Hlavní obsah
Organická chemie
Kurz: Organická chemie > Kapitola 2
Lekce 2: Rezonanční strukturyVzory rezonančních struktur
Různé případy vazebných uspořádání, ve kterých je třeba použít rezonanční struktury. Tvůrce: Jay.
Chceš se zapojit do diskuze?
Zatím žádné příspěvky.
Transkript
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.