有机化学理论要点(共振论)

有机化学中的核磁共振理论有机化学是研究碳氢化合物（有机化合物）的科学。

其中，核磁共振（NMR）是分析有机分子结构和化学键的常用方法之一。

本文将为读者详细介绍有机化学中的核磁共振理论。

一、核磁共振现象核磁共振是20世纪40年代初期发现的现象。

当分子的原子核被置于强磁场下时，它们会呈现不同频率的共振吸收现象。

核磁共振现象来源于原子核带有的自旋角动量。

原子核自旋产生一个磁矩，它会随着外加磁场的强度方向进行调整。

一般来说，不同类型的原子核（如氢、碳等）具有不同的自旋角动量和磁矩大小，因此它们会呈现不同的共振吸收频率。

二、核磁共振谱当我们将样品置于强磁场下，并通过向样品中加入一定频率的电磁波来引起共振吸收现象，所有核对该频率会发生吸收，我们便会得到一个核磁共振谱。

核磁共振谱可显示出样品中各种核的相对数量，以及它们所在的结构上的化学环境。

三、化学位移核磁共振谱上的化学位移（chemical shift）是一个重要的参数。

化学位移是指分子内的不同核吸收电磁波频率的差异。

化学位移本质上是由于样品中的不同核处于不同的磁场环境中引起的。

不同的磁场环境可能来自于分子中毗邻的原子，对应键的性质，或者分子的化学环境。

因此，化学位移可以告诉我们关于分子结构和化学键的信息。

四、耦合常数在核磁共振谱中，同一分子中的相邻核之间可能存在耦合常数（coupling constant）。

耦合常数定义为相邻核之间的距离和化学键的性质引起的共振吸收频率差异。

通过分析耦合常数，我们可以推断出相邻核之间的分子肢解模式以及它们之间键的类型。

此外，耦合常数还可以用于确定分子的立体化学信息。

五、磁等效性磁等效性（magnetic equivalence）是指分子中所有的核（如氢、碳等）被分类为同一种类别的情况。

当两个核处于相同的磁场环境中时，它们会呈现相同的化学位移和吸收峰。

磁等效性可以帮助我们简化核磁共振谱的分析过程。

六、总结核磁共振是有机化学中主要的谱学方法之一。

有机化学基础知识点整理共振现象与共振结构共振现象与共振结构共振是有机化学中一个基本的现象，它在化学反应和分子结构的稳定性中起着重要的作用。

本文将对共振现象进行综合介绍及其在有机化学中的应用进行探讨。

一、共振现象的定义共振指的是分子中的电子在不同原子或化学键之间自由移动的能力。

当一个分子有多个共轭体系（共轭双键或共轭环）时，共振现象会发生。

电子能够在不同位置上自由移动，形成了共振结构，使分子具有相对稳定的特征。

二、共振现象的原理共振现象可以通过分子轨道理论来解释。

在分子中，由于原子之间的距离和角度的限制，电子在空间中以一定的方式进行分布，形成了分子的分子轨道。

而共振现象发生时，电子不再局限在一个具体的化学键上，而是可以在共轭体系中进行自由运动，从而形成多个可能的共振结构，这些共振结构叠加在一起，形成了分子的实际结构。

三、共振现象的表现共振现象通常可以通过多种方式来表现：1. 共振稳定化：共振结构的叠加使分子的能量更低，从而增加了分子的稳定性。

这就是为什么共振体系通常比相应的非共振体系更加稳定的原因之一。

2. 共振杂化：当一个分子具有共振结构时，不同共振结构上的原子轨道可以进行杂化，形成新的杂化轨道，从而影响分子的化学性质和反应活性。

3. 共振效应：共振结构的叠加会影响分子中各个部分的电子密度和电荷分布，从而对分子的化学性质产生影响。

四、共振现象的应用共振现象在有机化学中有广泛的应用，下面列举一些常见的应用：1. 共振稳定化和反应性：共振可以增加分子的稳定性，使得其中的化学键更加难以断裂。

这在解释某些有机反应的机理时非常有用。

2. 共振控制：通过引入或去除共振结构，可以调整分子中的电子密度分布，从而实现对反应的控制。

这在有机合成中有重要的应用。

3. 共振波长：共振结构的叠加会影响分子的吸收光谱，使得共振体系的波长范围发生位移。

这可用于分析和鉴定有机物。

4. 共振稳定的自由基：共振结构可以增加自由基的稳定性，使其在化学反应中更加活泼和选择性。

共振论存在着电子离域的体系包括分子、离子、自由基，用经典的路易斯结构式不能完全、准确地表示出这个体系的真实结构和性质。

例如，1,3-丁二烯用CH2=CH-CH=CH2不能描述出其体系内电子云平均化，C-C有部分双键的性质，C=C比正常C=C键长等。

为了解决用经典的路易斯结构式表达复杂的电子离域体系的矛盾，鲍林在1931-1933年间提出了“共振论”。

共振论是用经典的结构式表达电子离域体系，是价键理论的延伸。

在有机化学中经常被使用，比较方便地解决了电子离域体系的表示，但有它的局限性。

一、共振论的基本概念对于电子离域体系的化学物种，不能用一个经典结构式表示清楚其结构，可用几个可能的经典结构式表示，真实物种是这几个可能的经典结构的叠加——共振杂化体。

表示离域体系的可能的经典结构称做极限结构或共振结构，共振结构的叠加得到共振杂化体，共振杂化体才能较确切地代表真实物种的结构。

1,3-丁二烯可用一系列共振结构表示：每个式子叫共振结构式或共振极限结构式，“<—>”双箭头符号表示共振结构之间的叠加或共振；合起来表示真实的1,3-丁二烯。

表示共振结构的叠加关系，不同于互变异构体间表示互变关系。

共振杂化体是一单一物种，只有一个结构。

极限结构式表示电子离域的极限度。

一个物种的极限结构式越多，电子离域的范围越大，体系能量越低，物种越稳定。

任何一个极限结构的能量都高于共振杂化体的能量，真实物种与最低能量的极限结构（最稳定的极限结构）的能量差称为共振能。

它是由电子离域而获得的稳定化能，与共轭能是一致的。

每个极限结构对其共振杂体的贡献是不相等的。

极限结构越稳定，对共振杂化体的贡献越大。

相同的极限结构贡献相等。

例如，1,3-丁二烯的共轭能为14kJ·mol-1，可用下列极限结构表示：CH2=CH-CH=CH2是最稳定的极限结构，对杂化体贡献最大，它与真实分子的能量差为共振能；后面几个极限结构是不稳定的，能量较高，对共振杂化体的贡献小，有时可以不考虑；和相同，对共振杂化体的贡献相等。

有机化学教学中的共振论作者：王雅珍林伟来源：《江苏理工学院学报》2015年第04期摘要：共振论是一种分子结构理论，在有机化学中具有较为广泛的应用。

从阐述了共振论的产生及其有关的基础知识出发，介绍了共振结构式的书写规则，总结了共振结构式对共振杂化体贡献的规律，概括了共振论在有机化学中的应用。

关键词：共振论；共振杂化体；有机化学中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：2095-7394（2015）04-0079-090 引言共振论是20世纪30年代由L.C.鲍林，是为了更好地描述化合物的结构和性质之间的关系，提出了共振理论。

共振论使用了化学家所熟悉的化学语言和经典结构要素，化学工作者直接应用的直观物理模型，对于一系列有机化合物的物理和化学性质的解释简单明了又符合实际。

所以，目前在国内外的许多有机化学教材中较普遍采用共振论。

本文对共振论在有机化学教学中的应用进行了归纳和总结，对于深入理解有机化学中的一些物理、化学性质具有一定的作用。

1 共振论的产生当用价键理论来书写具有共轭体系的化合物的结构式发现，经典结构式不能圆满地表示它的结构。

最典型的例子就是苯，苯的凯库勒（Kekülé）结构式可以写为（a），也可以写成（b）。

结构式（a）和（b）都不能完全反映苯的真实结构，实际上，苯没有单双键之分，键长都为0.139 nm，介于典型单键键长（0.154 nm）和双键键长（0.134 nm）之间；在化学性质方面，苯具有特殊的稳定性，表现为典型的化学反应不是烯烃的加成反应，而是取代反应。

为了解决这一矛盾，鲍林通过无数次实验测量苯的6个碳原子的键角及键长，用线性变分法对共轭烯烃及芳香烃进行了理论计算，其计算值与实验值完全符合，计算结论与经典力学中的谐振子的结果类似。

于是美国的化学家鲍林（Pauling L）于1931至1933年提出了共振理论。

共振论认为，一个真实的物质（分子、离子或自由基）的结构如果不能用单一的经典结构式表达时，可用多个经典结构式的共振来表达该分子的结构，物质的真实结构是这些可能的经典结构式的叠加。

第一讲 共振论的基本原理及其在有机化学中的应用一、 基本原理1. 极限式、共振、共振杂化体对于乙酸根，可写出如下两个Lewis 结构式H 3(I)(II)H 3O (I)(II)Lewis 结构1 Lewis 结构2如果把结构1、2中的成键电子看作是定域的，那它们之间是有区别的。

它们各代表了两种极限状况，是极限结构。

通过电子位置的变化，可以实现由结构1转变为结构2。

H 3结构1 结构2共振论认为，有些分子或离子的真实结构(例如乙酸根)，并不是任何一个单独的Lewis 结构所能描述的，体现它们的应该是若干个共振结构。

电子位置变化的过程可用双箭头表示。

H 3H 3结构1 结构2CH 3CO 2- 的真实结构可以看作是结构1和结构2的叠加，这种叠加称为共振。

参与叠加的结构称为共振结构，共振的综合结果称为共振杂化体。

又如，酚氧负离子，共振论认为，它是由下列极限式参与共振所得到的杂化体。

2. 共振结构式的书写规则(1) 只允许合理的Lewis 结构。

(2) 电子位置变，原子的位置不变。

离域所涉及到的电子一般为π电子，或为非键电子对以及容易离域到P 轨道上的电子。

(3) 要求有关的原子必须共平面。

亦即，有关原子为SP 2或SP 杂化(有关原子指的是电子位置变化所涉及到的原子)。

(4) 从一个共振结构变化到另一个共振结构，不配对的电子数保持不变。

例如，重氮甲烷CH 2N 2CHH -C H NN两个极限式的不配对的电子数为0，是允许的。

H-第一个极限式的不配对电子数为0，第二个极限式的不配对电子数为2，是不允许的。

3. 极限式对共振杂化体的贡献共振是稳定因素。

共振杂化体的能量低于任一参与共振的极限式。

但并不是所有的共振结构对描述共振杂化体的贡献是等同的。

(1) 含完整八隅体的结构比在价电子层上少于8个电子的结构更稳定，贡献更大。

(2) 共价键的数目愈多，该共振结构愈稳定。

(3) 结构中电荷分离数目愈大，愈不稳定。