Resonans (kemi)

Wikipedia

Resonans är ett mycket vikigt begrepp inom kemin (huvudsakligen organisk kemi), vars betydelse för förståelse av denna vetenskap knappast kan överskattas. Resonans är ett teoretiskt begrepp som används som förklaringsmodell till stabilitet, struktur och egenskaper i kemiska föreningar. Begreppet introducerades av Linus Pauling 1929.

Genom att rita lewisstrukturer kan man ibland representera en och samma molekyl på flera olika sätt. Många gånger befinns energin för den faktiska molekylen vara lägre än till någon enskild av dessa lewisstrukturer – denna energisänkning benämns resonansenergi. Man talar då om att en resonanshybrid som ska uppfattas som en slags sammansmältning av alla de ingående formerna. Hybriden skiljer sig många gånger markant ifrån de enskilda till resonansen bidragande lewisstrukturerna. Ytterst är resonansen en pappersprodukt; ett sätt att anpassa de för människa lättförståliga lewisstrukturerna till den mycket komplexa underliggande kvantkemiska verkligheten där hybriden är den enda verkliga. Som sådan har resonansbegreppet visat sig ytterst användbar, applicerbar och är i det närmaste ett ofrånkomligt redskap för kemisten och tas tidigt upp i läroböcker för kemi. Resonans ska inte blandas ihop med tautomeri och kemisk jämvikt, som innebär brytande av och skapande av nya σ-bindningar.

Resonans uppkommer genom p-orbitalöverlapp i konjugerade π-bindningssystem, där elektronerna sprids ut över hela systemet s.k. delokaliserade elektroner. Både parade, oparade elektroner kan delta i resonansen. Resonans ger upphov till aromaticitet. Resonans i system med enbart σ-bindningar kallas hyperkonjugation, och är betydligt svagare än resonans i konjugerade π-bindningssystem.

Tre fall av resonans med resonanshybriden till vänster: I. Bensens två resonansformer – båda är likvärdiga, II. Acetatjonens två resonansformer – båda är likvärdiga, III. Pyrrol har fem olika resonansformer med laddningsseparation var av den första är vikigast se punkt b.

Resonans kan sägas föreligga om samtliga följande påståenden möts:

1. Alla till resonansen bidragande lewisstrukturerna – resonansstrukturerna (kanoniska former) måste vara teoretiskt möjliga och får inte bryta mot oktettregeln, de formella laddningarna måste vara korrekta etc.
2. Positionerna för alla atomer måste vara desamma (dvs. ha samma σ-bindnings nätverk), endast antalet bindningar alltså elektronerna får flyttas.
3. Alla i resonansen ingående atomer måste ligga i samma plan (eller nästintill).
4. Antalet opariga elektroner i resonansstrukturerna, måste vara lika.

Det är viktigt att poängtera att alla till resonansen bidragande former inte måste bidra till resonansen lika mycket. För om dessa mer bidragande former, stabilare former, kan sägas:

a. Resonansstrukturer med fler kovalenta bindningar är ofta stabilare än de med färre.
b. Oladdade resonansstrukturer är generellt stabilare än resonansstrukturer med laddningsseparation.
c. Resonansstrukturen med en negativ laddning på det mest elektronegativa elementet är generellt den stabilare. Motsvarande resonemang gäller för positiva laddningar.

[redigera] Referens

Michael B. Smith och Jerry March, March's Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure, Wiley-Interscience, 5th edition, 2001, ISBN 0471585890