این اساس، برای اسید استیک pK = 4.76، pK برای متیل الکل 15.5 است.

نمونه دیگری از تثبیت یک باز مزدوج، یون فنولات است که در نتیجه تجزیه فنل ایجاد می شود:

برای یون فن‌اکسید (یا فنولات) حاصل، ساختارهای تشدید می‌توان ساخت که منعکس‌کننده جابجایی بار منفی در امتداد حلقه آروماتیک هستند:

بر این اساس، pK فنل برابر با 9.98 است و متانولی که ساختن ساختارهای تشدید غیرممکن است، دارای pK برابر با 15.5 است.

3. معرفی جانشین های الکترون دهنده، باز مزدوج را بی ثبات می کند و بر این اساس قدرت اسید را کاهش می دهد:

4. معرفی جایگزین‌های الکترون‌کشنده، باز مزدوج را تثبیت می‌کند و قدرت اسیدها را افزایش می‌دهد:

5. حذف یک جایگزین کننده الکترون از یک گروه اهداکننده پروتون در طول زنجیره منجر به کاهش قدرت اسید می شود:

داده های ارائه شده تضعیف سریع اثر القایی با افزایش زنجیره هیدروکربنی را نشان می دهد.

باید توجه ویژه ای شود اسیدهای CH ، از آنجایی که در حین تفکیک آنها بازهای مزدوج تشکیل می شوند که کاربانیون هستند. این گونه های هسته دوست در بسیاری از واکنش های آلی واسطه هستند.

اسیدهای CH ضعیف ترین اسیدها در بین انواع اسیدها هستند. حاصل تفکیک اسید یک کربنیون است، ذره ای که پایه آن یک اتم کربن است که بار منفی دارد. چنین ذره ای ساختار چهار وجهی دارد. NEP اوربیتال هیبریدی sp 3 را اشغال می کند. قدرت اسید CH توسط همان عواملی که قدرت اسید OH تعیین می شود تعیین می شود. مجموعه ای از اثرات تثبیت کننده جانشین ها با مجموعه ای از افزایش خواص الکترون کشی آنها همزمان است:

در بین اسیدهای CH، آنیون آلیل و آنیون بنزیل از اهمیت خاصی برخوردار هستند. این آنیون ها را می توان به شکل ساختارهای تشدید نشان داد:

اثر جابجایی بار منفی در آنیون بنزیل به قدری زیاد است که هندسه آن صاف می شود. در این حالت، اتم کربن مرکز کربنیون هیبریداسیون را از sp 3 به sp 2 تغییر می دهد.