Номер 2, страница 288 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

2. Рассмотрите электронное строение ацетамида (амида уксусной кислоты). Изобразите предельные резонансные структуры.

Решение

Ацетамид (также известный как амид уксусной кислоты или этанамид) имеет химическую формулу $CH_3CONH_2$. Его электронное строение определяется особенностями амидной группы $(-C(O)NH_2)$, в которой карбонильная группа $(>C=O)$ и аминогруппа $(-NH_2)$ влияют друг на друга.

Ключевой особенностью строения амидов является наличие сопряжения. Неподеленная электронная пара атома азота вступает во взаимодействие с $\pi$-электронной системой двойной связи $C=O$. Это явление называется p,$\pi$-сопряжением или резонансом (мезомерией).

Для осуществления эффективного сопряжения p-орбиталь атома азота и $\pi$-орбитали связи $C=O$ должны быть параллельны, что приводит к плоскому строению всего амидного фрагмента $O-C-N$. Это достигается за счет того, что атом углерода и атом азота в амидной группе находятся в состоянии $sp^2$-гибридизации.

Вследствие резонанса электронная плотность в молекуле ацетамида перераспределена, и ее реальное строение не может быть адекватно описано одной единственной структурной формулой. Вместо этого используется концепция резонансного гибрида, который является усреднением нескольких предельных (канонических) резонансных структур. Для ацетамида наиболее значимыми являются две структуры.

Первая резонансная структура является наиболее стабильной и вносит наибольший вклад в резонансный гибрид, поскольку в ней нет формального разделения зарядов. Это классическая структура Льюиса, где между углеродом и кислородом двойная связь, а между углеродом и азотом — одинарная.

Вторая резонансная структура образуется в результате делокализации электронов: неподеленная пара азота образует двойную связь с углеродом, а электроны $\pi$-связи $C=O$ смещаются на более электроотрицательный атом кислорода. В этой структуре возникает разделение зарядов: на атоме кислорода появляется формальный отрицательный заряд ($-1$), а на атоме азота — формальный положительный заряд ($+1$). Эта биполярная структура менее стабильна, но ее вклад важен для объяснения свойств амидов.

Предельные резонансные структуры ацетамида изображаются следующим образом (двунаправленная стрелка указывает на то, что ни одна из структур не существует в реальности, а истинная структура является их комбинацией):

$ \underset{\text{Структура I (основной вклад)}}{\Large\text{H}_3\text{C}-\overset{\underset{||}{\Large\text{O}}}{\text{C}}-\ddot{\text{N}}\text{H}_2} \quad\longleftrightarrow\quad \underset{\text{Структура II (меньший вклад)}}{\Large\text{H}_3\text{C}-\overset{\underset{|}{\Large\text{O}^{\ominus}}}{\text{C}}=\overset{\oplus}{\text{N}}\text{H}_2} $

Наличие резонанса объясняет многие свойства ацетамида: связь C-N имеет частичный характер двойной связи (она короче и прочнее обычной одинарной связи), а связь C=O несколько ослаблена и удлинена. Вращение вокруг связи C-N затруднено.

Ответ: Электронное строение ацетамида описывается как резонансный гибрид двух предельных структур. Основной вклад вносит нейтральная структура $CH_3C(=O)NH_2$, а дополнительный — биполярная ионная структура $CH_3C(O^-)=N^+H_2$. Такое строение является следствием p,$\pi$-сопряжения в амидной группе.

Предельные резонансные структуры:

$ \text{H}_3\text{C}-\overset{\underset{||}{\text{O}}}{\text{C}}-\ddot{\text{N}}\text{H}_2 \quad\longleftrightarrow\quad \text{H}_3\text{C}-\overset{\underset{|}{\text{O}^{\ominus}}}{\text{C}}=\overset{\oplus}{\text{N}}\text{H}_2 $