Grenzformeln?Butadien?
Kann mir jemand diese Grenzstrukturen des Buta-1,3-diens erklären?
Wie kommen diese Grenzformeln zustande und was hat das mit den Regeln der Resonanz zu tun?
2 Antworten
Didaktisch wäre es besser, wenn die linke Formel (die, die dem Namen der Verbindung entspricht) in der Mitte stünde und die beiden anderen links und rechts davon.
Die beiden "mittleren" C-Atome (Nr. 2 und 3) haben je ein Orbital für eine pi-Bindung bereitgestellt, das jeweils für die Doppelbindung nach außen verwendet wird.
Das hindert die pi-Orbitale aber in keiner Weise daran, sich gegenseitig zu "sehen". Die Elektronen der Doppelbindungen können über die Einfachbindung hinweg zum Gegenüberliegenden pi-Orbital "hinüberschwappen". Solche Sachen sind übrigens bei winzigen Teilchen, bei denen sich die Quantenmechanik stark bemerkbar macht, der Normalfall.
Weil die Elektronen sich gegenseitig abstoßen, "schwappen" die Elektronen von der anderen Doppelbindung dann in dieselbe Richtung, was sie in Richtung des randständigen C-Atoms führt. Es ist denkbar, dass sämtliche pi-Elektronen komplett ein C-Atom weiterrutschen, dadurch ergeben sich die Grenzzustände mit den Ladungen aus der Abbildung. Üblicherweise schwappen sie aber nur einen Bruchteil dieser Strecke. Das ist das, was Mesomerie ausmacht.
Übrigens fehlt hier noch eine mesomere Grenzformel, nämlich die, wo die Doppelbindung ebenfalls in die Mitte gerutscht sind, die beiden "übrigen" Elektronen sich aber als einzelnes, ungepaartes Elektron an den beiden endständigen C-Atomen bemerkbar machen:
H H H H
| | | |
· C---C===C---C ·
| |
H H
Wie auf die mit den Ladungen. Nur dass hier keine Dipolbildung erforderlich ist.
Ebenso wie die Dipole handelt es sich um die Extrapolation einer bestenfalls im Ansatz realisierten Grenzformel. Bis zur Begründung des Gegenteils bleibe ich bei der Auffassung, dass es sich um eine mögliche Grenzformel handelt, die eben den Vorteil fehlender Dipole hat - eine solche Begründung wäre z. B. dass nach Experimenten radikalische Additionen eher an 2- als an 1-Stellung stattfinden.
Immerhin erfordert sie den 2. Anregungsmodus des Oszillators und von daher höhere Energie.
Der Punkt mit radiaklischen Addition ist mir nicht ganz zugänglich. Zumal bei niedrigen Temperaturen der Vinylanteil im Produkt sinkt (https://de.wikipedia.org/wiki/Polybutadien)
Funktionieren tut diese Formel aus zwei Gründen nicht.
1.) Die Mesomerie beruht auf HOMO/LUMO-Wechselwirkungen. Das HOMO einer Doppelbindung, kann mit dem LUMO der anderen Wechselwirken. Passiert das vollständig (der grenzfall), hat man die Doppelbidnung in der Mitte und getrennte Ladungen. Die beiden Elektronen aus dem HOMO bilden komplett die neue pi-Bindung. Daher bleibt ein leeres p-Oribtal zurück, was die positive Ladung verantwortet. Bei der anderen Doppelbindung werden, durch die "vollständige" Bindungsausübung des LUMOS, die HOMO-Elektronen in das äußere p-Orbital geschoben und bilden so die negative Ladung.
Für ein Biradikal müsste es SOMO/SOMO-Wechselwirkung geben was, wenn überhaupt, nur photochemisch funktioniert, da je ein Elektronen aus je einem HOMO in das LUMO angeregt werden müsste.
2.) Damit das Biradikal als mesomere Grenzstruktur in Betracht kommt, müsste die Multiplizität sich ändern (singulett zu triplett). Das funktinoniert bei Mesomerie auf Grund von Spinerhaltung nicht. Würde der Spin erhalten bleiben, würde sich das Molekül direkt, durch simple Radikalrekombination, zu Cyclobuten umwandeln
Was vielleicht nicht ganz aus meinem Post hervor geht ist, dass das Biradikal energetisch höher liegt, da das HOMO mehr Knotenebenen hat und damit sowieso als Mesomerestruktur wegfällt. Das ist ein Resultat der Lichtanregung.
Die Ladungen werden nur anders verteilt bzw sind über das komplette System verteilt. Der tatsächliche Zustand liegt irgendwo "dazwischen".
Jep, wollte es nicht sooo kompliziert halten.
Ich hätte das auch nicht geschrieben, wenn in der Aufgabenstellung nichts von "mesomer" stehen würde.
Naja, das mal beiseite...Ich glaube mittels Google, hätte der Fragesteller eine schnellere Antwort bekommen :)
Stimmt. Besonders unter Verwendung des Stichworts "mesomere Grenzformeln".
Wie willst du auf die "vierte" Gernzformel kommen? Das wird selbst mit Lichtanregung schwierig