有机化学-共振论全解

（3）反应达到平衡时，反应物与产物、不同产物的比例是由不同 化合物的自由能决定的。
动力学产物和热力学产物
（1）下面是呋喃与丁烯二酸酐的反应，可生成两种产物。一种为endo-产物，另种 为exo-产物。当温度比较低时，生成能量高的endo-产物；当温度高时，易生成 能量比较低的exo-产物。 （2）Endo-产物是动力学产物，exo-产物为热力学产物。两种产物是同时存在的。
CH2 CH2 CH CH . CH2 . CH2 . CH2 . CH2 CH2 . CH2 CH2 . CH2
X
（不等价的共振结构对杂化体的贡献是不同的，越稳定的共振结构对杂化体的贡献越大）
3.共振结构的稳定性规则
（1）第一周期元素（B，C，N，O）的价电子数绝不可以超过8。
+
H3C O H
X
Endo-产物
Exo-产物
中间体与过渡态
动力学稳定与热力学稳定
（动力学稳定、热力学稳定）
Bu-t t-Bu Bu-t Bu-t
（动力学稳定，热力学不稳定）
OH R OR'
（动力学不稳定，热力学稳定）
一个反应研究的故事
O OH O + O 0.4% mol Ru(dcbp)2(H2O)(OTf)2 10 bar H2, 12h Yield: 95% Solvent Free! O
[a] Reaction conditions: catalyst (0.004 mmol), 2a (1.5 mmol), 5a (1.0 mmol), 80 oC, 6 h, 2.0 mL of solvent was added if noted. [b] Based on 3a used, determined by 1H NMR using CH3NO2 as the internal standard. [c] 1b contains trace of impurity (see experimental section). [d] Reaction temperature 70 oC. [e] Reaction conditions: catalyst (0.002 mmol), 2a (3.0 mmol), 5a (2.0 mmol), 80 oC, 17 h.
H3C O H
（2）所有原子都具有完整价电子层的共振结构比其中有原子具有不完整价电子层的共振结构稳定。如 果共振结构中具有缺电子原子，那这个缺电子原子应该是电正性原子（C，B）， 而不应该是电 负性原子（N，O，卤素）。 （3）不带电荷的的共振结构比具有分离电荷的共振结构稳定 。 （4）对于带有电荷的共振结构来说，负电荷处在电负性强的原子上，正电荷处在电负性弱 的原子上更稳定。
如何画共振结构？
如何画共振结构？
如何画共振结构？
请判断哪一个共振结构稳定？
两个特例
热力学和动力学
有机化合物的反应能量和速率对反应机理有重要的影响。一个化学反应是否自发的 进行、反应速度的快慢、是否是可逆反应等都与反应式的能量及其反应速率有关。 1.自由能（△G)
反应式的自由能与焓和熵有关。△G=△Ho-T△So 从关系式可以看出自由能与反应所
O
O
R2
+
H2O
Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 2605-2609
背景：
O O R1 O R2 + AuCl3/AgOTf Solvent R1 O R2
J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 6884-6885 J. Org. Chem. 2005, 70, 5752-5755 Org. Lett., 2005, 7, 673-675
OH R R' + R1
O
O
Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 2605-2609
2+
N N X X N Ru
X OH2 OH2
.Y2
N
X
1a 1b 1c 1d
X = Cl, Y = OTf; X = Br, Y = OTf; X = Me, Y = OTf; X = Cl, Y = ClO4;
（以上规则的重要性依次降低）
请判断那个共振结构更稳定：
.. + MeO CH3
+
+
-
-
+
MeO CH2
Me2C O
Me2C O
（规则2 ，规则3）
Me2C O
（规则4）
（规则2 > 规则4）
4. 如何画共振结构？
如何画共振结构？
如何画共振结构？
如何画共振结构？
如何画共振结构？
如何画共振结构？
2+
N N Cl Cl N Ru
Cl OH2 OH2 . (ClO ) 4 2
N
Cl
1d
O O O + 2a 3a Cat.
O
4a
Entry
Catayst
Solvent
Yield (%)[b]
1 2[c]
1a 1a
Neat DCE
47 46
3[c]
4[c] 5 6 7 8 9[e] 10[f]
O
O R2 R + H2O
Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 793 –796
O O R1 O R2 + R3 H-mont n-Heptane, 150 oC H-mont R2 n-Heptane, 100 oC R1 R R' R1 R3 O O R2 + H2O O R2
O O R1 O R2 + CuBr/CoCl2 Solvent R1 O R2
J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 56-57 J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 1798
O R-OH + R1
O R2
InCl3 (5 mol%) Toluene, 80 oC, 15h R1
CH3+， NH4+ .CH3， BF3 （形式电荷都是+1价的，C是缺电子的而N不是） （都具有缺电子性，但都没有形式电荷）
B具有电正性，N具有电负性，BH4-，NH4+ 都是富电子原子。 CH3+，CH3I，H2C=O （C 都具有亲电性，但只有CH3+ 中的C 是缺电子原子）
MeO+=CH2 中的O 原子具有形式正电荷，但C原子具有亲电性
配合物1d催化的β- 二酮与烯烃的反应：
机理研究：
2+
+
N N Cl Cl N Ru
Cl OH2 OH2 . (ClO4)2 O + 2a O
N Cl Cl N
N Ru
Cl O O . (ClO4)- + HClO 4
N
Cl
N
Cl
1d
7
配合物7的晶体结构
Cl Cl N N Cl O Ru+ O N N Cl 4 7 3 .ClO4 + O OH ╳ O
2.共振式的书写规则：
（1）共振式间用 连接。
（2）书写共振式时，只允许电子移动，而原子核的位置不动。
+ +
CH2 CH2
CH CH
CH2
+
CH2 X CH2
CH
+
CH2 CH3
CH2
C
（3）所有共振式，都必须符合Lewis结构。
+
H3C O H
X
H3C O H
（4）所有共振式都必须有相等的未成对电子数。
[Ru(dcbp)2(H2O)](OTf)2: N N Ru N N OH2 OH2 . (OTf)2
O O R1 O R2 + AuCl3/AgOTf Solvent R1
O R2
J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 6884-6885 J. Org. Chem. 2005, 70, 5752-5755 Org. Lett., 2005, 7, 673-675
N
Cl
N
Cl
1d
7
OH +
O
O
O H
+
O + H2O
5a 4a
金属配合物催化与酸催化的动力学比较：
OH O O + 5a 4a O O
2a
100 90 80 70
Conv. (%)
60 50 40 30 20 10 0 0 0.5 1 Time (h) 1.5
1d-Catalyzed reaction
OH O + O 0.4% Ru(dcbp)2(H2O)2(ClO)4 ╳ Base
O
O
配合物1d催化的β- 二酮与醇的反应的催化机理：
2+ +
N N Cl Cl N Ru
Cl OH2 OH2 . (ClO4)2 O + 2a O N Cl Cl N
N Ru
Cl O O . (ClO4)- + HClO 4
1a
1a 1a 1b[d] 1c 1d 1d 1d
CHCl3
CH2Cl2 Dioxane Neat Neat Neat Neat Neat
47
34 0 46 39 49 37 34
[a] Reaction conditions: catalyst (0.004 mmol), 2a (1.5 mmol), 3a (1.0 mmol), 90 oC, 8 h, 2.0 mL solvent was added if noted. [b] Based on 3a used, determined by 1H NMR using CH3NO2 as the internal standard. [c] In reflux. [d] 1b contains trace of impurity (see experimental section). [e] Reaction temperature 80 oC. [f] Reaction conditions: catalyst (0.002 mmol), 2a (3.0 mmol), 3a (2.0 mmol), 100 oC, 16 h.
O O R1 O R2 + CuBr/CoCl2 Solvent R1 O R2
J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 56-57 J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 1798
O R-OH + R1
O R2
InCl3 (5 mol%) Toluene, 80 oC, 15h R1
OH O O + 5a
O
O
2a
4a
Entry
Catayst
Solvent
Yield (%)[b]
1
2
1a
1b[c]
Neat
Neat
71
66
3
4 5[d] 6 7 8 9[e]
1c
1d 1d 1d 1d 1d 1d
Neat
Neat Neat DCE CHCl3 Dioxane Neat
59
86 61 72 52 0 21
1.2共振论
1 、共振论(Resonance Structure)：For each σ bonding pattern, there are often several ways in which and nonbonding electrons can be distributed. These different ways are called resonance structures. （不同的共振式像是字母，和在一起才是一个单词）
1 、共振论
1.1.形式电荷
基本元素的形式电荷如图表1:
电正性、缺电子性、亲电性的区别
1、电正性或电负性是元素本身的性质，与元素的成键方式没有关系。吸引电子能力的 大小确定的。 2、缺电子性是指原子的价电子没有达到8电子结构时的性质。 3、亲电性: 原子有空轨道并且能量低。（可以与亲核试剂反应） 电正性、缺电子、亲电性、形式电荷等性质都是互相独立的 与化学反应性没有必然的关系！ 例如：
反应的快慢由活化能（ △G *）决定，与反应的自由能（ △G ）无关
活化能（△G＊）
活化能
过渡态
汽油 + O2
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25 oC
CO2 + H2O
O + H2O
OH OH
可逆反应与反应平衡
（1）当正反应与逆反应的速度相等时，反应达到平衡。 （2）达到平衡的反应是可逆反应。（K > 103 则视为不可逆， 某种产物脱离反应体系则反应不可逆）
O
O R2 R + H2O
Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 793 –796
O O R
1
O R2
O R
2
+
R3
H-mont n-Heptane, 150 oC H-mont R2 n-Heptane, 100 oC
R1 R3 O R1 R R' O
OH R R' + R1
处环境的温度有关的。（实际研究中常以△H代替△G ） 反应物的G
生成物的G
活化能（△G＊）
（1）过渡态与反应物之间的能量差是形成过渡态所必须的最低能
量,也是使该反应进行所需的最低能量,叫活化能。 （2）反应中能垒的高度即活化能的大小决定了一个反应的速度。
每一个反应都有它特有的活化能数值。
（3）通常活化能越小，反应越容易进行，反应速率也越快。