2、共轭效应(C效应): (1)、共轭效应(C效应)的定义:
在共轭体系中由于π电子离域而不是定域的,电子云密度平均化,体系内能降低,因而更加稳定,这种在共轭体系中原子之间的相互影响的的电子效应叫共轭效应。 (2)特点:
①、共平面性 共轭体系中各σ键必须能在同一平面上,参与共轭的p轨道才能互相平行交叠; ②、键长平均化 共轭链愈长,单键双键的键长愈接近。苯环中键长完全相等;
③、能量降低 降低的能量叫共轭能,如丁二烯为14.6kJ/mol;苯为 151kJ/mol;萘为 255kJ/mol; ④、折射率较高 紫外吸收λmax变长;
⑤、共轭效应只存在共轭体系中,而且只沿共轭体系的共轭链传递,无论共轭体系有多大,C效应都能传递到共轭体系末端,而且不因传递距离增加而减弱,在共轭体系中的原子依次出现电荷呈正负交替分布。 (3)分类:
①、π-π共轭与p-π共轭;
π-π共轭:如 1,3丁二烯 CH2=CH—CH=CH2 ∏44 、苯 ∏66 p-π共轭:
多电子体系:如 氯乙烯 CH2=CH—Cl ∏34
等电子体系: 如 烯丙基游离基 CH2=CH—CH—CH2· ∏33 缺电子体系: 如 烯丙稀基正离子 CH2=CH—CH—CH2+ ∏32 ②、供电子共轭效应(+C)与吸电子共轭效应(-C)。
Ⅰ、供电子共轭效应(+C):
含有电子对的元素连在共轭链的一端,使共轭电子背离该含有电子对的元素离域,在共轭键出现δ+、δ- 交替传递的现象叫供电子共轭效应(+C效应)。一般存于p-π共轭中。
??CH2??CHCl(+C)例如:
在p—π共轭体系中,与双键相连的X是具有未共享电子对的原子或原子团时,它表现出供电子性能,由它所引起的使共轭体系的π电子云向双键方向转移,为+C效应。p电子朝着双键方向转移,呈供电子效应(+C)。
卤素,羟基,氨基,碳负离子等与双键直接相连时,X. O. N .C等原子的孤对电子对与π键共轭。由于是由一个原子向共轭体系提供两个电子,相当于使π电子密度增大,所以有给出电子的能力,称为+C效应。一些原子或原子团的+C效应强度顺序:
-F > -Cl > -Br > -I ; -OR > -SR ; -O- > -S- ;
-O- > -OR > - +OR2 ; -NR2 > -OR > -F
Ⅱ、吸电子共轭效应(-C):
电负性大的元素接在共轭链的端上,使共轭电子向电负性大的元素端离域,在共轭键出现δ+、 δ- 交替传递的现象叫吸电子共轭效应(-C效应)。一般存于π—π共轭中。
??CH2??CH(-C)??CH??O
C=O、C=NH、C≡N连在共轭链的端上,有-C效应。强弱:C=O >C=NH>C=C ;=O > =S ③、静态共轭效应(Cs,分子固有的)与动态共轭效应(Cd,反应的瞬间);
例如:1,3-丁二烯:基态时静态共轭效应Cs表现为体系能量降低,电子云分布趋于平均化,键长趋于平均化。
例如:Cd反应时有外界电场的影响,电子云沿共轭体系发生转移,而出现电荷正负交替分布的状况。
??CH2
??CH??CH??CH2+H+CH2CHCH+CH3
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④、超共轭效应(C’)
其特点是:
答:A。
(3)σ—π,σ—p超共轭—C(CH3)3在苯环上的定位效应及致活效应均小于CH3,是由于—CH3与苯环有3个σ—π超共轭效应。σ—p超共轭可用来解释游离基及碳正离子的稳定性次序。例如,
(4)、超共轭效应(C’):
①、超共轭效应的定义:
凡是α-碳原子上C-Hσ键与π键或p空轨道(或带一个单电子的p轨道)之间产生微弱重叠(部分轨道重叠),形成一个整体的共轭叫超共轭效应。但这种电子效应不如共轭效应,这是一种弱的电子效应。
②、σ-π超共轭效应:
α-碳原子上C-Hσ键与π键的p轨道可侧面交盖,σ键的电子偏离原来的轨道,倾向于π键规定。
HHCCHCH2H例如:,
CH3CHCH-
CH+
CH-
CH+
CH2-
δ+ δ δ δ δ δ
结果使C-C变短,α-C-H键的数目越多,超共轭效应越强,相应的烯烃就越稳定。
若应用σ-π超共轭效应,则不仅说明甲基是推电子的,同时加深了对这一经验规则的深入理解。再如,丙烯的甲基比丙烷的甲基活泼的多,在液氨中丙烯中甲基的H易被取代,丙烷中甲基的H不易被取代。 ③、σ—p超共轭效应:
当烷基与正离子或游离基相连时,C-H上电子云可以离域到空的p空轨道或有单个电子的p轨道上,使正电荷和单电子得到分散,从而体系趋于稳定,称做σ-p超共轭体系。
HCCH3CHCH3H例如:乙基碳正离子即为σ-p超共轭体系
α-碳原子上C-Hσ键与p空轨道(或带一个单电子的p轨道)有微弱交盖,电子离域。 能形成σ—p超共轭效应:一般是碳正离子和碳自由基。
参加σ-p超共轭的α-碳原子上C-H数目越多,正电荷越容易分散,碳正离子就越稳定。
自由基德单电子容易分散,碳自由基就越稳定。
例如:碳正离子的稳定性:(CH3)3C+ >(CH3)2CH+ >CH3CH2+ >CH3+
碳自由基的稳定性:(CH3)3C · >(CH3)2CH · >CH3CH2 · >CH3 ·
特点:超共轭效应只存在于含C-Hσ键的粒子中,且是供电子效应即+C效应,强度与C-Hσ键数目成正比;作为给(或斥)电子基团,产生供电子诱导效应(+I),强度与C-Hσ键数目成正比。
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例如1:
R CH3 CH3CH2 (CH3)2CH (CH3)3CH H K相对 100 92 87 73 6.8 +I小大+C'大小给电子大小
例如2:马氏规则 这也是σ-π起主导作用
5个α-C-HCH3CHCH2CH2CH3Br-CHCHδ+CHCHδ-CH3CHCH2CH2CH332CH3H+(主要, 稳定)Br主要3α-H2个α—HCH3CH2CHCH2CH3CH3CH2CHCH2CH34个α-C-HBr(次要, 不太稳定)次要
(5)、共轭效应对化学性质的影响: ①、酸碱性:
影响羧酸的酸性大小。
OO-0.5RCOHRC+H+O-0.5
而醇羟基中无共轭效应,其酸性极弱。
通常降低胺的碱性:
ONH2RCNH2
芳香胺比脂肪胺碱性弱
②、加成方向:
XCHCHδ+CHδ-2+H+X-CH3CH+2CH3X-3CH3CHCH3
烯键末端具有亲核性,反应为亲电加成反应。 δ+δ-CHCHδ+-2CHOδ++NaHSO3-CH2CH2CHONaSO3-
-C效应使烯酮具有亲电性,反应为亲核加成反应。 3、共轭效应和诱导效应的比较: (1)、共轭效应和诱导效应的异、同: 诱导效应 共轭效应(π-π共轭与p-π共轭) 起因 原子电负性差异(键的极性) 共轭 存在 只要在σ键 共轭体系 传递方式 (静电)诱导 共轭 传递路线 沿σ单键 沿共轭链
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传递距离 电荷分布 短(迅速减弱)第三个键极弱, 只出现一个偶极 远,共轭链的一端到另一端, 正负电荷交替 CH3例如: CH3δCHδδδCH2δδδCHCHCH2δδδCH2CH2Cl
(2)、强弱比较:
在共轭体系中各种共轭效应对分子影响的相对强度:
π-π共轭>p-π共轭>σ-π超共轭效应>诱导效应I 一般:C>I 注意:卤苯中,-I> +C(因为卤原子体积大,与苯环共轭效果差) 三、空间位阻效应:
1、空间位阻效应的定义:
位阻效应又称立体效应。主要是指分子中某些原子或基团彼此接近而引起的空间阻碍和偏离正常键角而引起的分子内的张力。 2、应用: (1)、因分子中靠近反应中心体的原子或基团(具有一定体积)占有一定的空间位置,而影响分子反应活性的效应。降低分子反应活性的空间效应称“空间阻碍”。
例如1:邻位双取代的苯甲酸的酯化反应要比没有取代的苯甲酸困难得多。
同样,邻位双取代的苯甲酸酯也较难水解。这是由于邻位上的基团占据了较大的空间位置,阻碍
了试剂(水、醇等)对羧基碳原子的进攻。
例如2:氢氧根负离子作为亲核试剂进攻氯甲烷,与氢氧根负离子进攻2-甲基-2-氯丙烷相比较,前者的速率比后者快1000倍以上。
例如3:酶反应中空间位阻会降低其催化活性。
例如4:不同的醇与异氰酸醋反应活性也不同,20一30℃,伯醇和异氰酸醋混合即能立刻反应,而同样的条件下,仲醇的反应速度只有伯醇速度的0.3。 (2)、在配位化合物中,当向一个配体引入某些较大基团后,由于产生空间位阻,影响它与中心原子形成配位化合物。空间产生影响的事实,每个原子在分子中占有一定的空间。如果原子是太接近了一起,有一个相关的电子云重叠,产生斥力,这可能会影响分子分子结构或反应取向的立体化学的反应。
例如5:乙二胺(在配位化学中简写为en)易生成二乙二胺合铜(II)离子[Cu(en)2]2+,但N,N,N′,N′-四甲基乙二胺(tmen),由于每个N上有两个甲基,空间位阻较大,不能生成[Cu(tmen)2]2+。空间阻碍一般会降低反应速率,
例如6:在溴代烷的双分子亲核取代反应中,由于烷基体积的增大,引起空间阻碍,使反应速率变小。
在有些反应中,立体效应有可能增加反应速率,例如,在单分子亲核取代反应中,三烷基取代卤
代烷的烷基增大时,由于取代基之间的空间斥力,引起碳卤键的异裂,导致碳正离子的形成,从而提高了反应速率。
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