2016年，共享單車的興起將共享的概念帶入了人們的視野。2017年，共享經(jīng)濟進一步發(fā)展壯大，涉及行業(yè)不斷增加，如共享單車、共享汽車、共享雨傘、共享充電寶等。同年，共享入選“2017年度中國媒體十大流行語”。其實，在有機化學(xué)領(lǐng)域也有“共享理論”——共振論。那什么是共振論？共振論對于有機反應(yīng)機理又有什么重要的作用呢？

1 共振論 

通過介紹苯的結(jié)構(gòu)，我們可以更直觀的了解共振論的定義。弗里德里?！?/span>凱庫勒于1865年提出了苯環(huán)單、雙鍵交替排列、無限共軛的結(jié)構(gòu)，即現(xiàn)在所謂“凱庫勒式”。關(guān)于凱庫勒悟出苯分子環(huán)狀結(jié)構(gòu)的經(jīng)過，一直是化學(xué)史上的一個趣聞。據(jù)說靈感來自于他自己的一個夢。一天夜晚，他在書房打瞌睡，眼前有出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的碳原子。碳原子長鏈像蛇一樣盤繞卷曲，忽見一條蛇咬住自己的尾巴，并不斷旋轉(zhuǎn)。他像觸電般地猛然醒來，接著整理苯環(huán)結(jié)構(gòu)的假說，并最終提出了“凱庫勒式”。后來，他又對這一結(jié)構(gòu)作出解釋說環(huán)中雙鍵位置不是固定的，可以迅速移動，所以造成6個碳等價。

      但還有一個問題需要解釋，為什么苯環(huán)的上的單雙鍵位置不是固定的？因為我們知道化合物的共價鍵是十分穩(wěn)定的，一般只有在反應(yīng)過程中才會出現(xiàn)鍵的變化。也就是說化學(xué)鍵的變化一般會導(dǎo)致化合物的變化，但苯環(huán)的結(jié)構(gòu)卻十分穩(wěn)定。1928年，萊納斯·鮑林（PS：唯一曾兩次獨享諾貝爾獎的得獎?wù)撸┦紫忍岢隽斯舱竦母拍睿?strong>共振論對于結(jié)構(gòu)無法用一個經(jīng)典結(jié)構(gòu)式來表達的分子、離子或自由基，可以通過若干經(jīng)典結(jié)構(gòu)式的共振來表達其結(jié)構(gòu)。

利用共振論我們可以更好的解釋苯環(huán)的結(jié)構(gòu)：苯的六個碳的電子為p軌道，經(jīng)過共振雜化，即為一環(huán)狀軌道。這即解釋了苯環(huán)的六個碳等價的問題，也解釋了苯環(huán)中單雙鍵不固定的問題，因為苯環(huán)的C-C鍵即不是單鍵也不是雙鍵而是介于單雙鍵之間的一個狀態(tài)。換一種說法就是，苯環(huán)的中的6個碳，除了自身兩兩成鍵以外，每個碳原子都給出一個π電子形成電子云，所有碳共享這個電子云軌道。共振論中的“共振”與物理學(xué)中傳統(tǒng)的物理學(xué)的共振概念有很大差異，這里的共振是指電子離域，在離域體系內(nèi)所有中心原子共享離域電子的現(xiàn)象。

2 共振結(jié)構(gòu) 

單獨用結(jié)構(gòu)式A或B都不能正確表示二甲亞砜的結(jié)構(gòu)，基于共振論我們知道二甲亞砜的真實結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)式A和B的加權(quán)平均，稱作共振雜化體，而結(jié)構(gòu)式A和B則被稱為二甲亞砜的共振結(jié)構(gòu)。同理C和D則是苯的共振結(jié)構(gòu)。

需要注意的是，共振結(jié)構(gòu)并不存在，真實粒子也并非這些共振結(jié)構(gòu)的混合物或是平衡體系，所以二甲亞砜的真實結(jié)構(gòu)既不是A也不是B，更不是一會A一會B。這也是共振結(jié)構(gòu)與異構(gòu)體的本質(zhì)區(qū)別。此外，共振結(jié)構(gòu)只考慮p電子和未共享電子的轉(zhuǎn)移，不考慮s鍵的變化，例如丙酮的共振式（PS：共振式之間用雙箭頭表示）。而涉及到s鍵變化的互變不是共振，而是異構(gòu)，如丙酮的酮-烯醇互變異構(gòu)（PS：異構(gòu)體之間用兩個平行反向的單箭頭表示）。

  畫簡單分子的極限結(jié)構(gòu)時，可以遵循以下的方法：（1）數(shù)出總價電子數(shù)；（2）畫出鍵連順序，先假設(shè)所有鍵都為單鍵；（3）依照八隅體規(guī)則為周邊原子補充電子；（4）將總價電子數(shù)中剩下的電子分配到中心原子上，若不滿足八隅律，則：（5）在一個鍵中加入多重鍵（雙鍵、叁鍵），直至滿足八隅律——畫出一個極限結(jié)構(gòu)；（6）將多重鍵應(yīng)用到其他鍵中，畫出其他極限結(jié)構(gòu)。

以吡咯為例：（1）吡咯有6個價電子，其中每個C提供一個價電子，氮提供一對價電子；（2）假設(shè)所有鍵都是單鍵（I）；（3）將價電子分配到中心原子上（II）；（4）加入雙鍵，使所有碳、氮原子滿足八隅體結(jié)構(gòu)，如III為C1-C2、C3-C4成雙鍵后的結(jié)構(gòu),IV為C1-N、C2-C3成雙鍵后的結(jié)構(gòu)（C1-N成雙鍵后氮外圍多出一個電子，需要將電子轉(zhuǎn)移到C4上）。

3 共振結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

根據(jù)情況不同，每一個共振結(jié)構(gòu)對雜化體（分子真實結(jié)構(gòu)）的貢獻程度不同，越穩(wěn)定的共振結(jié)構(gòu)對于對分子真實結(jié)構(gòu)的貢獻越大。與判別Lewis結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的原則相同，包括以下四條：（1）硼, 碳, 氮, 氧等滿足八隅體規(guī)則的共振結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定；（2）電中性共振結(jié)構(gòu)較電荷分離的共振結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；（3）電負性原子帶負電荷，電正性原子帶正電荷較穩(wěn)定；（4）規(guī)則1的影響較規(guī)則2和3都大。

實例1：共振結(jié)構(gòu)B中電負性大的氧帶正電荷，顯然沒有共振結(jié)構(gòu)C穩(wěn)定（規(guī)則3）。

實例2：雖然共振結(jié)構(gòu)D中正電荷在電正性更強的碳原子上（規(guī)則3），但共振結(jié)構(gòu)E所有原子都滿足八隅律（規(guī)則1），所以E比D更穩(wěn)定（規(guī)則4）。

實例3：雖然共振結(jié)構(gòu)F不帶電荷，但硼原子外層只有6個電子不滿足八隅律，而共振結(jié)構(gòu)G所有原子都滿足八隅律，所以G比F穩(wěn)定（規(guī)則4）。

實例4：I中帶正電荷的碳為叔碳其電正性大于H中帶正電荷的伯碳（PS：由于與叔碳相連的供電基更多，叔碳比伯碳更容易給出電子，即電正性更大），所以。I比H穩(wěn)定（規(guī)則3）。

實例5：氧比碳電負性大，所以氧上帶負電荷更穩(wěn)定，即J比K穩(wěn)定（規(guī)則3）。

實例6：共振結(jié)構(gòu)N中的帶正電荷的碳與甲基相連，電正性最強，所以N最穩(wěn)定（規(guī)則3）。

實例7：P中帶正電荷的碳與甲基相連，電正性最強，所以P最穩(wěn)定（規(guī)則3）。

4 共振論在有機機理中的應(yīng)用

利用共振論，可以解釋很多關(guān)于有機反應(yīng)機理的問題，如比較反應(yīng)活性、預(yù)測反應(yīng)產(chǎn)物、解釋化合物的反應(yīng)性等。共振論能定性地說明一些有機反應(yīng)機理，其最大優(yōu)點是簡明、直觀，但也存在一定程度的任意性和主觀性。隨著現(xiàn)代共振論的不斷發(fā)展，它在有機機理中的應(yīng)用會越來越廣泛。

實例1：解釋酮的羰基碳具有親電性，容易受親核試劑進攻。由于共振結(jié)構(gòu)C比B穩(wěn)定，即C對于酮的真實結(jié)構(gòu)貢獻大，所以酮的羰基碳會帶更多的正電荷，具有親電性。

實例2：預(yù)測芳香族親電取代反應(yīng)的主要產(chǎn)物。酚羥基是一個強的鄰、對位定位基。從共振式中可看出，苯酚的負電荷集中在鄰、對位，所以親電取代反應(yīng)主要發(fā)生在鄰、對位。

實例3：為什么腈水解既可用堿催化，又可用酸催化?根據(jù)腈的共振式，氰基中的碳具有親電性可以與堿作用；而氮具有親核性可以與酸作用，所以腈水解既可用堿催化，又可用酸催化。

實例4：通常情況下，烯烴的端位碳是親核的，為什么富烯（fulvene）的端位碳具有親電性？根據(jù)富烯共振式，我們發(fā)現(xiàn)第二個共振結(jié)構(gòu)具有芳香性（五元環(huán)上有6個π電子），所以更穩(wěn)定，即端位碳具有親電性。而普通的烯烴如1-丁烯則相反，由于端位碳電負性更大（非端位碳連接更多供電基，更容易給出電子，電正性大），所以端位碳帶負電荷更穩(wěn)定，即端位碳是親核的。