Сопряжение против резонанса
Сопряжение и резонанс – два важных явления для понимания поведения молекул.
Что такое спряжение?
В молекуле, когда присутствуют чередующиеся одинарные и множественные связи, мы говорим, что система сопряжена. Например, молекула бензола представляет собой сопряженную систему. В кратной связи имеется одна сигма-связь и один или два пи-полюса. Пи-связь образована перекрывающимися р-орбиталями. Электроны на р-орбиталях расположены перпендикулярно плоскости молекулы. Поэтому, когда в чередующихся связях есть пи-связи, все электроны делокализованы по всей сопряженной системе. Другими словами, мы называем это электронным облаком. Поскольку электроны делокализованы, они принадлежат всем атомам сопряженной системы, а не только одному атому. Это снижает общую энергию системы и повышает стабильность. В создании сопряженной системы могут принимать участие не только пи-связи, но и неподеленные электронные пары, радикалы или ионы карбения. В этих случаях существуют либо несвязанные p-орбитали с двумя электронами, одним электроном, либо электроны отсутствуют. Различают линейные и циклические сопряженные системы. Некоторые ограничены только одной молекулой. Когда есть более крупные полимерные структуры, могут быть очень большие сопряженные системы. Наличие сопряжения позволяет молекулам действовать как хромофоры. Хромофоры могут поглощать свет; следовательно, соединение будет окрашено.
Что такое резонанс?
При написании структур Льюиса мы показываем только валентные электроны. Заставляя атомы совместно использовать или передавать электроны, мы пытаемся придать каждому атому электронную конфигурацию благородного газа. Однако в этой попытке мы можем навязать электронам искусственное положение. В результате для многих молекул и ионов может быть записано более одной эквивалентной структуры Льюиса. Структуры, записанные изменением положения электронов, известны как резонансные структуры. Это структуры, которые существуют только в теории. Резонансные структуры констатируют два факта о структуре.
• Ни одна из резонансных структур не будет правильным представлением фактической молекулы. И ни одна из них не будет полностью похожа по химическим и физическим свойствам на настоящую молекулу.
• Фактическая молекула или ион будет лучше всего представлена гибридом всех резонансных структур.
Резонансные структуры показаны стрелкой ↔. Ниже приведены резонансные структуры карбонат-иона (CO32-).
Рентгеновские исследования показали, что реальная молекула находится между этими резонансами. Согласно исследованиям, все связи углерод-кислород имеют одинаковую длину в карбонат-ионе. Однако, согласно приведенным выше структурам, мы можем видеть одну двойную связь и две одинарные связи. Поэтому, если эти резонансные структуры возникают по отдельности, в идеале в ионе должны быть разные длины связей. Те же самые длины связей указывают на то, что ни одна из этих структур в действительности не существует в природе, скорее существует их гибрид.
В чем разница между сопряжением и резонансом?
• Резонанс и сопряжение взаимосвязаны. Если в молекуле есть сопряжение, мы можем привлечь к ней резонансные структуры, чередуя пи-связи. Поскольку пи-электроны делокализованы во всей сопряженной системе, для такой молекулы справедливы все резонансные структуры.
• Резонанс позволяет сопряженной системе делокализовать электроны.
