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1、2007年4月长治学院学报Apr.,2007第24卷第2期JournalofChangzhiUniversityVol.24,No.2电子效应和空间效应的教与学张淑萍(长治学院生化系,山西长治046011)摘要:诱导效应、共轭效应和超共轭效应总称为电子效应,它是有机物结构和性质的重要的理论依据。该文简单地分析了电子效应,并列举电子效应的一些应用。关键词:电子效应;空间效应中图分类号:O621文献标识码:A文章编号:1673-2014(2007)02-0063-04有机化学的初学者对数量具大、种类繁多的有包括有机化合物的物理性质、反应活性、中间体稳定机化合物以及复杂多
2、样的化学反应而不知所措。在性、酸碱性、对亲电、亲核和自由基等类型反应取向有机化学教学中,同学经常向老师提的问题是:如何的影响,以及反应速率、平衡、位置及产物等的影响。才能学好有机化学?我总会提请同学注意掌握电子一般来讲,有机化合物官能团的共性较清楚明了,规效应。律性强,易于掌握,难点在于分子中不同的取代基对1电子效应和空间效应及其重要作用官能团影响所反映出的众多差异性和特殊性。因此,电子效应是分子中某些原子或基团所引起的诱可采用这样的程序学习各系列化合物:在掌握官能导效应、共轭效应和超共轭效应的总称。多原子分子团一般特性的基础上,利用电子效应搞清各化合物中一个键产生
3、的极性将影响到分子的其余部分,电的电子云密度分布特征,并结合空间效应综合分析子的转移可以按静电诱导方式沿分子链传递,也可其对官能团性质的影响及其影响的大小,以把握不以在共轭体系中由轨道离域或电子离域产生,前者同化合物的差异性。在空间效应起主导作用时,应注3称为诱导效应,后者称为共轭效应。sp杂化碳原子意加强分析。经过这样的分析类比,数量众多的有机上的C-Hσ键与π轨道或p轨道的共轭统称为化合物概貌就迅速地呈现出来,其千差万别的物理、超共轭效应。空间效应在有机化学中相当普遍,当分化学性质也被有机联系在一起不必死记硬背而易于子内的原子或基团处于范德华半径不许可的范围时学
4、习掌握了。产生的排斥作用,或两个分子相互接近时由于基团2应用分析之间的非键作用所引起的化学效应,都是空间效应下面通过一些实例,从多个不同的侧面概略地的具体表现。说明电子效应和空间效应在整个有机化学学科体系有机化合物的性质主要取决于所含的官能团,中的重要影响,以展示电子效应在有机化学学习中但电子效应会使官能团的性质发生很大变化。例如:的重要性。烯烃与Br2可进行亲电加成反应,但不同结构的烯2.1物理性质烃与Br2的加成反应速率不同,甚至可以相差很远。2.1.1偶极矩CH2=CH2偶极矩为零,但RCH=CH2-30-30在极端情况下,电子效应甚至能完全改变原有官能偶极矩
5、μ为1.17×10~1.33×10C·m,就是由于团的性质,例如:氯苯很难进行亲核取代反应,但烃基R的推电子作用。2,4,6-三硝基氯苯在室温下就可与NaHCO3溶液发2.1.2沸点abC=Cab型烯烃(a,b为任意取代基)[1]生亲核取代。的顺式异构体总是偶极分子,沸点也比无偶极矩的电子效应的影响涉及到有机化学的很多方面,反式异构体要高。收稿日期:2006—12—09作者简介:张淑萍(1963—),女,山西阳城人,讲师,主要从事有机化学教学与研究。·63·长治学院学报2.1.3键长氟代烃C-F键长的变化是由于氟原电子。此外,甲基的3个C-H键的σ电子和苯环形子的p
6、轨道与碳原子上π*型轨道发生超共轭作用成了σ-π共轭体系,这个σ-π共轭效应也使苯[2]造成的,也可用立体电子效应来解释。环活化。因此,诱导效应和超共轭效应都使苯环的电2.2反应活性与速率子云密度增大。故甲苯比苯易于发生亲电取代反应。2.2.1··芳烃的亲电取代如苯环上带有含氧、氮原子的基团,如:-NHCHO,-苯发生硝化反应温度为55~60℃,硝基苯硝化··············温度需95℃,而甲苯硝化温度仅仅需30℃。这是因OCOR,-NHCOR,-OR,-NH2,-NHR,-NHR,-N为:硝基与苯环共平面,构成了共轭体系,氮和氧的HR2等,它们与碳原子既有
7、p-π的+C共轭效应,也有-I的诱导效应。由于孤电子对的p轨道与碳的电负性又很大,故使共轭体系的电子云移向硝基,降低了苯环的电子云密度,其中以邻位和对位为甚,而p轨道在同一能级,故+C﹥-I,而电负性O原子﹥N原子,苯环上的电子云密度逐渐增加,亲电取代反应间位相对来说还是较高一些。对于其它一些取代基速率逐渐加快。对芳卤而言(除氟外),卤原子与环既如:-COR,-CHO,-CO2R,-CONH2,-COOH,-SO3H,+有p-π的+C共轭效应,也有-I的诱导效应。由于-CN,-CX3,NR3等,除-CX3只有-I的诱导效应外,卤原子孤对电子的p轨道与碳原子的p轨
