电子效应和空间效应
二、共轭效应
1、共轭体系 在分子或离子以及自由基中,能够形成π轨道或P 轨道离域的。 2、共轭效应 由于共轭体系的存在,发生原子间的相互影响而引起 电子平均化的效应。可分为:静态共轭效应:体系固有 的性质。动态共轭效应:受外界电场影响出现的效应。
■诱导效应分静态诱导效应和动态诱导效应
静态诱导效应:由极性键表现出的诱导效应 动态诱导效应:由在化学反应过程中,由外界电 场(如溶剂、试剂)的影响而产生的极化作用。
诱导效应分吸电子诱导效应(-I)和推电子诱导效应 (+I): ●实验测得的常见的-I基团顺序为: -NR3+ > -NO2 > -CN > -COOH > -COOR > C=O > -X > -OCH3 > -OH > -C6H5 > -CH=CH2 > -H ●中心原子饱和度:不饱和程度大,吸电子强 ●对于卤素,-I效应的顺序是:F>Cl>Br>I ●对于烷烃,+I效应的顺序是(CH3)3C- > (CH3)2CH- >CH3CH2->CH3-
CH3COOOH
+ 88%
O
NaBH4 + CH3OH 99% 1%
O
12%
HO
O
H
OH
H
二、空间效应对酸碱性的影响
1、对酸性的影响
OH H3C CH3
OH
NO2
H3C
CH3 NO2
后者,甲基处于硝基的邻位,由于空间位阻效应 的影响,使硝基的p轨道不能与苯环很好的共轭,削弱 了硝基的吸电子共轭效应。
(A)的诱导效应与场效应的方向相反, 场效应不利于酸性的增强。(B)没有场 效应。
第二节 空间效应
通过原子团大小和形状等空间因素所体现出的 原子团之间的相互影响通常称为空间效应。
一、空间效应对反应活性的影响
1、消除反应 消除反应往往发生在反式平行位置,不同结构在反 应中空间构型不同,造成反应速率不同。 比较下列取代环己醇发生消除反应的反应速率。
-ClCl +
1-氯二环[4.4.1]十一烷可以形成稳定的碳正离子。 多环桥头碳原子上卤原子的活性顺序为:
<
Cl Cl
<
Cl
3、酯化反应 空间位阻较大的羧酸酯化速率慢
COOH C(CH3)3
(CH3)3C
COOH
(CH3)3C
C(CH3)3
前者酯化反应慢于后者。
4、选择性反应 桥环上双键的氧化和还原反应利用空间位阻效应 而进行选择性反应。
CH3 N,N-二 甲 基 苯 胺
难形成p,π-共轭体系 p,π-共轭体系
r1 < r2
序号
Y
pKa
O C
OH
r1 r2
1
2 3 4
H
Cl COOH COO-
6.04
6.25 5.67 7.19
Y
r1 < r2
对于C-Y键来说,Y为δ+时,是正电场,酸性增 强;Y为δ-时,是负电场,酸性减弱。
邻氯代苯丙炔酸酸性小于对氯代苯丙炔酸:
COOH Cl (A)
Cl (B)
COOH
第 1章 电子效应和空间效应
第一节 电子效应
一、诱导效应(I效应)
诱导效应:由于极性键的诱导作用而产生的沿其价键链 传递的电子偏移效应。
例如:
Cl C C O H 由于σ电子云向氯原子 偏移,酸性增强 3.0 H ■诱导效应以静电诱导的方式沿单键或重键传递,只 涉及电子云密度分布的改变,引起键的极性改变,一 般不引起整个分子的电荷转移和价态的变化。随分子 链增长而迅速减弱。实际上,经过3个原子之后,诱导 效应已经很微弱了,超过5个原子这种作用便没有了。 H O
CONH2
I
Cl
F
R
Ar
NO2
CN
COOH
CONR2 CHO
COOR
COR
CONHR
SO3R
SO2R
NO
Ar
三、场效应
场效应:指不通过碳链传递的而是通过溶剂或空间传 递的电子效应。 诱导效应和场效应都是电子效应,只是传递方式不同。
O C
OH
r1 r2
Cl
δ
δ+
由于静电场的作用与距 离的平方成反比,所以 氯的存在抑制了-COOH 的解离,酸性减弱。
★共轭效应仅存在于共轭体系中,体系越大,能量越低, 即离域能(共轭能、共振能)越大;键长平均化趋势越 大,体系越稳定。共轭效应沿共轭体系传递,出现正负 交替现象。
3.常见的吸电子共轭效应(-C)和推电子共轭效应 基团(+C):
+C基团: O
NHCOR OR
S
NR2
OCOR
NHR
SR
NH2
SH
Br
-C基团:
2、对碱性的影响
H3C N H3C CH3 C H3C CH3 CH3 CH3 C CH3
在N,N-二甲基-2,6-二叔 丁基苯胺的结构中,氨基 的未共用电子对不能与苯 环共轭,可使芳胺的碱性 与脂肪胺相似。
7.79 5.25 CH3 N
pKa
10.6
N 奎宁 啶
无p,π-共轭体系
N 苯 并奎 宁 啶
OH (B)
OH (A)
【解释】
环己烷衍生物的消除反应发生在直立键 (a)上, 当被消除的小分子处于平伏键(e)时,要通过构型 转化,但由于新生成的构型其空间位阻不同,造 成消除反应速率不同。
OH OH
OH OH
2、亲核取代反应
一般认为桥头碳原子上的卤原子,既不易进行SN1 也不易进行SN2反应,但随着桥上碳原子或桥两侧 碳原子的增多,这种现象会逐渐消失。