Номер 101, страница 24 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

1.101. Изобразите резонансные структуры для следующих частиц:

a) CH₃-C(O)O⁻ (ацетат-ион)

Решение

Ацетат-ион ($CH_3COO^−$) имеет две эквивалентные резонансные структуры. Отрицательный заряд делокализован (распределен) между двумя атомами кислорода. Это происходит за счет сопряжения неподеленной электронной пары отрицательно заряженного атома кислорода с π-электронами двойной связи C=O.

$ \Large \begin{array}{ccc} & \text{:Ö:} & \\ & \| & \\ \text{H}_3\text{C}-\text{C} - \ddot{\text{O}}\text{:}^- \end{array} \leftrightarrow \begin{array}{ccc} & \ddot{\text{O}}\text{:}^- & \\ & | & \\ \text{H}_3\text{C}-\text{C} = \text{:Ö:} \end{array} $

Ответ: Две эквивалентные резонансные структуры, показанные выше, в которых отрицательный заряд распределен между двумя атомами кислорода.

б) CH₂=CH-CH₂⁺ (аллил-катион)

Решение

В аллил-катионе ($CH_2=CH-CH_2^+$) имеется вакантная p-орбиталь у положительно заряженного атома углерода, которая сопряжена с π-системой двойной связи. В результате делокализации π-электронов положительный заряд распределяется между двумя крайними атомами углерода.

$ \Large \text{H}_2\text{C}=\text{CH}-\overset{+}{\text{C}}\text{H}_2 \leftrightarrow \overset{+}{\text{C}}\text{H}_2-\text{CH}=\text{CH}_2 $

Ответ: Две резонансные структуры, показанные выше, с делокализацией положительного заряда по концам аллильной системы.

в) CH₂=CH-N(CH₃)₂ (N,N-диметиламиноэтен)

Решение

В молекуле N,N-диметиламиноэтена неподеленная электронная пара атома азота сопряжена с π-системой двойной связи. Это приводит к возникновению резонансной структуры с разделением зарядов, в которой на атоме азота возникает положительный заряд, а на крайнем атоме углерода — отрицательный (проявление +M-эффекта аминогруппы).

$ \Large \text{H}_2\text{C}=\text{CH}-\ddot{\text{N}}(\text{CH}_3)_2 \leftrightarrow \overset{-}{\text{C}}\text{H}_2-\text{CH}=\overset{+}{\text{N}}(\text{CH}_3)_2 $

Ответ: Две резонансные структуры, одна нейтральная и одна цвиттер-ионная (с разделенными зарядами), как показано выше.

г) Фуран

Решение

Фуран является ароматическим гетероциклом. Его ароматичность обусловлена наличием сопряженной системы из 6 π-электронов в пятичленном цикле (4 электрона от двух связей C=C и 2 электрона от одной из неподеленных пар атома кислорода). Делокализация этих электронов приводит к появлению нескольких резонансных структур. Помимо нейтральной структуры (I), существуют структуры с разделением зарядов (II-V), где атом кислорода несет положительный заряд, а один из атомов углерода – отрицательный.

Ответ: Пять резонансных структур: одна нейтральная (I) и четыре с разделением зарядов (II-V), где отрицательный заряд последовательно находится на каждом из четырех атомов углерода.

д) Бензол

Решение

Бензол — классический пример ароматического соединения с полностью делокализованными π-электронами. Его структура представляет собой резонансный гибрид двух эквивалентных структур Кекуле, в которых формально меняется положение двойных и одинарных связей в шестичленном цикле.

Ответ: Две эквивалентные резонансные структуры Кекуле, показанные выше.

е) Циклопентадиенил-анион

Решение

Циклопентадиенил-анион является ароматической частицей, так как содержит 6 π-электронов в циклической сопряженной системе (4 электрона от двух двойных связей и 2 электрона от неподеленной пары углерода), что удовлетворяет правилу Хюккеля (4n+2 при n=1). Отрицательный заряд равномерно делокализован по всем пяти атомам углерода в цикле, что приводит к пяти эквивалентным резонансным структурам.

Ответ: Пять эквивалентных резонансных структур, в которых отрицательный заряд распределен по всем пяти атомам углерода цикла.

ж) CH₂=CH-CHO (акролеин)

Решение

В молекуле акролеина (пропеналь) имеется сопряженная система, образованная двойной связью C=C и карбонильной группой C=O. Вследствие большей электроотрицательности кислорода, π-электронная плотность смещается к нему. Это отражается во второй резонансной структуре с разделением зарядов, где на атоме кислорода возникает отрицательный заряд, а на крайнем β-атоме углерода — положительный (проявление -M-эффекта альдегидной группы).

$ \Large \text{H}_2\text{C}=\text{CH}-\text{CH}=\ddot{\text{O}} \leftrightarrow \overset{+}{\text{C}}\text{H}_2-\text{CH}=\text{CH}-\text{:\ddot{O}:}^- $

Ответ: Две резонансные структуры: нейтральная и цвиттер-ионная, как показано выше.

з) CH₂=CH-C≡N (акрилонитрил)

Решение

В молекуле акрилонитрила сопряжены двойная связь C=C и тройная связь C≡N нитрильной группы. Атом азота более электроотрицателен, чем углерод, и стягивает на себя электронную плотность из сопряженной системы. Резонансная структура с разделением зарядов показывает положительный заряд на крайнем β-атоме углерода и отрицательный заряд на атоме азота (проявление -M-эффекта нитрильной группы).

$ \Large \text{H}_2\text{C}=\text{CH}-\text{C}\equiv\text{N:} \leftrightarrow \overset{+}{\text{C}}\text{H}_2-\text{CH}=\text{C}=\ddot{\text{N}}\text{:}^- $

Ответ: Две резонансные структуры: нейтральная и цвиттер-ионная, как показано выше.

и) Пиридин

Решение

Пиридин — это ароматический гетероцикл, изоэлектронный аналог бензола. Основными резонансными структурами являются две структуры типа Кекуле (I, II). Однако, из-за высокой электроотрицательности атома азота, он оттягивает электронную плотность из кольца. Это можно изобразить с помощью дополнительных резонансных структур с разделением зарядов (III-V), в которых на атоме азота локализован отрицательный заряд, а на атомах углерода в орто- (C2, C6) и пара- (C4) положениях — положительный. Эти структуры имеют меньший вклад в общую структуру, но важны для объяснения реакционной способности пиридина.

Ответ: Пять резонансных структур: две основные структуры Кекуле (I, II) и три второстепенные цвиттер-ионные структуры (III-V), показанные выше.