如何理解电子效应

如何理解电子效应1.什么是吸电子基团（原子）,供电子基团（原子）。以H为比较标准，电负性比H大的，就称为吸电子基团（原子），如―CN，―NO2，-CHO,-COOH,―F，―Cl，―Br，―I，RO―，C6H5―，CH2=CH―。电负性比H小的，就称为供电子基团（原子），如(CH3)3C―，(CH3)2CH―，CH3CH2―，CH3―。2.电子效应定义：当有机分子中的H被吸电子基团（原子）或供电子基团（原子）取代时，就会使有机分子中某些部分的电子云密度分布发生改变，这种作用就称为电子效应。2.电子效应分类电子效应分为诱导效应和共轭效应。3.诱导效应当有机分子中的H被吸电子基团（原子）或供电子基团（原子）取代时，电负性的差异导致单键或双键的电子云密度发生偏移（移向电负性较大的原子），这种影响单键或双键的电子云密度分布的作用，叫做诱导效应。诱导效应的结果导致电负性较大的原子电子云密度大，电负性较小的原子电子云密度小。如甲烷中的H被氯取代。HCClHH氯的电负性大，导致碳氯键成键电子向氯偏移，结果使碳上的电子云密度变小（与甲烷比较），氯原子上的电子云密度变大。诱导效应可以传递，但随碳链的增长会减弱：如上述的1-氯甲烷，碳氯之间的诱导效应可以传递到三个碳氢键之间，使三个碳氢键的成键电子云都偏向碳，结果使三个碳氢键的极性变大（与甲烷中碳氢键的极性比较）。再如：氯乙烷HCCClHHHH12氯的电负性大，导致碳氯键成键电子向氯偏移，结果使1位碳上的电子云密度变小，1位碳吸引和它相连的其他成键电子，导致2位碳上的电子云密度也变小，但变小的程度要弱于1位碳。2位碳又吸引和它相连的其他成键电子，结果导致β-H上的电子云密度降低，和乙烷中的C-H键相比，上述氯乙烷中βC-H键的极性增大，β-H活性增加。也就是说C-Cl键之间的诱导效应沿碳链传递到1位碳和2位碳之间，1位C-H之间，又传递到2位C-H之间，使βC-H键极性增大，易异裂，氯代烃可以发生消除反应。又如：乙醇HCCOHHHHH12羟基的电负性大，导致碳氧键成键电子云向氧偏移，结果使1位碳上的电子云密度变小，1位碳吸引和它相连的其他成键电子，导致2位碳上的电子云密度也变小，2位碳又吸引和它相连的其他成键电子，结果导致βC-H键的极性增大（与乙烷中的C-H键相比），使βC-H键易异裂，醇也可以发生消除反应。再如：乙醛HCCOHHH12吸电子的醛基导致C1和C2键成键电子向C1偏移，结果使2位碳上的电子云密度变小，2位碳又吸引和它相连的其他成键电子，结果导致αC-H键的极性增大（与乙烷中的C-H键相比），使αC-H键易异裂，乙醛可以发生由活泼α-H引起的反应，如氯仿反应和羟醛缩合反应。诱导效应可以叠加：如：ClCCHHHH12HClCCHClHH12HClCCHClClH12H，当乙烷上的氢被1个氯取代时，诱导效应导致C1-C2键的成键电子向1位碳偏移，C1-C2键成为极性键。当乙烷上的氢被2个氯取代时，C1-C2键所受到的诱导效应为2个氯的诱导效应的总和，即C1-C2键极性增大。当乙烷上的氢被3个氯取代时，C1-C2键所受到的诱导效应为3个氯的诱导效应的总和，即C1-C2键极性最大。同理，最后一个化合物的2位C-H键的极性最大。第二个化合物的1位C-H键的极性大于第一个化合物。又如：HCCHHHO12HCCHHClO12HCCHClClO12我们来看一下这三种物质中1位C-H键的极性大小，第一种物质由于醛基的吸电子诱导效应，导致1位C-H键的极性与烷烃中C-H键的极性相比增加，当1位H被1个氯取代时，氯的诱导效应和醛基的诱导效应叠加使1位C-H键的极性增大。当1位H被2个氯取代时，2个氯的诱导效应和醛基的诱导效应叠加使1位C-H键的极性更大。C-H键的极性越大，越容易异裂，H的活性越大，越容易被摘去，换句话，就是H的酸性大。上面讲的是诱导效应对单键的影响，下面将讲一下，诱导效应对双键或三键的影响。当乙烯分子中的氢被甲基取代后，就是丙烯。HCCHHHO12甲基为供电子基，导致双键电子云密度向1位碳偏移，结果使1位碳电子云密度变大，2位碳电子云密度变小。亲电试剂（如H+)容易进攻1位碳。当乙烯分子中的氢被氰基取代后，就是丙烯腈。CH2=CH-CNHCCHHHO12氰基为吸电子基，导致双键电子云密度向2位碳偏移，结果使2位碳电子云密度变大，1位碳电子云密度变小。亲电试剂（如H+)容易进攻2位碳。4.诱导效应的分类：吸电子的诱导效应和供电子的诱导效应。由吸电子的基团引起的诱导效应称为吸电子的诱导效应。由供电子的基团引起的诱导效应称为供电子的诱导效应。如：由烷基引起的诱导效应为供电子的诱导效应。由氰基引起的诱导效应为吸电子的诱导效应。5.共轭效应分子的内部因素或外部因素导致大Π键（三个或三个以上的P轨道形成的键）的电子云密度发生偏移，这种影响大Π键的电子云密度分布的作用，叫做共轭效应。共轭效应的结果导致大Π键上的电子云密度不再均匀化，而是出现疏密交替的现象。共轭效应随碳链的增长不会减弱。如：丙烯醛HCCHCH2OHCCHCH2O....δ+δ+δ-δ-1234在丙烯醛的Π-Π共轭体系中，三个C和一个O各提供一个电子参与形成大Π键，但O的电负性比C大，故使整个大Π键的电子云密度向O偏移，结果导致O和3位的电子云密度比2位和4位大（注：O和3位的电子云密度相同，2位和4位的电子云密度相同）。再如：氯乙烯ClCHCH2ClCHCH2...δ+δ-123.δ-在氯乙烯的p-Π共轭体系中，氯提供两个电子，2个C提供一个电子参与形成大Π键，氯因提供两个电子对于整个大Π键是供电的，故使整个大Π键的电子云密度向3位C偏移，结果导致Cl和3位C的电子云密度比2位C大（注：Cl和3位C的电子云密度相同）。再如：苯酚OH...δ+δ-.δ-OH....δ-δ+δ+在苯酚的p-Π共轭体系中，氧提供两个电子，苯环6个C提供一个电子参与形成大Π键，氧因提供两个电子对于整个大Π键是供电的，故使整个大Π键的电子云密度向苯环偏移，结果导致苯环的电子云密度比苯上的电子云密度增大，且使酚羟基邻对位电子云密度比间位大。上面讲的是内部因素对大Π键的影响，下面将讲一下，外部因素对大Π键的影响，如：1，3-丁二烯CH=CHCH=CH2CH2=CH-CH=CH2HCCHCH2H2C....δ+δ+δ-δ-1234H+在1，3-丁二烯的Π-Π共轭体系中，4个C各提供一个电子参与形成大Π键，大Π键上的电子云密度很均匀，也就是4个碳上的电子云密度是一样的，但当质子氢接近1，3-丁二烯时，由于质子H的亲电性，使整个大Π键的电子云密度向H+偏移，大Π键上的电子云密度不再平均，结果导致1和3位C的电子云密度比2位C和4位C大（注：1和3位C的电子云密度相同，2位C和4位C的电子云密度相同）。6.共轭效应的分类：吸电子的共轭效应和供电子的共轭效应。由吸电子的基团引起的共轭效应称为吸电子的共轭效应。由供电子的基团引起的共轭效应称为供电子的共轭效应。如：由丙烯醛中的氧引起的共轭效应为吸电子的共轭效应。由氯丙烯中的氯引起的共轭效应为供电子的共轭效应。注：在很多情况下，诱导效应和共轭效应同时存在。一般情况下，共轭效应大于诱导效应。