路易斯結(jié)構(gòu)式由來(lái)

當(dāng)時(shí)已經(jīng)知道，在絕大多數(shù)情況下，氫總是呈1價(jià)，氧總是呈2價(jià)，氮總是呈3或5價(jià)，鹵素則在有機(jī)物中大多呈1價(jià)，在無(wú)機(jī)物中除呈1價(jià)，還呈3、5、7價(jià)等等。這種“化合價(jià)”概念是由英國(guó)化學(xué)家弗蘭克蘭（Frankland Edward）在1850年左右提出的。他總結(jié)了化合物中原子個(gè)數(shù)比的規(guī)律，并為元素周期性的發(fā)現(xiàn)做了鋪墊——元素化合價(jià)并無(wú)正負(fù)之分，同種原子的分子，例如，H₂其中的氫也呈1價(jià)，故氫分子的結(jié)構(gòu)式為H-H。

半個(gè)多世紀(jì)后的20世紀(jì)初，美國(guó)化學(xué)家路易斯（Gilbert Newton Lewis）把弗蘭克蘭結(jié)構(gòu)式中的“短棍”解釋為兩個(gè)原子各取一個(gè)電子配成對(duì)，即：“—”是一對(duì)共用電子，“=”是2對(duì)共用電子，“≡”是3對(duì)共用電子對(duì)。換句話說(shuō)，經(jīng)典的弗蘭克蘭化合價(jià)被解釋為原子能夠提供來(lái)形成共用原子對(duì)的電子數(shù)。路易斯還認(rèn)為，稀有氣體最外層電子構(gòu)型（8e^-）是一種穩(wěn)定構(gòu)型，其他原子傾向于共用電子而使它們的最外層轉(zhuǎn)化為稀有氣體的8電子穩(wěn)定構(gòu)型——八隅律。路易斯又把用“共用電子對(duì)”維系的化學(xué)作用力稱為共價(jià)鍵。后人稱這種觀念為路易斯共價(jià)鍵理論。

“—”表示共用一對(duì)電子，如H—O—H。

“=”表示共用兩對(duì)電子，如O=O。

“≡”表示共用三對(duì)電子，如N≡N。

弗蘭克蘭的“化合價(jià)”=Lewis的電子共用電子對(duì)數(shù)目。

1、柯賽爾的“八隅律”

認(rèn)為稀有氣體的8e外層是一種穩(wěn)定構(gòu)型，其他原子傾向于共用電子而使其外層達(dá)到8e外層，如H—O—H、H—C≡N。

2、成鍵電子與孤對(duì)電子的表示

成鍵電子=鍵合電子：指形成共價(jià)鍵的電子。

孤對(duì)電子：指沒(méi)有參與化合鍵形成的電子。

3、結(jié)構(gòu)式的表示：

鍵合電子：用線連

孤對(duì)電子：用小黑點(diǎn)

4、Lewis電子結(jié)構(gòu)式的局限性

按柯賽爾的“八隅律”規(guī)則，許多分子的中心原子周圍超出8e但仍然穩(wěn)定，如PCl₅、BCl₃。

要正確寫出共振結(jié)構(gòu)式，應(yīng)符合下列幾條規(guī)則：

① 共振結(jié)構(gòu)式之間只允許鍵合電子的移動(dòng)，而不允許原子核位置的改變。

② 所有的共振結(jié)構(gòu)式必須符合Lewis結(jié)構(gòu)式。

③ 所有的共振結(jié)構(gòu)式必須具有相同數(shù)目的未成對(duì)電子。以烯丙游離基為例：CH₂=CH-CH₂→CH₂-CH=CH₂。

④ 電子離域化往往能夠使分子更為穩(wěn)定，具有較低的內(nèi)能，為了衡量這種穩(wěn)定性，可以使用共振能。所謂共振能就是實(shí)際分子的能量和可能的最穩(wěn)定的共振結(jié)構(gòu)的能量之差，以苯分子為例。共振結(jié)構(gòu)中，共價(jià)鍵數(shù)目越多的，能量越低，越穩(wěn)定，它在雜化體中所占幾率較大。苯的真實(shí)結(jié)構(gòu)是由八種結(jié)構(gòu)式共振形成的共振雜化體，應(yīng)該指出，在上例中各式都應(yīng)是在一個(gè)平面上的正六邊形碳環(huán)，不可以有任何變化，這些共振結(jié)構(gòu)式實(shí)際上都是假設(shè)的結(jié)構(gòu)，它們之間的不同，僅在于電子分布情況同。因此，各共振式的能量不全相同。I和II式結(jié)構(gòu)相似，能量最低，其余共振式的能量都比較高，能量最低而結(jié)構(gòu)又相似的共振式在真實(shí)結(jié)構(gòu)中參與最多，或稱貢獻(xiàn)最大，因此，可以說(shuō)苯的真實(shí)結(jié)構(gòu)主要是I式和II式的共振雜化體。

⑤ 結(jié)構(gòu)式中所有的原子都具有完整的價(jià)電子層都是較為穩(wěn)定的。

⑥ 有電荷分離的穩(wěn)定性較低。

⑦ 負(fù)電荷在電負(fù)性較大的原子上的較穩(wěn)定。

路易斯結(jié)構(gòu)式共振效應(yīng)

共振效應(yīng)是共軛效應(yīng)的繼續(xù)和發(fā)展，共振效應(yīng)也包括共軛效應(yīng)和超共軛效應(yīng)。它們都是一個(gè)取代基通過(guò)π電子系統(tǒng)的報(bào)化效應(yīng)，在很多情況下，誘導(dǎo)效應(yīng)和共振效應(yīng)往往同時(shí)起作用，所以也常合并稱為電子效應(yīng)，但是它們不是一個(gè)概念。

路易斯結(jié)構(gòu)式共振論的應(yīng)用

共振論的應(yīng)用主要包括說(shuō)明有機(jī)化合物的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)兩個(gè)方面，在物理性質(zhì)方面可以用來(lái)說(shuō)明分子的極性（偶極矩）鍵長(zhǎng)，離域鍵、鍵能等，在化學(xué)性質(zhì)方面可以用來(lái)預(yù)測(cè)反應(yīng)的產(chǎn)物比較化合物酸堿性的強(qiáng)弱；判斷反應(yīng)條件穩(wěn)定，電荷的分布位置和解釋多重反應(yīng)性能等，但只應(yīng)當(dāng)適當(dāng)選用而不能過(guò)分強(qiáng)調(diào)它的應(yīng)用。總之，任何一個(gè)化學(xué)反應(yīng)是電子云的分布價(jià)鍵的變化和共振的結(jié)果所以解釋絕大多數(shù)化學(xué)或立體化學(xué)問(wèn)題時(shí)共振論，共價(jià)鍵論（價(jià)鍵和分子軌道理論）量子力學(xué)等理論要結(jié)合起來(lái)，要確實(shí)掌握共振的定量概念，因?yàn)?，它們相互補(bǔ)充也有它們的缺點(diǎn)，屬于共扼效應(yīng)有一些問(wèn)題，也是要運(yùn)用分子軌道理論方法來(lái)解決。用共振式來(lái)形式化地（定性地）描述電子離域化系統(tǒng)很方便，在實(shí)際用上很有價(jià)值，因此用仍很廣泛2100433B

中國(guó)開(kāi)發(fā)基于網(wǎng)頁(yè)的結(jié)構(gòu)式搜索方法有兩種：基于smiles的結(jié)構(gòu)式搜索和基于A試劑的結(jié)構(gòu)式搜索。

結(jié)構(gòu)式搜索基于SMILES的結(jié)構(gòu)式搜索

中國(guó)掌握的結(jié)構(gòu)式搜索方式多基于SMILES結(jié)構(gòu)分析，試圖通過(guò)SMILES文字比對(duì)的搜索方式，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)式搜索。不可否認(rèn)，這種搜索方式的有一定的用處。比較適合非專業(yè)的化工貿(mào)易人員。但在不規(guī)整或復(fù)雜的SMILES匹配過(guò)程中，很多化學(xué)試劑搜索不到。由于smiles字符串的原因，一些含炔類的化合物均搜索不到結(jié)果。

結(jié)構(gòu)式搜索基于Integle的結(jié)構(gòu)式搜索

Integle技術(shù)應(yīng)用分子指紋圖譜特征開(kāi)發(fā)的百萬(wàn)級(jí)在線結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)式搜索引擎， 其搜索結(jié)果準(zhǔn)確，比較適合化學(xué)家等終端用戶。對(duì)炔類結(jié)構(gòu)的搜索效果比smiles的方法有很大的改進(jìn)。

基于smiles的結(jié)構(gòu)式搜索和基于A試劑的結(jié)構(gòu)式搜索適合的用戶對(duì)像不同，搜索結(jié)果的準(zhǔn)確程度有所不同。一般來(lái)說(shuō)，基于A試劑的結(jié)構(gòu)式搜索適用范圍更廣，結(jié)果更準(zhǔn)確，適合化學(xué)家等專業(yè)需求較高的使用者。

結(jié)構(gòu)式搜索基于Structure API的結(jié)構(gòu)式搜索

Structure API提供了以分子指紋為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)搜索，并提供了更多關(guān)于結(jié)構(gòu)搜索的輔助功能，例如：標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品名轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)信息，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖自動(dòng)生成等，其中標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品名轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)信息方便了無(wú)結(jié)構(gòu)信息的用戶提交產(chǎn)品。

除了子結(jié)構(gòu)搜索，相似性搜索，使用Structure API的結(jié)構(gòu)搜索功能可以讓用戶在不使用畫(huà)圖工具的情況下同樣可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)搜索，例如：tert-Butyldimethylsilyl chloride這個(gè)產(chǎn)品，同時(shí)有同義名如以下：

1. chloro(1,1-dimethylethyl)dimethyl-silan

2. chloro-tert-butyldimethyl-silan

3. Chloro-tert-butyldimethylsilane

4. Dimethyl-tert-butylchlorosilane

如果用戶搜索以上同義名時(shí)，而網(wǎng)站中又未記錄下這些同義名，Structure API的結(jié)構(gòu)搜索會(huì)將這些同義名以結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行匹配，從而搜索到tert-Butyldimethylsilyl chloride，大大提高了客戶在您網(wǎng)站中的搜索命中率，從而避免丟失更多的商機(jī)。2100433B

1. 在科研中，結(jié)構(gòu)式圖形是化學(xué)家的工作語(yǔ)言。

2. 子結(jié)構(gòu)搜索能幫助合成化學(xué)家找到不同的起始原料，

3. 藥物化學(xué)家設(shè)計(jì)分子時(shí)，結(jié)構(gòu)式搜索能夠拓展思路。如通過(guò)相似結(jié)構(gòu)搜索能激發(fā)藥物化學(xué)家的設(shè)計(jì)靈感，幫助他們?cè)O(shè)計(jì)出更可行更多變的類似化合物。

4. 天然產(chǎn)物化學(xué)家在尋找類似物時(shí)，只要輸入母核，一次點(diǎn)擊即可馬上找到感興趣的結(jié)構(gòu)。

5. 分析化學(xué)家在尋找標(biāo)準(zhǔn)品時(shí)，常常根據(jù)具體結(jié)構(gòu)需要而定。

所以，CAS號(hào)搜索或化學(xué)名稱搜索只能給出單一的搜索結(jié)果，而結(jié)構(gòu)式搜索既能給出精確搜索結(jié)果（精確結(jié)構(gòu)式搜索），也能給出更多的相關(guān)搜索（子結(jié)構(gòu)搜索和相似結(jié)構(gòu)搜索）信息，是化學(xué)家的必備科研手段之一。

路易斯酸物理性質(zhì)

路易斯酸多具有超腐蝕性。氯化鋅，對(duì)纖維素具腐蝕性，是一個(gè)路易斯酸腐蝕性的典型例子。由于水顯路易斯堿性，多數(shù)路易斯酸會(huì)和水反應(yīng)并產(chǎn)生具有布朗斯特酸性的水合物。因此，很多路易斯酸的水溶液都是呈布朗斯特酸性的。水合物中的路易斯酸與水分子之間有強(qiáng)的化學(xué)鍵連系著，因此很難把路易斯酸水合物干燥，即是路易斯酸水合物通常是可分離出的化合物。例如，如果試圖加熱干燥金屬氯化物（路易斯酸）中的水分，則會(huì)生成氯化氫及其金屬的氫氧化物。

路易斯酸化學(xué)性質(zhì)

親電試劑或電子受體都是路易斯酸。路易斯酸通常含低能量LUMO（最低未占軌道），會(huì)與路易斯堿的HOMO（最高占有軌道）反應(yīng)。它與布朗斯特-勞里酸不同的是，路易斯酸并不一定需要有質(zhì)子（H ）的轉(zhuǎn)移，對(duì)路易斯酸理論來(lái)說(shuō)，所有親電試劑都可以叫做路易斯酸（包括H ）。雖然所有布朗斯特-勞里酸都屬于路易斯酸，但實(shí)際上路易斯酸這個(gè)名詞多指那些不屬于布朗斯特-勞里酸的路易斯酸。

路易斯酸的化學(xué)反應(yīng)活性可以用軟硬酸堿理論來(lái)判斷。科學(xué)家仍沒(méi)有知道路易斯酸“強(qiáng)度”的通用定義，這是因?yàn)槁芬姿顾岬膹?qiáng)度與其特有的路易斯堿的反應(yīng)特性有關(guān)。一個(gè)模型曾以氣態(tài)路易斯酸對(duì)氟離子的親合能來(lái)預(yù)測(cè)路易斯酸的強(qiáng)度，從而得出在常見(jiàn)可分離出的路易斯酸中，以五氟化銻的路易斯酸酸性最強(qiáng)。氟離子是“硬”的路易斯堿，氯離子及一些較“軟”的路易斯堿，以及溶液中的路易斯酸性，都受到計(jì)算復(fù)雜的限制而較難研究。