Obraz8 (81)

72

Dwustronna strzałka jest nazywana „strzałką rezonansową”. Dość często spotykanym błędem jest używanie tej strzałki przy omawianiu równowag chemicznych. W zapisach reakcji równowagowych korzystamy zawsze z dwóch strzałek, pisanych jedna pod drugą i skierowanych w przeciwnie strony.

Żaden ze wzorów A i B wzięty pojedynczo nie przedstawia budowy benzenu. Są to wzory fikcyjnego, nie istniejącego w rzeczywistości cyklo-heksatrienu. Dwustronna strzałka oznacza, że w rzeczywistej cząsteczce benzenu rozmieszczenie wiązań jest pośrednie między wzorami A i B. Struktury przedstawione wzorami A i B są nazywane strukturami rezonansowymi.

Nazwa „struktury rezonansowe” pochodzi stąd, że do opisu elektronowej budowy cząsteczek można stosować matematyczne równania, które przypominają równania opisujące oscylacje układów będących w rezonansie ze sobą Nazwa ta niesłusznie sugeruje, że wzory struktur rezonansowych przedstawiają realnie istniejące cząsteczki, które „oscylują” między różnymi położeniami elektronów. Jednak nazwa przyjęła się, ale trzeba pamiętać, że struktury rezonansowe w rzeczywistości nie istnieją. Są tylko narzędziem do opisu budowy cząsteczek.

Struktury rezonansowe mogą się wydawać udziwnionym i trudnym do zrozumienia sposobem opisu cząsteczek, jest to jednak sposób powszechnie stosowany w całej chemii organicznej. Na szczęście w bardziej potocznych zastosowaniach, np. przy omawianiu chemicznych reakcji benzenu i innych związków aromatycznych, korzystamy ze wzoru A lub B i nie ma potrzeby podkreślania, źe są to wzory struktur nieistniejących. Są jednak zagadnienia, przy których musimy korzystać ze wzorów struktur rezonansowych. Odpowiednie przykłady spotkamy w dalszych rozdziałach.

Ćwiczenie 4.2. Czy rozumiesz, dlaczego hybrydyzacja sp² wymusza płaską budowę pierścieni aromatycznych?

Ćwiczenie 4.3. Czy wzory C i D przedstawiają konstytucyjne izomery o-ksylenu? Dlaczego tak lub dlaczego nie?

C

D

4.4. Związki aromatyczne ulegają reakcjom podstawienia elektrofilowego

Odczynnikami elektrofilowymi albo po prostu elektrodami nazywamy obojętne cząsteczki lub dodatnie jony, które w procesie tworzenia wiązań wykorzystują pary elektronów znajdujące się przy atomach węgla.

Reakcjami elektrofilowymi nazywamy reakcje, podczas których cząsteczki związków organicznych reagują z elektrodami.

Rozróżniamy elektrodowe reakcje przyłączenia i podstawienia. Z elektrodowym przyłączeniem spotkaliśmy się już przy omawianiu reakcji kwasów z alkenami, chociaż wtedy nie zostało użyte określenie „elektrodowy”. Najprostszym przykładem elektroda jest jon wodorowy a najprostszym przykładem elektrodowego przyłączenia jest reakcja jonu wodorowego z etylenem:

CH₂ = CH₂+H⁺ -► CH3CH2

Nowe wiązanie OH utworzyło się podczas tej reakcji dzięki temu, że atom węgla z cząsteczki etylenu dostarczył pary elektronów, jest to zatem przyłączenie elektrodowe.

Przykładem elektrodowego podstawienia jest reakcja benzenu z kwasem azotowym. Jest to tzw. reakcja nitrowania. Jej produktami są związki nitrowe.

(Q) + HN0₃

H2SO4

H₂0

nitrobenzen

Z równania wynika, że nitrowanie jest reakcją podstawienia, ale na podstawie zapisu tej reakcji trudno byłoby się domyśleć, że chodzi tu o podstawienie elektrodowe. Dopiero bliższa analiza pozwala poznać istotne szczegóły wyjaśniające przebieg nitrowania.