共轭体系、共轭效应、共振论
CH3-CH3 + Q
ΔH=137.2KJ/mol
CH2=CH-CH=CH2 + 2H2 CH3-CH2-CH2-CH3 + Q ΔH=238.9KJ/mol
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假定CH2=CH-CH=CH2分子不共轭,与 H2
反应时所放出的能量为:
137.2×2 = 274 . 4 KJ/mol
两者之差 —— 共轭能:
找出下列分子中存在的共轭体系:
+ +
CH3-CH=CH-C
CH
σ-π
π-π
CH2=CH-CH-CH3
p -π σ-p
σ-p
CH3-CH-Cl
p-p
10
2、共轭效应(Conjugative effect)
在共轭体系中,由于π电子离域,而使得分 子中电子云的密度分布有所改变,键长趋于平
均化,体系能量降低而使分子稳定性增加的效
274.4 - 238.9 = 35.5 KJ/mol
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结论: 共轭效应的存在,使体系稳定性增大。 共轭链越长,共轭能越大,体系越稳定。
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应用1:
可解释C 、C 、烯烃的稳定性
+
.
例1:解释烷基游离基的稳定性:
3 H
— —
º
. >2 R. >1 R. >CH3. R
º º
H—C— C—C— H H H H—C—H
p-π共轭,且因共轭 体系大而更稳定
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4、共轭效应和诱导效应的异同点
相同点:都是电子效应。 不同点: 诱导效应(I): 沿σ键传递,并随碳链增长逐渐减弱,到 第4个原子已无作用。
δδ+ δ δδ + Cl CH2—CH2—CH2—CH3 δ+
产生原因:电负性不同。
30
共轭效应(C):
存在于共轭体系中,沿π键传递,在共轭链 上产生正负交替,不因π键增长而降低。
>
H
>
H H C H H
25
例3: 解释 2-丁烯 较 1-丁烯 稳定
H H l l H—C—CH=CH—C—H l l H H
H l H2C=CH—C-CH3 l H
参与共轭的C-H键越多,体系稳定性越大。
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应用2: 结合“稳定性原理”可解释反应现象。
例1:解释下列反应产物
CH=CH2
+
HBr
由未共用电子对指向单键
电子向共轭体系中电子 云密度低的方向转移!
14
例:
-O-F -OH
-NH-Cl -OR
-CH2-Br -NH2 -I
具有+C效应
15
常见基团共轭效应的大小:
-F>-Cl>-Br>-I
(同主族) (同周期)
-NH2 > -OR > -F
-O > -OR
-
16
c、超共轭效应:
π
4 3
CH2=CH-O-CH3
..
π
4 3
4
◆等电子 p -π共轭:
CH2=CH-CH2
.
◆少电子 p -π共轭:
CH2=CH-CH2
+
+
π
3 3
π
2 3
5
p-p 共轭:p轨道与p轨道之间的作用
H 3C + C H .. CH 3 H
H 3C . .. C OCH 2CH 3 H
共振能越大,体系越稳定。
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应用: 利用共振论,解释一些现象。
例:解释
CH2=CH-CH2
原因:
+
的稳定性较大
CH2=CH-CH2
+
CH2-CH=CH2
+
等价共振式
46
41
3、共振式的稳定性
a、共价键的数目越多,越稳定。
CH2=CH-CH=CH2
稳定
+ CH2-CH=CH-CH2
b、原子都具有完整的价电子层结构时,稳定。
.. CH2-O-CH3 ..
+
CH2=O-CH3
稳定
42
+ ..
c、有电荷分离的,稳定性小。 例: CH2=CH-Cl
+ CH2-CH=Cl
C ´ (作用较弱)
H l H—C—CH=CH2 l H
H l H2C=CH—C-CH3 l H
α-H越多,形成超共轭的机会越多, 超共轭效应会越强。
17
例:
H
H—C— C—C— H H H H—C—H
叔自由基 9个H参与超共轭
.
H
H
H—C— C—C— H H H H
仲自由基 6个H参与超共轭
.
H
起于双键,止于原子或单键
12
具有-C效应: O N O O O
C
Oδ N O -
C
OH
OH
+ δ δ CH2=CH
-
δ O + δ δ CH2=CH C
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b、推(供)电子共轭效应(+ C):
电负性大的原子(带孤对电子或带负电荷的) 直接与碳碳重键相连,共轭电子向重键方向离域, 产生 + C。
CH2=CH-Cl
应称共轭效应(又称电子离域效应)。 用弯箭头表示电子离域的方向。
共轭体系出现正、负电荷交替现象,共轭 效应随共轭链传递,不减弱。
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a、吸电子共轭效应(-C) 当极性双键、叁键(C=O或CN等)与碳碳重键 形成共轭体系时,就产生吸电子共轭效应。
电子向共轭体系中电 负性大的原子转移!
CH2=CH-CH=O
ROOR
CH2-CH2 Br
(为什么不是
CH-CH3 Br
?)
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解题思路:比较中间体自由基的稳定性。
.
CH-CH2 Br
具有p-π共轭而稳定!
.
CH-CH2 Br
没有p-π共轭,稳定性小!
28
例2: phCH=CH-CH=CH2 +HBr
?
phCH-CH2-CH=CH2 phCH=CH-CH-CH3 l l (√) Br Br + phCH-CH2-CH = CH2 + phCH=CH-CH-CH3
H H C H C H C C
H H
π
电子数
4 4
原子数
2
1、共轭体系类型
1)π-π共轭(等电子共轭体系):
分子中单双键交替的共轭体系。
CH2=CH-CH=CH2 CH2=CH-C=O l H
π π π
4 4 4 4
6 6
3
2)p -π共轭:p 轨道与π键共轭
与双键碳相连的原子上要有P轨道。
.. ◆多电子p -π共轭: CH2=CH-Cl
+ + + +
例: C=C-C=C-C=C-C=O 产生原因:大π键的存在。
δ
δ δ
δ
δ
δ δ
δ
-
31
注意:
在化学反应中,动态的共轭效应决定着反应 的取向;而反应活性是由两者共同作用。 例1:
CH2=CH
.. Cl
加成方向:马氏加成 加成活性:低于 CH2=CH2 的活性。
由于 -I>+C
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例2:
— —
— —
— —
— —
—— — H
18
3、共轭分子的特性: 1)键长趋于平均化
(共轭链越长,单、双键键长越接近) 如:苯环的C-C键长完全等同。
2)折射率较高(π电子云易极化) 3)吸收光谱向长波方向移动
番茄红素
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4)具有共轭效应的分子,分子能量较低, 分子稳定性较大。
例:
CH2=CH2 + H2
σ—π超共轭 σ—键与π键的瞬时重叠
C
C
H
8
σ- P超共轭:σ键与P轨道的重叠。
例:
H CH3 + C CH3
H CH3 + C CH3 H
9
CH2
C H
此碳正离子:p轨 道可以与9个C-H 瞬时重叠,几率 高,重叠作用大! 稳定!
共轭体系类型总结:
1)π-π共轭(等电子共轭体系):单-双交替 2)p -π共轭:p 轨道与π键共轭 p-p 共轭:p轨道与p轨道之间的作用 σ-π超共轭 3)超共轭 σ-p 超共轭 超共轭效应较弱!
.
H
H
H—C— C—C— H H H H
.
H
— —
— —
— —
—— — H
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同理:解释下列自由基的稳定性顺序:
CH2 •
>CH2=CH-CH2 • > 3ºR•
π
7 7
π
3 3
σ-p
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例2:解释碳正离子的稳定性顺序:
3ºR+ >2ºR+ >1ºR+ >CH3 +
H H C + CH H + C-CH2 H + H3C
d、负电荷处于电负性较大的原子上,稳定。
e、两异号电荷相距越近,同号电荷相距越远, 越稳定。
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4、共振结构对杂化体的贡献
a、越稳定的共振式,对杂化体的贡献越大。
b、等价的共振式杂化出来的杂化体,稳定性 最大。 c、参与共振的共振式越多,杂化体越稳定。
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5、共振能
共振杂化体的能量比能量最低的那个共振 式的能量还要低,该能量差——共振能。
内容提要
一、分类和命名 二、 1,3-丁二烯的结构 三、共轭体系和共轭效应(难点) 四、共振论(难点) 五、共轭二烯的化学性质 1、亲电加成——1,2-加成和1,4-加成 2、Diels-Alder反应——双烯合成 3、聚合反应