浅谈有机化合物分子中的电子效应

学年论文学院化学化工学院专业化学年级2010级姓名论文题目浅谈有机化合物中的电子效应指导教师职称副教授成绩2012年5月25日学号：20105051167目录摘要...............................................................1Abstract............................................................1引言...............................................................11.诱导效应.........................................................11.1诱导效应的定义............................................11.1.1静态诱导效应的一般基团...............................21.1.2动态诱导效应的一般基团...............................21.2诱导效应的特点............................................22.共轭效应.........................................................32.1共轭效应的定义............................................32.2共轭效应的分类............................................32.3共轭效应的特点............................................43.场效应...........................................................4结语...............................................................5参考文献：.........................................................51浅谈有机化合物分子中的电子效应学生姓名：学号：化学化工学院化学专业指导老师：职称：摘要：电子效应贯穿整个有机化学的学习，在有机化学中有着广泛的应用，所以熟悉掌握电子效应的有关知识十分必要。本文介绍了电子效应中诱导效应、共轭效应、位阻效应的分类和特点。关键词：电子效应；诱导效应；共轭效应；位阻效应Abstract:theelectroniceffectofperforativewholestudyingorganicchemistry,organicchemistryhasawiderangeofapplications,sowellfamiliarwiththeelectroniceffectoftherelevantknowledgeisnecessary,thispaperintroducesthepointineffect,inductiveeffect,conjugative,stericeffectontheclassification.Keywords:electroniceffect;inductiveeffect;conjugativeeffect;stericeffect引言在有机化学的学习中我们应该都碰到了这样或那样的问题,有些问题的答案需要我们死记硬背,但有些问题的解答则有章可循。比如亲电加成的方向性,芳香族化合物的酸性,消去反应的方向性等,只要我们掌握了电子效应在这些反应中所起的作用,那么这类问题便迎刃而解了。那么电子效应到底在有机化学中扮演着一个怎样的角色呢?在有机化合物分子中，由于原子与原子、原子与基团、化学键与电子云发生一定程度上的基团与基团的移动，这种作用称为有机化合物的电子效应，也称极性效应，主要包括诱导效应、共轭效应及场效应。1诱导效应1.1诱导效应的定义由于成键原子的电负性不同，引起电子云沿着σ键链按一定方向移动，也就是键的极性沿着键链依次通过静电诱导传递的效应，成为诱导效应，简称I效应。诱导传递的方向是以C-H键的极性为标准的。比氢的电负性大的原子或基团，属于亲电子基或吸电子基，它的诱导效应称为吸电子效应，常以-I表示；反之则属于给电2子基或斥电基，它的诱导效应为给电子诱导效应，常以+I表示。1.1.1静态诱导效应的一般基团常见的具有+I效应的基团及其强弱顺序有：―O―＞(CH3)3C―＞(CH3)2CH―＞CH3CH2―＞CH3―＞D―常见的具有－I效应的基团及其强弱顺序有：―CN―NO2＞―F＞―Cl＞―Br＞―I＞RO―＞C6H5―＞CH2=CH―诱导效应的作用以取代基的性质、数目及距离有关,根据实验测得，各种基团的吸电子能力顺序为：-NR3-NO2-CN-COOH-COOR-C=O-F-Cl-Br-I-OCH3-OH-C6H5-CH=CH2-H-CH3-CH2CH3-CH(CH3)2-C(CH3)H前面的基为吸电子基，H后面的为给电子基。这个顺序是近似的，当这些基团连到不同母体化合物上，母体化合物中其他基团不同，互相作用结果会使他们的诱导效应有所改变。具有+I效应的除烷基外，还有少数负离子，如-O-,-COO-等带有一个过量负电荷的基团也表现出+I效应，他们比烷基的+I效应强。1.1.2动态诱导效应的一般基团以上讨论的效应是在静态（基态）时的情况，即静态诱导效应。当发生化学变化时，因外界电场的影响，共价键的电子云分布将发生变化，建的极性也会有所改变，这种现象称为动态诱导效应。静态和动态诱导方向在多数情况下是一致的，但往往由于起因不同，导致两者的结果不同，因为当发生反应时，电子要向着有利于反应进行的方向移动。如碳卤键的极性大小为：C-FC-ClC-BrC-I,但当卤烷进行亲核取代反应时，其相对活性大小则为：C-IC-BrC-Cl。这是因为在同族元素中，随着原子序数增大，电负性降低，其电子云受到的核的约束也相应减弱，所以极化性增大，反应活性也增强，这是动态诱导起着主要作用。1.2诱导效应的特点在同周期元素中，动态诱导效应随着原子序数的增大而减弱。这是因为电负性增大，使电子云受到的核的约束相应增强，所以极化性减弱，反应活性降低，如-CR3-NR2-OR-F。对同一元素的原子，共价电子的活性将因负电荷的存在而增大，因正电荷的存在而降低。因此动态诱导效应的相对强弱为-O--OR-+OR2。同一种中性原子的动态效应与其电子云密度有关，电子云密度较大的，其动态3诱导效应也较强，如-C(CH3)3-CH(CH3）2-CH2CH3-CH3。π键的极化度大于σ键，若原子的饱和程度不同，则动态诱导效应也因不饱和键的存在而增大，如=NR-NR2。静态诱导效应是分子固有的性质，它可以促进反应的进行，也可以阻碍反应的进行。而动态诱导效应是由反应试剂引起的，所以它总有助于反应的进行。因此，在反应过程中，动态因素往往起主导作用。2共轭效应2.1共轭效应的定义体系中各个σ键都在同一个平面上，参加共轭的P轨道互相平行而发生重叠，形成分子轨道。由于分子内原子之间的相互影响，引起电子云密度平均化，体系能量降低的现象，称为共轭效应，又称电子离域效应。2.2共轭效应的分类共轭（π-π，ρ-π）和超共轭（σ-π，σ-ρ）的最大特点是分子共平面和电子云平均化。不共面的分子中的（π-π，σ-π）以及（ρ-π），（σ-ρ）一般不能发生共轭现象。如：C-H的σ轨道与ρ或π轨道不能发生交盖，丙二烯的两个双键也不能发生交盖。相对强弱：π-π＞σ-π＞＞ρ-π＞σ-ρ。共轭效应一定存在于共轭体系中，共轭体系有以下几类：（1）π－π共轭，如：CH2=CH－CH=CH2CH2=CH－C≡N（2）p－π共轭，如：CH2=CH－CH2+CH2=CH－CH2－CH2=CH－CH2－（3）σ－π共轭，如：H3C－CH=CH2（4）σ－p共轭，如：(CH3)3C·(CH3)3C·共轭效应是通过π电子（或p电子转移)沿共轭链传递，只要共轭体系没有中断，如π－π共轭体系只要共平面，其共轭效应则一直可以沿共轭链传递至很远的距离。如：4在共轭体系中，凡是能够给出电子（推电子）的原子或基团，具有正共轭效应，用+C表示；凡是具有吸引电子效应的原子或基团，称其具有负共轭效应，用－C表示。+C效应多出现在p－π共轭体系中，－C效应在π－π共轭体系中比较常见。在苯酚、苯胺分子中，OH、NH2具有强+C效应，在α,β－不饱和羧酸及不饱和腈中。―COOH与―C≡N都具有强的－C效应。具有+C效应的基团主要有：―NR2、―NHR、―NH2、―OR、―OH、―NHCOR、―OCOR、―CH3、―F、―Cl、―Br具有－C效应的基团主要有：―C≡N、―NO2、―SO3H、―COOH、―CHO、―COR、―COOR、―CONH2共轭效应通过反应物、中间物、产物的稳定性而对反应产生影响,共轭烯烃比不共轭烯烃稳定，共轭程度大的比共轭程度小的稳定。2.3共轭效应的特点共轭体系一般有3个显著特点：一是键长平均化，二是体系能量降低，稳定性明显增加，三是当进行反应时，外界试剂的作用不仅能使1个双键极化，而且会影响到整个共轭体系，使整个共轭体系电子云变形，产生交替极化现象。3场效应场效应又称为空间诱导，即不是通过键链而是通过空间传递的电子效应，在空间产生一个静电场。例如，在二元酸中通常都是K1K2(PK1PK2):HOOC-COOH（Z)（E)pK11.32.03.0pK24.276.34.4但对于PK1而言，(E)(Z),这是由于羧基吸电子的场效应所致，即两个偶电基相同（或电荷相同）而近距离相互排斥的结果，所以当两个羧基靠的越近时，这种5场效应就越显著。而对pK2的影响主要是氢键，因为在顺式中可以形成如下的分子内氢键，使第二个羧基不易解离，所以表现为pK2增大。场效应往往是与诱导效应的方向是一致的，但也时也与诱导效应的方向相反，如邻氯苯基丙炔酸比间、对异构体的酸性小，这是由于氯原子所带的部分负电荷产生的供电效应所致。结语电子效应是有机化合物具有的比较普遍的现象，了解电子效应有助于我们更好地学习有机化学，推测一些化学反应的基本原理，并且在化工合成中有着重要的作用。参考文献：[1].曾昭琼,朱任，于文艳，等.有机化学（第四版）[M].北京：高等教育出版社,2004:37-55.[2].胡宏纹,段康宁岳，延路，等.有机化学（第二版)[M].北京：高等教育出版社,1998：98-100.[3].陈红海，陈玉哲，李仲谨，等.有机化学中的电子效应[J].有机化学，2012,32（3）：46-50.6学年论文（设计）成绩评定表评语该生基础知识比较扎实，经过学年论文写作过程的训练，掌握了科学研究的基本方法和科技论文写作要求，已具有初步的文献利用、科技英语和科技论文写作能力，能利用所学化学基础知识解决“浅谈有机化合物分子中的电子效应”研究的实际问题。论文格式基本规范，语言文字表达比较准确，论述思想比较清晰，对“有机化合物分子中的电子效应”的分析、讨论较为合理，有自己的初步见解，但文章缺乏对有机化学中的电子效应的应用的讨论。经检查评阅，该生论文已达到了学年论文的基本要求，建议学年论文成绩中等。成绩：指导教师（签字）：2012年月日学院意见：学院院长（签名）：201年月日