诱导效应和共轭效应教材课件

诱导效应和共轭效应诱导效应和共轭效应一、诱导效应一、诱导效应 由于成键原子由于成键原子电负性不同电负性不同所引起的，所引起的，电子云电子云沿键链沿键链（包括（包括键和键和键）键）按按一定方向移动的效应一定方向移动的效应，或者说是键，或者说是键的极性通过键链依次诱导传递的效应，称为诱导效应的极性通过键链依次诱导传递的效应，称为诱导效应（Inductive effectsInductive effects），），通常用通常用“I I”表示。表示。狭义的诱导效应：狭义的诱导效应：分子中键上传导的电子效应。分子中键上传导的电子效应。+I 效应：效应：(CH3)3C (CH3)2CH CH3CH2 CH31、诱导效应的分类、诱导效应的分类广义的诱导效应：广义的诱导效应：电子效应可在键上传导也可在空间或者媒电子效应可在键上传导也可在空间或者媒介传导介传导2、诱导效应的强度及其比较次序、诱导效应的强度及其比较次序1）根据酸碱强度）根据酸碱强度 +I 效应：效应：(CH3)3C (CH3)2CH CH3CH2 CH3 -I 效应：效应：F ClCl BrBr I I2）根据偶极矩）根据偶极矩（D）气态CH3Cl1.86CH3Br1.78CH3I1.643）根据元素周期表）根据元素周期表同周期同周期电负性随族数的增加而递增电负性随族数的增加而递增同族同族-电负性随周期数增高而递减电负性随周期数增高而递减-I-I+I+I 吸电子诱导效应（吸电子诱导效应（-I）：）：供电子诱导效应（供电子诱导效应（+I）：）：原子或基团的吸电子能力顺序如下原子或基团的吸电子能力顺序如下-电负性：电负性：3、诱导效应的性质、诱导效应的性质1 1）取代羧酸的酸性与在烃基同一位置上引入）取代羧酸的酸性与在烃基同一位置上引入-I基团的数目基团的数目 有关，数目越多，酸性越强。有关，数目越多，酸性越强。2 2）取代羧酸的酸性与）取代羧酸的酸性与-I基团离羧基的距离有关，距离越远，基团离羧基的距离有关，距离越远，影响越小。影响越小。3、诱导效应的用途、诱导效应的用途 1）判断体系酸碱性）判断体系酸碱性 2）影响亲电亲核取代速度）影响亲电亲核取代速度二、轨道杂化理论的基本要点二、轨道杂化理论的基本要点在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量能量相近相近的原子轨道重新组合，形成一组的原子轨道重新组合，形成一组新的新的原子轨道。原子轨道。这个过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫做杂化这个过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫做杂化轨道。轨道。杂化轨道理论认为：在分子形成过程中，通常存杂化轨道理论认为：在分子形成过程中，通常存在在激发、化、轨道重叠激发、化、轨道重叠等过程。等过程。注意：注意：原子轨道的杂化只有在分子形成过程才会发生，原子轨道的杂化只有在分子形成过程才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的；孤立的原子是不可能发生杂化的；只有原子轨道能量相近的轨道才能发生杂化。只有原子轨道能量相近的轨道才能发生杂化。轨道成分变了轨道成分变了杂化后的轨道杂化后的轨道单个单个轨道的能量变了轨道的能量变了轨道的轨道的伸展方向、伸展方向、形状变了形状变了结果当然是更有结果当然是更有利于成键利于成键！变了变了 轨道杂化过程中总能量守恒轨道杂化过程中总能量守恒 杂化前后轨道数目守恒杂化前后轨道数目守恒C原子的电子组态：原子的电子组态：sp3杂化杂化2s轨道与三个2p轨道杂化形成四个能级相等、形状相同的sp3杂化轨道，每个轨道中一个电子。C的四个的四个sp3轨道轨道甲烷的甲烷的CH键键与基态轨道相比，杂化轨道具有以下特点：与基态轨道相比，杂化轨道具有以下特点：a).能量相等，成分相同（能量相等，成分相同（1/4s轨道和轨道和3/4p轨道）；轨道）；b).杂化轨道的电子云分布更集中，可使成键轨道杂化轨道的电子云分布更集中，可使成键轨道间的重叠部分增大，间的重叠部分增大，成键能力增强成键能力增强；c).sp3杂化轨道在空间尽量伸展，呈最稳定正四杂化轨道在空间尽量伸展，呈最稳定正四面体型，轨道夹角面体型，轨道夹角10928。sp3杂化又称为正四面杂化又称为正四面体杂化。体杂化。sp2杂化杂化碳原子的2s轨道与二个2p轨道杂化，形成三个能量相等、形状相同的sp2轨道。每个轨道中有一个价电子，未杂化的2Pz也有一个电子。a).杂化轨道成分：1/3s轨道和2/3p轨道；b).成键能力较sp3杂化轨道弱，但较未杂化轨道强；c).杂化轨道呈平面三角形，轨道夹角120。未杂化2p轨道垂直于这一平面。sp杂化杂化碳原子的2s轨道与一个2p轨道杂化，形成两个能量相等、形状相同的sp杂化轨道，每个轨道中一个电子，未杂化的两个2P轨道中也各有一个电子。杂化轨道不同，成键能力亦不同，杂化轨道不同，成键能力亦不同，其次序是：其次序是：sp3d2sp3dsp3sp2sp不同的杂化轨道，空间取向不同，构成不同的几不同的杂化轨道，空间取向不同，构成不同的几何图形何图形。由不同的杂化轨道成键形成的分子，几何。由不同的杂化轨道成键形成的分子，几何构型也不同。构型也不同。不不同同杂杂化化方方式式的的轨轨道道形形状状、s 成成分分的的多多寡寡及及不不同杂化碳原子的电负性是不同的。同杂化碳原子的电负性是不同的。v 键：键：原子轨道原子轨道沿沿着核与核间着核与核间轴线轴线方向以方向以“头碰头头碰头”的的方式重叠形成的共价键。轨道重叠程度大，键较稳定。方式重叠形成的共价键。轨道重叠程度大，键较稳定。s-s s-p p-p3共价键的键型共价键的键型 键键：原子轨道沿着核间原子轨道沿着核间轴线垂直轴线垂直方向方向“肩碰肩肩碰肩”的方式重叠形成的共价键。轨道重叠程度小于的方式重叠形成的共价键。轨道重叠程度小于 键，键稳定性小于键，键稳定性小于 键。键。py-pyyxyxzxzx pz-pz键键 键键轨道重叠方式轨道重叠方式 “头碰头头碰头”“肩并肩肩并肩”轨道重叠程度轨道重叠程度 大大 小小键键能能 大大 小小稳定性稳定性 高高 低低三、共轭效应一、共轭体系一、共轭体系 1 1、共轭体系的涵义共轭体系的涵义 （共轭（共轭 平均分担之意，如牛之轭）平均分担之意，如牛之轭）在分子结构中，含有三个或三个以上相邻且共平面的原在分子结构中，含有三个或三个以上相邻且共平面的原子时，这些原子中相互平行的轨道之间相互交盖连在一起，从子时，这些原子中相互平行的轨道之间相互交盖连在一起，从而形成离域键（大而形成离域键（大键）体系称为共轭体系。键）体系称为共轭体系。P P轨道之间的相互交盖，使共轭体系中电子云分布产生离域作轨道之间的相互交盖，使共轭体系中电子云分布产生离域作用，键长趋于平均化，分子的内能降低，更稳定共轭体系的现用，键长趋于平均化，分子的内能降低，更稳定共轭体系的现象称为共轭效应。象称为共轭效应。2 2、共轭效应：、共轭效应：4、共轭体系的类型、共轭体系的类型a)-a)-共轭体系共轭体系:b)P-b)P-共轭体系共轭体系:c)-c)-共轭体系：共轭体系：CH3-CH=CH2 CH3-CH=CH2 d)-Pd)-P共轭体系：共轭体系：超共轭体系超共轭体系 5 5、形成共轭体系的条件、形成共轭体系的条件 构成共轭体系的原子必须在构成共轭体系的原子必须在同一平面内同一平面内，且其，且其 p p 轨道轨道的对称轴垂直于该平面，的对称轴垂直于该平面，p p 轨道的数目大于等于轨道的数目大于等于3 3。3、超共轭效应超共轭效应电子的离域，电子的离域，轨道与轨道与P P轨道或轨道或轨道部分侧面交盖重叠轨道部分侧面交盖重叠二、共轭体系二、共轭体系 1.1.,-,-共轭体系共轭体系由由电子的离域所体现的共轭效应，称为电子的离域所体现的共轭效应，称为，-共轭体系。共轭体系。,-,-共轭体系的结构特征是：共轭体系的结构特征是：双键、单键、双键交替连双键、单键、双键交替连接。接。组成该体系的组成该体系的不饱和键可以是双键，也可以是三键；不饱和键可以是双键，也可以是三键；组成该组成该体系的体系的原子也不是仅限于碳原子，还可以是氧、氮等其它原子。原子也不是仅限于碳原子，还可以是氧、氮等其它原子。在共轭体在共轭体系中，系中，电子离域电子离域的表示方的表示方法：法：2.2.p,-p,-共轭体系共轭体系 与双键碳原子直接相连的原子上有与双键碳原子直接相连的原子上有 p p 轨道，这个轨道，这个p p 轨道与轨道与 键的键的 p p 轨道平行，从侧面重叠构轨道平行，从侧面重叠构成成 p,-p,-共轭体系。共轭体系。能形成能形成 p,-p,-共轭体系的除具有未共用电子对的中性分子外，共轭体系的除具有未共用电子对的中性分子外，还可以是正、负离子或自由基。还可以是正、负离子或自由基。烯丙基正离子烯丙基正离子 烯丙基正离子烯丙基正离子 烯丙基自由基烯丙基自由基 3.3.超共轭体系超共轭体系 (1)(1),-,-超共轭体系超共轭体系 (2)(2),p-,p-超共轭体系超共轭体系 能形成能形成,p-,p-超共轭体系的可超共轭体系的可以是以是碳正离子碳正离子或或碳自由基碳自由基。,-,-和和,p-,p-超共轭体系的共同特点是：超共轭体系的共同特点是：参与超参与超共轭的共轭的CH CH 越多，超共轭效应越强。越多，超共轭效应越强。综上所述，在共轭体系中各种共轭效应的对分子影响综上所述，在共轭体系中各种共轭效应的对分子影响的相对强度是：的相对强度是：,-,-共轭共轭 p,-p,-共轭共轭 ,-,-超共轭超共轭 ,p-,p-超共轭超共轭三、共轭体系的特点三、共轭体系的特点 a a）组成共轭体系的原子具共平面性。组成共轭体系的原子具共平面性。b b）键长趋于平均化。（因电子云离域而致）。键长趋于平均化。（因电子云离域而致）。C-CC-C键键 键长键长0.154nm 0.154nm 丁二烯中丁二烯中 C-CC-C键长键长 0.147nm0.147nm C=C 0.133nm C=C C=C 0.133nm C=C键长键长 0.1337nm 0.1337nm 苯分之中苯分之中 C-CC-C键长均为键长均为 0.1397nm0.1397nmc c）内能较低，分子趋于稳定（可从氢化热得知）。内能较低，分子趋于稳定（可从氢化热得知）。四、静态共轭效应的相对强度四、静态共轭效应的相对强度 1 1）对对P-P-共轭效应有两种情况：共轭效应有两种情况：b b 缺电子时，缺电子时，电子云向电子云向P P轨道转移，呈吸电子共轭效应（轨道转移，呈吸电子共轭效应（-C-C）。）。其其相对强度视体系结构而定。相对强度视体系结构而定。a a 富电子时，富电子时，P P电子朝着双键方向转移，呈供电子共轭效应（电子朝着双键方向转移，呈供电子共轭效应（+C+C）。）。2 2）-共轭的相对强度共轭的相对强度 双键与电负性大的不饱和基团共轭时，共轭体系的电子云向电双键与电负性大的不饱和基团共轭时，共轭体系的电子云向电负性大的元素偏移，呈现出吸电子的共轭效应（负性大的元素偏移，呈现出吸电子的共轭效应（-C-C）。）。例如例如 ：其相对强度为：其相对强度为：=O=NR=CR2 =O=S=O=NR=CR2 =O=S