关于Lewis结构式、轨道杂化理论与共振式相关知识的简谈（教案） 下篇
关于上一节内容的一些补充说明
1.Lewis结构式一般是用来表达在分子内原子的连接情况的，并不一定可以代表真实的几何结构。譬如说，乙炔的结构式可写成直线形式，而其分子的空间结构也确实是直线形式。但是对于甲烷分子，在纸面上写成平面结构，但是实际的空间结构却是正四面体。而且上一节中所讲的Lewis结构式书写中必须遵循的八电子规则是有例外的，例如P、S的化合物。
2.讨论有机化合物时，除了上一节中提到的VBT，随着VBT的式微，MOT（分子轨道理论）对于反应的解释在国际上的知名教材里都很受欢迎，甚至有人在利用MOT去解释共振理论。但是我个人认为这种方法就挺离谱的。因为共振式不能算是完全的离域，它还是基于定域轨道的一种妥协，而MOT是所有的原子轨道都被重新组合，有点用做糖醋里脊的方法做红烧猪肘的感觉。我们在这里还是主要讨论lewis结构式、杂化、共振式、电负性这一套Pauling的内容。至于以MOT的视角深入了解有机化学，我认为需要同步学习福井谦一的FOT（前线轨道理论）才可以。
共振理论
单一的Lewis结构式不能完美解决所有分子的性质，于是共振理论应运而生。
例如对于苯分子而言，一个凯库勒式倘若严格按照Lewis结构式的标准来看，是有3个碳碳双键和3个碳碳单键的。但是众所周知，这种结构与真实情况并不符合。Pauling认为，苯这类分子的真实结构是由以下两种结构共振的结果：
而经过实验和计算，可知在苯环中的碳碳键键长是介于碳碳单键和碳碳双键之间的。换言之，可以看成，以以上两种化合物结构为“极端情况”下的折衷结构。
又如硝酸根：
与上面的苯的例子类似，硝酸根离子的真实结构中同样存在键长的平均化，以及电荷分布的平均化。
刚刚在上面的说明里讲到，共振理论是定域理论的一种妥协，这从何谈起呢？
共价键理论认为形成化学键的键合电子都被固定在了对应的两个原子之间，是为“定域键”。而共振理论尽管是基于定域，但是却用来解释离域现象（和共轭大π键类似），这点从上面硝酸根的例子就可以很好看出，电荷并不局限于某个特定位置的氧原子，而是整个体系中的氧原子都有一定的负电性（这点可以用Gaussian去算电荷分布看看）。所以共振论可以说是定域理论的一种妥协，也是一种自我修正，让Pauling这一套内容的适用面更广。
对于共振式的书写，有这么几个需要注意的点：
1.最重要的，互为共振式的结构的原子核位置必须是一样的，变化的只能是电子分布。换言之，原子的连接顺序不能变，A原子在第一个结构式里连接了B和C原子，那么在其余共振式里也必须连接B和C原子，但是单键、双键、三键以及哪个原子带什么形式电荷可以变。比如酮和烯醇就不能说互为共振异构，因为有一个氢核的位置变了。但是对于烯醇负离子和对应的碳负离子呢？这两者就是同一种物质的两个共振式了。
2.一个化合物，为了表达其真实结构，可能会有多种合理的共振式（这里的“合理”包括但不限于：没有两个带同电性的原子相邻、没有一个原子上带两个电荷、电性相反的原子尽量邻近、负电荷置于电负性大的原子上等）。不同的共振式对于化合物稳定性的贡献权重是不一样的。共振式本身越稳定，那么其对化合物稳定性贡献越大，那么化合物的真实结构也就与这个共振式越相近（别忘了，共振式只是一种“极限”结构）。
3.带形式电荷的共振式不如不带形式电荷的共振式稳定；形成共价键多的共振式稳定；满足八电子规则多的原子越多，共振式越稳定。
小练习
试写出碳酸根、叠氮酸根、重氮甲烷的共振式
正文到此结束，如果只是为了准备考试，下面的内容可以不看了
针对共振式的一点拓展认识
来源：《现代物理有机化学》笔记 第一章（2）共振论 - 想象中的文章 - 知乎
https://zhuanlan.zhihu.com/p/149427828
《现代物理有机化学》的作者就特别厌恶共振式，举了好几个打脸共振论的例子：
比如肽键
B结构告诉我们，C-N之间由于共振导致有双键导致难以旋转，而N上的形式电荷使N上的氢更容易形成氢键。
但现实中，实验发现反式的肽键更稳定，这是因为键偶极导致的。也就是说N上有部分正电荷的推论是不正确的。现代计算方法可以对分子和电子结构进行详细的分析，修正了之前的共振论结果。经典共振模型预测平面酰胺中的C-N键具有双键性质，C-O键则具有单键性质。因为C-N键在旋转90度之后共振被破坏，可以预测在这种垂直的情况下C-N 键将变长，而C-O键将变短。计算化学结果显示，在旋转后C-N键确实变长了，但是C-O键的键长却基本没有变化。此外，由计算得出的典型酰胺键上的电荷分布也不支持共振结构B。酰胺上的N 并不比氨基上的N带更多的正电荷，酰胺上的O也不比酮羰基上的O带更多的负电荷，所以共振式B几乎是不可能的。酰胺上的C带有相当数量的正电荷，和酮羰基的C一样。新的共振结构式：
最后针对VBT和MOT的一点个人看法
有些人觉得VBT不能解释包括为何氧分子具有顺磁性在内的这类事实，就认为MOT是永远的神，VBT是无用的。我认为这种想法是错误的。我的物理有机课老师李玉学老师说过，VBT在我们突破现有的计算力瓶颈后，是可以与MOT的可靠性相媲美的。而在基础知识的学习过程中，我也不认为每个人都能理解运用成键轨道、反键轨道、HOMO donate electrons to LUMO那一套，面对大多数有机物和反应机理的解释时，VBT都是站得住脚的，因此VBT还是认知有机化合物结构的基础知识，如同《逆战》之于架子鼓。总是嘲笑打《逆战》拯救了架子鼓班，但是你连《逆战》都打不好，还怎么说你会打鼓嘛！
