ارزیابی فرم های رزونانس – قانون کمترین هزینه
تا اینجا من در مورد رزونانس صحبت کردم و فرمالیسم فلش منحنی را برای نشان دادن حرکت الکترون ها معرفی کردم. مهمتر از همه، ما در مورد چگونگی تصویر “واقعی” یک مولکول صحبت کرده ایم ترکیبی از اشکال رزونانس آن (و نه تعادل بین اشکال).
فهرست مطالب
- خلاصه: سه “حرکت قانونی” تیرهای منحنی رزونانس
- قانون اول ارزیابی ساختارهای تشدید: به حداقل رساندن شارژ
- ارزیابی ساختارهای تشدید اتن (“اتیلن”)
- ارزیابی ساختارهای تشدید کاتیون آلیل
- ارزیابی ساختارهای تشدید آلیل آنیون
1. خلاصه: سه “حرکت قانونی” پیکان های منحنی رزونانس
در اینجا خلاصه‌ای از «حرکات» مختلفی است که می‌توانیم روی یک مولکول انجام دهیم تا اشکال رزونانس متفاوتی به دست آوریم. هر شکل رزونانسی که می توانیم برای یک مولکول ترسیم کنیم، می تواند از طریق ترکیبی از این سه حرکت ایجاد شود.
ما می توانیم این “حرکات” را اعمال کنیم تا زمانی که قانون اکتت را زیر پا نگذاریم. مسئله این است که اگر حتی به مولکول های ساده هم نگاه کنیم، به زودی می توانیم در پیچ و خم اشکال تشدید بالقوه گم شویم اگر خواه ناخواه قوانین فشار دادن پیکان را به کار ببریم. پس بیایید به مشکل اصلی برسیم: چگونه پایداری اشکال مختلف رزونانس را ارزیابی کنیم؟ به عبارت دیگر، انرژی کمتر (معنادارتر) و کدام انرژی بالاتر (کمتر معنی دار) است.
2. قانون اول ارزیابی فرم های تشدید: هزینه ها را به حداقل برسانید
در اینجا خط پانچ برای امروز است:
بیایید به سه مثال نگاه کنیم. آنهایی که واقعا ساده هستند، اما آنها انجام می دهند.
ساده ترین مولکول با پیوند π اتن است. اگر یک ساختار رزونانسی برای آن ترسیم کنیم، می‌توانیم پیوند π را به جفت تکی یکی از کربن‌های انتهایی (مهم نیست کدام یک) منتقل کنیم تا یک کربوکاتیون و یک جفت تنها ایجاد کنیم. این یک فرم رزونانس “قانونی” است، زیرا ما قاعده هشتگانه را زیر پا نمی گذاریم.
سوال این است که فرم رزونانس با این دو بار چقدر اهمیت دارد؟ پاسخ آزمایش این است: نه خیلی زیاد. اگر خواص الکترونیکی و ساختاری اتن را اندازه گیری کنید، واضح است که طول پیوند کربن-کربن کوتاه تر از یک پیوند معمولی کربن-کربن است که نشان دهنده برهمکنش قوی بین دو اتم است. علاوه بر این، اگر ساختار رزونانس سمت راست قابل توجه بود، انتظار داریم اتن نقطه جوش نسبتا بالایی داشته باشد (از آنجایی که باردار است) و در حلال های قطبی مانند آب کاملاً محلول باشد. در واقع، اتن در دمای بسیار پایین (88- درجه سانتیگراد) می جوشد و عملاً در حلال های قطبی نامحلول است. بنابراین می توان نتیجه گرفت که شکل رزونانس سمت راست کاملاً ناچیز است.
3. ارزیابی اشکال تشدید اتن (“اتیلن”)
(یک نکته قابل توجه است – خالص بار هر ساختار تشدید در اینجا یکسان است (یعنی هر دو دارای بار خالص صفر هستند) زیرا در شکل رزونانس سمت راست، بارهای مخالف لغو می شوند).
4. ارزیابی اشکال تشدید کاتیون آلیل
بیایید اکنون به ساختارهای تشدید آلیل کربوکاتیون نگاه کنیم. بار خالص روی کربوکاتیون آلیل +1 است. هنگامی که “حرکت”های مربوط به فلش را به آن اعمال می کنیم، چیزی شبیه به این را دریافت می کنیم، با 4 ساختار تشدید – A، A’، B، و C. ساختارهای تشدید A و A’ هر دو یک بار دارند. ساختارهای تشدید B و C دارای سه بار هستند. [Although again, note that B and C each have a net charge of +1 when you cancel the opposite charges].
پس آزمایش به ما چه می گوید؟ بهترین شواهد تجربی ما برای ساختار کربوکاتیون آلیل به ما می گوید که بار مثبت به طور مساوی بین دو کربن انتهایی توزیع می شود، با طول پیوند میانی بین یک پیوند منفرد C-C (1.50 Å) و یک C-C π. اوراق قرضه (1.40 Å). به این معنا که هیبرید رزونانسی کربوکاتیون آلیل fhe مخلوطی 1:1 از اشکال تشدید است. آ و آ’. فرم های رزونانس B و C به میزان قابل توجهی در ترکیب رزونانس کمک نمی کنند.
5. ارزیابی اشکال رزونانس آنیون آلیل
در نهایت، بیایید به آنیون آلیل نگاه کنیم. ما می‌توانیم از کاربرد مشابهی از قوانین فشار دادن پیکان برای دریافت اشکال مختلف رزونانس استفاده کنیم، اگرچه در اینجا یک پیچ و تاب وجود دارد. توجه داشته باشید که نمی‌توانیم جفت تنهای انتهایی را برای تشکیل پیوند π جدید بدون شکستن قاعده هشتگانه حرکت دهیم! بنابراین در این مورد ما در واقع باید رسم کنیم دو فلش برای قانونی کردن آن. این ما را به شکل رزونانس معادل، A’ می رساند.
از سوی دیگر، ساختارهای تشدید دیگر (B و C) را می توان از طریق یک فرآیند نسبتاً ساده به دست آورد (پیوند π را برای تشکیل یک جفت تنها روی هرکدام از کربن حرکت دهید.) باز هم، این اشکال رزونانسی کمک زیادی به هیبرید رزونانس کلی آزمایش به ما می گوید که چگالی الکترون روی آنیون آلیل در انتها است و طول پیوند دوباره بین یک پیوند منفرد C-C و یک پیوند C-C π است. بهترین تفسیر از این داده ها این است که آلیل کاربانیون مخلوطی 1:1 از اشکال رزونانس A و A’ است.
بنابراین، دوباره، خط پایانی این است که پایدارترین (و قابل توجه ترین) ساختارهای تشدید، آنهایی هستند که کمترین بار را دارند.
احتمالاً متوجه شده اید که این مثال ها بسیار ساده هستند – ما فقط با اتم های کربن سروکار داریم. چه اتفاقی می افتد زمانی که ما با نامتقارن ساختارهای تشدید؟ ما باید یک اصل جدید برای آن معرفی کنیم.
پست بعدی: ارزیابی اشکال تشدید (2): اعمال الکترونگاتیوی
ویرایش: «ما انتظار داریم یک دوقطبی برای اتن ببینیم» از پاراگراف شروع شده با «سوال این است؟…» حذف شد. ممنون جس برای راهنمایی