UKChO化学竞赛知识点解析：共振式(resonance)在有机化学中的应用

参加UKChO化学竞赛时，你是否曾被一些“看似不确定”的分子结构困扰？面对题目中那些共振式，是否难以把握其背后的真实含义与判分要点？

理解共振，不仅是记住规则，更是建立一种动态的电子思维方式。它将成为你面对复杂题目时，一把化繁为简的“超级钥匙”。

让我们一起，揭开共振式的神秘面纱，直击UKChO化学竞赛核心考点👇

UKChO化学竞赛知识点解读

Resonance共振式的相关知识在无机化学中就已经涉及到，简单来说，在已知物质结构的前提下，resonance就是将lone pair electrons（以下简称lp）和π bond之间互相转化，并满足总bond数和lp数不变，以及formal charge不能超过1等限制条件。如N₂O（笑气）的稳定的resonance有：

但是请注意，有一些不满足resonance限制条件的共振式并不是不能存在，它们只是因为能量太高而存在时间很短，在有些反应中会涉及到这种不稳定的、只能存在很短时间的resonance，如：

因为ion的不稳定性（或者说reactivity）就来自于charge，那么ion的charge越是分散，该ion就越稳定。Ion charge的分散，一个重要的原因就是来自于charge可以被resonance分散到几个atom上，从而实现charge的分散。

✅Ion的稳定性可以影响以下几个方面：

1. 物质的酸性或碱性

一个有酸性的物质的酸性强弱（给出H+的能力）是很难直接看出来的， 必须分析它的conjugate base（以下简称cB）的碱性。

而cB的ion的负电荷越是分散，它给出lone pair结合H+的能力就越弱，碱性就越弱，那么它的conjugate acid（以下简称cA）的酸性就越强。比如：

Carboxylic acid之所以有酸性，就是因为它的conjugate base（carboxylate）因为共振将负电荷分散到了两个O上，电荷分散，所以碱性弱：

诸如RSO₂OH的acid叫做磺酸，统统都是strong acid，这是因为磺酸发生ionisation之后形成的conjugate base的负电荷因为共振而分散在了3个O上：

2. 判断一个leaving group是不是容易离去（被取代），最重要的影响因素就是看这个leaving group离去之后形成的particle（ion或molecule）是否稳定。

如果离去后形成的是ion，那么能不能通过resonance分散charge就成了ion稳定性的关键，如：

因为上文已经论证过，磺酸根因为resonance分散charge都是稳定的ion，那么磺酸根都是好的leaving group，这个反应可以用来将-OH（很差的leaving group）取代为-Cl或别的group：

这道UKChO真题可以确定的推出Q和R的结构就是如图所示的样子。既然如此，反应的机理就必然是如下图所示：

那么问题来了，为什么⬆这种ion可以做leaving group呢？我们必须通过resonance的方法分析charge的分散情况：

虽然说这些resonance的稳定性各有差异，但是负电荷大致还是能分散在5个atom上，所以该ion很稳定，虽然从未见过，但肯定是一个很好的leaving group，很容易被取代掉。

当反应的中间体存在着不止一个稳定的resonance时，那么反应就会有不止一种产物，或者说，反应就会产生出一些非常规的产物出来。比如共轭双烯的加成反应：

因为反应的中间体carbocation因为共振的原因会产生两种carbocation，所以反应也会相应的产生两种产物。

在使用偶氮制备偶氮染料的反应中：

反应物的两个N之间明明是triple bond，到了产物中却变成了double bond。这是因为反应物发生了共振：

共振出了6个e的N，做electrophile进攻苯环，最后连在一起，所以最终产物中两个N之间是双键。6个e的resonance的确不稳定，可是稳定的resonance（左边的那一个）没有亲电性不能发生反应，那么共振出来的高能的6e的共振式就会进攻引发反应。

✨UKChO化学竞赛真题有也有类似情形：

在形成I的反应中，常规的反应是C₆H₅O-做nucleophile进攻丙酮：

可是产物的结构无论如何也和最终产物（BADGE）对不上。此时，我们就应该想到，是不是发生了resonance，并且按照最终产物BADGE的结构推断可能是哪一种resonance：

机理书写到这一步，反应已经确定了。之所以会产生BADGE那样的最终产物，是因为酚氧负离子共振成了醌式，由醌式发起进攻产生的。

综上所述，resonance在有机化学的深入学习中极其重要。有机化学的技巧除了书写mechanism的方法外，就数resonance的用途最广泛了。

因此，在有机化学的学习中，必须熟练掌握各种resonance的书写方法以及应用resonance来分析各种有机化学的问题。

UKChO化学竞赛培训课程