Chociaż jon fenolanowy ma więcej struktur rezonansowych (4) niż jon octanowy (2), octan jest bardziej stabilny, ponieważ ma dwie równoważne struktury rezonansowe o tej samej energii.
Dlaczego posiadanie równoważnych struktur rezonansowych dać większą stabilność? Czy związek o większej strukturze rezonansowej nie powinien być bardziej stabilny?
Jedną ważną rzeczą, którą należy wiedzieć, jest to, że to, co nazywamy „strukturą rezonansową”, jest produktem ubocznym naszej notacji chemicznej, która nie może skutecznie opisać struktury niektórych związków przy użyciu tylko jednej struktury chemicznej. Osobiście uważam, że bardziej odpowiedni jest stary termin struktura mezomeryczna ( mezo- greckie mésos w środku; -meryzm z gr. Merismos "dzielenie, podział "), ponieważ rezonans jest już używany w fizyce do zjawiska, zjawiska rzeczywistego, które nie ma nic wspólnego z rezonansem w chemii. Ponadto związek nie zmienia w sposób ciągły swojej struktury między możliwymi strukturami rezonansowymi, jak wydaje się sugerować termin rezonans, ale jest związkiem „normalnie ustalonym”, który po prostu ma rozkład elektronów, którego nie można opisać pojedynczą strukturą chemiczną.
Dlaczego posiadanie równoważnej struktury rezonansowej zapewnia większą stabilność?
Energia rezonansu wynika z delokalizacja elektronów , więc im więcej elektronów jest zdelokalizowanych w cząsteczce, tym wyższa jest energia rezonansu (oznacza to spadek całkowitej energii cząsteczki). Jest to jasne w przypadku jonu octanowego - możemy narysować hybrydę rezonansową w następujący sposób:
Tutaj elektrony są równo rozmieszczone (zdelokalizowane) między dwoma atomami tlenu.
Jednak w przypadku niektórych związków rzeczywista struktura nie zawsze jest strukturą znajdującą się dokładnie pośrodku różnych struktur rezonansowych; pierwsze założenie jest prawdziwe tylko wtedy, gdy dwie struktury są dwiema równoważnymi strukturami. Może się więc zdarzyć, że elektrony nie są dobrze zdelokalizowane między wszystkimi atomami, stąd energia rezonansu jest niższa, a więc ogólna stabilność.
W przypadku jonu fenolanowego myślę, że pierwsza struktura na rysunku 2 daje większy wkład w ostateczną strukturę jonu fenolanowego, więc elektrony nie są dobrze zdelokalizowane, ale jeśli się nie mylę są głównie w atomie tlenu. Niestety nie mogę znaleźć energii różnych struktur rezonansowych.
Na koniec uważam jednak, że należy zbadać każdy przypadek, jeśli liczba struktur rezonansowych lub ich wkład są determinujące ogólna energia rezonansu uwzględniająca wartościowość i elektroujemność zaangażowanych atomów.
Stabilność można oszacować na podstawie liczby struktur rezonansowych, które można narysować. Dla jonu octanowego istnieją 2 struktury rezonansowe, natomiast dla formy protonowanej (kwas octowy) możliwa jest tylko jedna struktura, która sprzyja deprotonowaniu. Dla jonu fenolanowego można sformułować 4 struktury, z ładunkiem ujemnym zdelokalizowanym do pierścienia benzenowego. W przypadku fenolu można również narysować 4 struktury, chociaż 3 z nich mają dodatni ładunek formalny w tlenie. Dlatego fenol jest słabo kwaśny i dość kwaśny jak na alkohol.
Edytuj: Treść tego posta może również pomóc w zrozumieniu różnych kwasowości fenolu i kwasu octowego: Dlaczego kwas etanowy jest bardziej kwaśny niż fenol?