Mesomerie und Grenzstrukturen

Das delokalisierte π-Elektronensextett des Benzols (5.4.1) lässt sich mit einer einzigen Lewis-Formel nicht darstellen. Man zeichnet deshalb mehrere Formeln, die zusammen das reale Teilchen beschreiben.

• Grenzstrukturen:Lewis-Formeln mit gleicher Lage aller Atome, die sich nur in der Verteilung von π-Elektronen und freien Elektronenpaaren unterscheiden.
• Mesomeriepfeil ↔:verbindet die Grenzstrukturen. Keine davon existiert für sich; das reale Teilchen ist ein Zwischenzustand (mesomerer Zustand).
• Elektronenpfeil:gebogener Pfeil vom Elektronenpaar zu der Stelle, an der es danach sitzt (neue Bindung oder freies Elektronenpaar).

Verschiebe Elektronenpaare: Ziehe ein freies Elektronenpaar oder den zweiten Strich einer Doppelbindung auf ein markiertes Ziel (Tastatur: Tab zum Paar, Enter, Pfeiltasten zum Ziel, Enter). Die Leiste rechts zählt die Valenzelektronen jedes Atoms. Finde alle wichtigen Grenzstrukturen.

Halte fest: Wandert ein Elektronenpaar in eine Bindung, muss meist ein zweites Paar weichen — sonst hätte ein Atom zehn Valenzelektronen. Das Ethanoat-Ion und Benzol haben je zwei gleichwertige Grenzstrukturen; Grenzstrukturen mit Elektronensextett oder zusätzlichen Ladungen tragen wenig bei.

• Unverändert:Lage der Atomkerne, Anzahl der Elektronen, Gesamtladung.
• Oktettregel:C, N und O haben in keiner Grenzstruktur mehr als acht Valenzelektronen.
• Voraussetzung:konjugiertes System — π-Bindungen und freie Elektronenpaare an benachbarten sp²-Atomen, deren p-Orbitale in einer Ebene überlappen.
• Gewichtung:Eine Grenzstruktur trägt stärker bei, wenn alle Atome ein Oktett haben, wenige Formalladungen auftreten und negative Ladungen am elektronegativeren Atom sitzen.

• Befund:Im Ethanoat-Ion sind beide C–O-Bindungen gleich lang (ca. 126 pm), in Ethansäure dagegen C=O ca. 121 pm und C–O ca. 136 pm.
• Folge:Die delokalisierte Ladung stabilisiert das Carboxylat-Ion; Carbonsäuren sind deshalb viel saurer als Alkohole (pKs 4,8 statt ca. 16; vgl. 5.3.7).