В органічних молекулах подвійні зв’язки C=C можуть бути:

• кумульовані, тобто такими, які розташовані безпосередньо один за одним

пентадієн-1,2 CH₂=C=CH-CH₂-CH₃

• спряжені, тобто розділеними одним одинарним зв’язком

пентадієн-1,3 CH₂=CH-CH=CH-CH₃

• ізольовані, тобто розділеними двома або кількома одинарними зв’язками

пентадієн-1,4 CH₂=CH-CH₂-CH=CH₂

Потрійні зв’язки -C≡C- також можуть виявитися спряженими або ізольованими.

У молекулах зі спряженими зв’язками дійсний розподіл електронної щільності є проміжним між розподілами в двох або декількох класичних формулах. Це положення є основоюі теорії мезомерії, яка описує електронну будову хімічних сполук зі спряженими хімічними зв’язками.

Стан мезомерії можливий, якщо є наступні структурні передумови:

1. Наявність спряжених кратних, особливо подвійних зв’язків -C=C- або кратних зв’язків -C=G:

…-C=C-C=C…; …-C=C-C=O; …-C=C-C≡N

2. Наявність подвійного зв’язку, спряженого з електронною парою атома гетероелементу

…-C=C-Cl:

Просторовою умовою виникнення мезомерії є розташування відповідної системи зв’язків в одній площині. Сутність мезомерії полягає в тому, що π-електрони спряжених подвійних зв’язків знаходяться не між атомами карбону з подвійним зв’язком, а на відміну від σ-електронів більш-менш рівномірно розподілені по всій мезомерній системі зв’язків, тобто делокалізовані. При такій делокалізації вивільняється енергія мезомеризації, а отже, мезомерна система повинна бути більш стійкою.

Приклад. Отримати ненасичений цикл циклогексатриєну, молекули якого містять кільцеву систему з трьома зв’язаними подвійними зв’язками (1 і 3 формули), не вдається, в дійсності утворюється відносно більш насичений і більш стійкий бензен (2 формула) – родоначальник ароматичних сполук. Шість π-електронів циклогексатриєну при значному виграші енергії рівномірно розподіляються (делокалізуются) по всій кільцевій системі (зв’язуючі молекулярні орбіталі π-електронів представляють собою просторове кільце, розташоване над і під площиною молекули)

Таким чином, виникає мезомерна (в даному випадку – ароматична) система зв’язків. У циклооктатетраєні (замкнута циклічна система з чотирма подвійними зв’язками) мезомерії бути не може, оскільки молекула не є плоскою, а має конформацію “ванни”. Дійсна будова бензену (2 формула) є проміжною між будовою показаною 1 і 3 формулами. Звичайно, у багатьох випадках можна користуватися класичним (традиційним) зображенням молекули бензену у вигляді формули 1 або рівнозначної їй формули 3, замість реальної формули 2. Такі формули, як 1 і 3 для бензену, які при накладенні призводять до мезомерної структури, називаються граничні формули. Мезомерну структуру зазвичай зображують двома граничними формулами, через двостороннью стрілку (↔):

Мезомерну стрілку (↔) не можна замінювати на знак оборотності (⇄). В мезомерній системі зв’язків немає хімічної рівноваги між різними молекулами, і мезомерна система існує тільки як один вид молекул, будова яких є однаковою і знаходиться між зазначеними граничними формулами.

Граничні формули можуть бути записані у формі, що відображає полярність молекули. Наприклад, дійсна будова вінілхлориду (формула 6) відповідає помужному стану молекули, між неполярною граничною формулою 4 і полярною граничною формулою 5:

Полярна гранична формула 5 вінілхлориду є наслідком від неполярной формули 4: атом хлору передає один електрон на сусідній атом карбону і його електронна пара стає зв’язуючою, при цьому атом хлору набуває позитивний заряд. Передача електрона (позитивний мезомерний ефект) відбувається через сусідній (з атомом хлору) атом карбону до кінцевого атома карбону, який здобуває негативний заряд. Такі електронні зміщення показані загнутими стрілками в реальній формулі 6 для вінілхлориду.

В бутадієні-1,3 чотири π-електрони обох подвійних зв’язків розподілені по загальній спряженій системі зв’язків. Реальний стан зв’язків описується трьома граничними формулами

з яких неполярная формула 7 вважається класичним графічним зображенням молекули бутадієн-1,3.

Для нітрогрупи NO₂ і карбоксилат-іону COO^– граничними формулами будуть:

При хімічних реакціях мезомерна (тобто дійсна) будова під впливом реагенту-партнера може наближатися до однієї з граничних формул.

---