Vzory rezonančních struktur

Pojďme se podívat na několik příkladů kreslení rezonančních struktur. A první, na který se podíváme, je volný elektronový pár u vazby pí. Na tomto uhlíku je volný elektronový pár, označuji jej fialovou barvou. Uhlík označím zelenou barvou. Na tomto zeleném uhlíku je formální náboj −1 a také je vázán k vodíku, V tomto příkladu již musíte umět určovat formální náboje. Máme tedy volný elektronový pár hned vedle vazby pí, protože zde máme dvojnou vazbu mezi uhlíkem a kyslíkem. Jedna z těchto vazeb je vazba sigma a druhá je vazba pí. Zajímají nás především tyto pí elektrony. Našim úkolem je nakreslení rezonanční struktury s delokalizací formálního náboje −1, tedy různé rozprostření elektronové hustoty. Vezmeme fialové elektrony a posuneme je sem, čímž vytvoříme dvojnou vazbu mezi zeleným uhlíkem a tímto uhlíkem. Tím bude na žlutém uhlíku příliš vazeb, takže se modré elektrony posunou na vrchní kyslík. Nakresleme to do hranaté závorky a přidejme obousměrnou šipku značící rezonanci. Teď nakreslíme další rezonanční strukturu. Začneme benzenovým cyklem a pak zakreslíme novou dvojnou vazbu a nahoře kyslík s jednoduchou vazbou. Kyslík měl 2 volné elektronové páry, teď má 3, protože získal elektronový pár z vazby pí. Pojďme si elektrony vyznačit barevně. Fialové elektrony se posunuly sem, aby vytvořili vazbu pí a elektrony modré vazby pí se posuly na tento kyslík. Tím na horním kyslíku vznikne záporný formální náboj −1. Vytvořili jsme tedy dvě rezonanční struktury enolátového aniontu. Víme, že reálná struktura se nachází někde mezi těmito dvěma rezonančními strukturami. Pojďme se zamyslet, která z nich odpovídá lépe. Například vlevo máme na zeleném uhlíku formální náboj −1, tedy karbanion. A v rezonanční struktuře vpravo máme formální náboj na kyslíku, což tedy kyslíkový anion. Kyslík je elektronegativnější než uhlík, což znamená, že je přirozenější, aby on měl formální náboj -1. Lépe odpovídající rezonanční struktura pro enolátový anion je tedy ta druhá. Pojďme se podívat na další příklad. Máme zde volný elektronový pár vedle kladného náboje. Podívejme se na nitromethan a jeho volný elektronový pár na tomto kyslíku. Volný elektronový pár je vedle kladného náboje. Tento dusík má formální náboj +1. Pojďme se zamyslet nad kresbou rezonanční struktury. Našim cílem je delokalizace náboje, tedy jeho různé rozprostření. Vezmeme fialové elektrony a pohneme s nimi sem, abychom vytvořili dvojnou vazbu mezi dusíkem a kyslíkem, ale tím se vytvoří příliš mnoho vazeb k dusíku. Dusík by v takovém případě musel být pětivazný. Což vzhledem k jeho poloze v periodické soustavě prvků není. To znamená, že se elektrony z této pí vazby přesunou na kyslík. Tyto modré elektrony tedy přejdou na tento kyslík. Nakreslíme druhou rezonanční strukturu nitromethanu. Nejdříve skupinu CH₃, pak dvojnou vazbu mezi dusíkem a tímto kyslíkem... Tento kyslík měl 3 volné elektronové páry, ale fialové elektrony se přesunuly sem a vytvořili tuto vazbu, což znamená, že na kyslíku zůstaly pouze 2 volné elektronové páry. Pro kyslík na spodní straně zůstala pouze 1 vazba mezi dusíkem a kyslíkem, protože modré elektrony se posunuly na tento kyslík. To znamená, že tento kyslík má 2 další volné elektronové páry. Zapišme si tuto strukturu do našich závorek. Vždy potřebujete promyslet formální náboj, takže co se stane s nábojem? Kyslík má nyní formální náboj −1 a tento dusík má stále formální náboj +1, takže jsem delokalizovali záporný náboj, který je nyní na obou kyslících. Všimněme si, že celkový náboj nitromethanu je 0 u obou rezonančních struktur. Takže máme 1 kladný náboj a 1 záporný náboj vlevo, což nám dá 0. A máme 1 kladný a 1 záporný náboj vpravo, což nám dá 0. Čili náboj je zachován. Pojďme se podívat na další příklad vzoru, který jsme již možná viděli. Zde máme kladný náboj vedle vazby pí, takže se podívejme na tento uhlík. Tento uhlík má formální náboj +1, a pokud má formální náboj +1, může mít pouze 3 vazby a pokud je navázaný na jiný uhlík... Žlutý uhlík je zde spojen se zeleným uhlíkem a protože má formální náboj +1, tak může mít pouze 2 jiné vazby a ty musí být s vodíkem. Teď dává trochu větší smysl, proč je to formální náboj +1. Bude to 4 minus 3, což dá +1. Zelený uhlík má formální náboj 0, takže má 3 vazby a potřebuje ještě jednu... 2 vodíky a obtáhněme tento uhlík červeně ...tento uhlík má 2 vazby, formální náboj 0, takže potřebuje další 2 vodíky. Tudíž znovu je náš vzor kladný náboj vedle vazby pí... Podtrhnu tyto vzorce zde ...takže máme kladný náboj vedle vazby pí a zde řekněme, že toto je naše vazba pí. Když nakreslíte rezonanční strukturu, tak znovu je váš cíl delokalizovat náboj, a tak můžeme rozprostřít kladný náboj tím, že vezmeme modré elektrony, pí elektrony, a pohneme s nimi sem. Pojďme nakreslit rezonanční strukturu. Nyní bychom měli mít dvojnou vazbu mezi 2 uhlíky vpravo. Vodíky se nepohnuly, takže je nechám tam. Stále je zde 1 vodík na prostředním uhlíku, 2 vodíky na uhlíku vpravo a 2 vodíky na uhlíku vlevo. Modré elektrony se pohnuly sem. Podtrhnu tyto uhlíky. Zelený uhlík zde a červený uhlík tady. Co se stalo s formálním nábojem +1? Přesunul se k červenému uhlíku. Červený uhlík zde má pouze 3 vazby. Takže 4 minus 3 nám dá formální náboj +1. Pojďme dokončit naši rezonanci hranatou závorkou. Vložím ji dovnitř a pokud toto uděláte pro kationty, nepohnete s kladným nábojem. Když nakreslíte šipky, tak ukážete pohyb elektronů. Šipky, které jsem nakreslil... Označím je fialově. Tato fialová šipka ukazuje pohyb těchto modrých elektronů, který zapříčiní formální náboj +1 na tomto uhlíku. Nezkoušejte hýbat s kladným nábojem! Pamatujte si, že vždycky přesouváme elektrony. Pojďme udělat ještě jeden příklad. V této situaci máme aceton. Zde máme uhlík, dvojnou vazbu a kyslík. Víme, že uhlík a kyslík mají rozdílnou elektronegativitu. Kyslík je elektronegativnější. Co by se stalo, kdybychom vzali tyto pí elektrony? Podtrhnu obojí. Používám modrou barvu pro tyto pí elektrony, Pohneme s těmito pí elektrony na elektronegativnější atom. Pojďme a nakresleme naši rezonanční strukturu. Tento vrchní kyslík bude mít 3 volné elektronové páry. Jeden z těchto volných elektronových párů je ten modrý, ty pí elektrony. To dodá kyslíku formální náboj −1 a my vezmeme vazbu z tohoto uhlíku, což tomuto uhlíku dodá formální náboj +1. Když přemýšlíte o rezonanční struktuře... Nejprve bych tu ještě měl upozornit, že záporný náboj a kladný náboj vám dá celkový náboj 0, tudíž náboj je zachován. A náboj zde je také 0. Pokud přemýšlíte nad rezonancí, tak víme, že obě struktury přispívají k celkové reálné struktuře. Tato vpravo však nepřispívá mnoho, příspěvek této je zanedbatelný. To kvůli tomu, že tu máte kladný a záporný náboj a cíl je samozřejmě získat celkově neutrální molekulu. Kreslení rezonančních struktur má výhodu v tom, že pěkně vynikne rozdíl elektronegativit. U této můžete říct, že kyslík dostal částečně záporný náboj a tento kyslík částečně kladný náboj. Toto je jeden způsob, jak nad tím přemýšlet, což je užitečné pro reakce. Kreslení této rezonanční struktury je jen jiná cesta, jak o tom přemýšlet. Zdůraznit skutečnost, že když přemýšlíte reálné struktuře, tak je to ve skutečnosti bilancování elektronové hustoty na různých atomech. Znovu připomínám, chce to více praxe. Čím více budete procvičovat, tím budete lepší v kreslení rezonančních struktur. A čím více modelů, tím jednodušší se modelování stane.