专栏/猫也能明白的有机化学—基础篇6:共振

猫也能明白的有机化学—基础篇6:共振

2020年10月05日 15:40--浏览 · --点赞 · --评论
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本系列专栏主要内容翻译并转载自nikukyu-的《猫でもわかる有機化学——有機化学について基礎から解説します》,翻译为:《即使是猫也能明白的有机化学——从基础开始解说有机化学》(简称猫也能明白的有机化学),已获得nikukyu-的授权并同意加入注解(用红字表示):(本系列专栏更新频率随缘,日语翻译能力N+∞

序言部分:CV7564560

基础篇1-原子轨道:CV7570657

基础篇2-分子轨道:CV7604459

基础篇3-混合轨道:CV7637646

基础篇4-Lewis结构:CV7653557

基础篇5-价键:CV7684542

这次更新基础篇6:共振(原标题:共鳴)

原栏目链接:http://xn--u8jvc1drbs0514cvfm43vv1giwx.net/resonance/

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上次讨论Lewis结构的时候,我固定了电子的位置,以此通过简单的图像来介绍的。

在平面上用来表示电子结构是很勉强的事情,可能会造成误解,所以需要对这个部分进行详细解说。


首先,根据教科书上所说

共振是一种状态,不仅由一个化学结构式表示,而是表示为两个或多个化学式的叠加

为了便于理解,请看下图。


请注意,这并不是单独的反应。

而是电子分散在分子中的多个原子上的状态。

这正是在基础篇:价键(CV7684542)中介绍的π键 

电子有以下“特征”——

・一个人会觉得不安稳。

・如果有人(方便)陪伴,就会感到安心。

・没有“好人”这一概念⇒即与各种人往来都是安心的。


是不是富有了人性?(笑)。

实际上,在各个原子上互相来往的电子比固定在一个原子上会更加稳定。


像电子的这种状态叫作“非定域化”(离域化)


共振就是指单键和双键之间瞬间的互相转变。

离域指的就是“在某处都有”的意思


嘛 就是这样的感觉。


那么打起精神继续

接下来将一一解说有关共振结构的重要思想。

---------------------------------------------求关注-------------------------------------

不要改变原子的位置

这与其说是概念,不如说是描绘共振结构时的规则。

首先共振结构究竟想表示什么?请考虑一下。

共振结构说到底就是的只是电子配置的不同

所以从其他方面入手只是单纯地偏离主旨的行为

虽然不太想使用“因为是规则”来解释,但如果深入到这个范围内的话就没完没了了,所以就这样吧。※请大家自由探索这个问题。


与共振相关的原子都在同一平面上(p轨道的重叠)

这也就是说,共振基本上不会在σ键中发生,只有π键可以发生。

这是一个争论的地方,首先为什么会产生共振呢?

之后(想想共振的概念)……,切断单键的话分子就会变成别的东西了

(注意,我认为原图画错了,所以进行了一定的修改)


共振结构越多越稳定

产生共振结构是因为结构中产生了不稳定(电荷有偏颇)的部分

说是如果有很多能填补这一点的共振结构的话(更多的共振结构意味着电荷越不会集中在某一个原子上),就能越稳定。

嘛,这类问题做多了就会很快,加油吧。


实际情况下的原子比任何一个共振结构下的原子更加稳定


原子究竟是什么,然后共振是在什么情况下发生的?

想一想这两个问题就能得到答案。

※提示:电荷。


共振结构的稳定性

这里的“稳定性”除了与共振结构有关以外还有很多关系,所以请好好理解之后再继续之后的章节。

不仅要知道哪一个更稳定,还要知道什么类型的结构更稳定,什么类型的结构不稳定以及原因。这些都是非常重要的。

那么接下来以此说明稳定的构型的特征。

负电荷在电负性较大的原子上更稳定

如果理解了电负性的话,就能理解共振结构之间细微的区别了吧。

给不懂的人说明以下,电负性度是“原子吸引电子的强度”。

“一般来说,周期表左下角的元素电负性越小,越右上角的元素电负性越大”。

用强力固定比用弱拉力固定更稳定吧?就这么理解好了。


不满足八隅体的结构不稳定

八隅体在Lewis结构(CV7653557)这一章中也提到过,所以忘记了的话就复习一下吧。

八隅体是化合物和离子稳定的条件(正确地说是经验法则),所以如果不满足的话就不稳定了。

原子上不带电荷的结构更稳定

嘛,与其用电荷(+、-)连接,不如用价键线(线)来连接。就是这样。

带有扭曲的的键角、键场的结构补、不稳定


与其说扭曲,不如说是取了和其他共振结构不同的形状(角度)的话,整体上都破坏了均一的感觉。

上图右侧作为共振结构的思考方式虽然很有趣。

但是,一般大众还是追求调和统一。

今天就讲到这里

下次再见

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                                                                         Posted by nikukyu-


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共振,先从量子化学的角度来说,如果多个态函数(共振结构)两两在哈密顿矩阵中对应的矩阵元不为0,那么这几个态函数就可以线性组合成一个能量更低的态函数。

所以,实际分子处在的状态并非共振结构中的某一个状态(例如苯实际并不是单双键的交替结构,而是一个大Π键),而是这些状态的线性组合(叠加态),从而实际能量比这些结构的能量都要低。

然后就可以这样考虑,在带电荷的情况下,假设不同的共振结构,电荷所在的原子位置都不一样,所以实际情况,电荷分散在了原子上,起到了稳定作用(带电荷的粒子存在的寿命一般都较短,很容易与其他带相反电的粒子结合,如果共振能够分散电荷,那么寿命就会因此增长,以后在讨论化学反应中间体的时候会再提到)

共振在后面理解一些反应机理的时候有很大作用。

上述的补充或翻译错误,如有错误欢迎在评论区或私信我指出。

能够提供协助的人也可以以各种方式联系我。

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                                                       Translated and Explained by  律涼





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