高等有机化学课件电子效应和溶剂效应.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《高等有机化学课件电子效应和溶剂效应.ppt》由用户(ziliao2023)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高等 有机化学 课件 电子效应 溶剂 效应
- 资源描述:
-
1、1 第二章第二章 电子效应和溶剂效应电子效应和溶剂效应 在任何分子中,原子和原子团都是相互作用、相互影响的。这些影响分为两大类,即电子效应和空间效应(立体效应),这些作用正是描述有机分子结构和性能之间关系的基本理论。电子效应:电子效应:诱导效应和共轭效应诱导效应和共轭效应 在有机化学反应中,有机分子的性质在很大程度上和分子中电子云密度在不同位置的分布有关。例如一个电子云密度高的位置使-OH离子难以进攻,而电子云密度低的位置却很容易进攻。溶剂效应:溶剂效应:有机化学反应绝大多数是在一定的溶剂中进行,溶剂效应对反应机理和反应速度的影响往往并不亚于电子效应。本章最后一节将讨论溶剂效应.2-1 诱导效
2、应诱导效应一、诱导效应的涵义和特征一、诱导效应的涵义和特征H3C COOHClCH2COOHClCHCOOHClClCCOOHClClpKa4.762.811.290.08H3C CH2CHCOOH H3C CHCH2COOHClCH2CH2CH2COOHpKaClCl2.864.414.702 上述有机化合物分子的酸性变化,都是分子中电子云密度分布发生了变化,或者从另一个角度说键的极性发生变化的结果。有机分子中,由于电负性不同的取代基由于电负性不同的取代基的影响沿着键链传递,致使分子中电子云密度按取代基相对于氢的电负性所决定的的影响沿着键链传递,致使分子中电子云密度按取代基相对于氢的电负性所
3、决定的方向而偏移的效应,叫做诱导效应。方向而偏移的效应,叫做诱导效应。(I)诱导效应可表示为:-IXCCC+IYCCC 这里要指出的是诱导效应是是静电作用。并不造成电子对属于某一原子核的情况,电子仍留在原来的分子轨道里。诱导效应是通过 s 键传递的,因此传递有一定的限度。在上述讨论中也不难看出链的传递迅速减弱,传递超过五个原子后,影响便消失了。有机分子中的诱导效应也可用NMR谱来推知:CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH(Cl)COOHa-b-和 g 的化学位移分别为 4.34,2.00 和1.34ppm3提问:FCN 为什么?请解释 二、二、诱导效应的相对强度诱导效应的相对强度 取代基对
4、诱导效应的方向及其强弱的影响,可以通过实验测定,一般用下列三种方法。(1)通过测定取代酸、碱离解常数确定)通过测定取代酸、碱离解常数确定 通常是测定取代酸的离解常数的大小来确定 取代基诱导效应的方向和强弱。如取代乙酸比乙酸酸性强,该取代基是-I效应,反 之为+I效应。-I 效应:-NO2-N+(CH3)3-CN-F-Cl-Br-I-OH +I 效应:-C(CH3)3CH2CH3-CH3 注:这是取代乙酸在水溶液中的离解常数确定的,气相中的结果与此有一些不同 (2)通过分析通过分析NMR化学位移化学位移 取代基的诱导效应对分子中电子云密度分布有很大的 影响。其表现在NMR中化学位移的不同。例如
5、CH3CH2-Y Y=-H 0.86ppm Y=-CH3 0.91ppm Y=-CH=CH2 2.00ppm Y=-F 4.36ppm Y=-CHO 2.46ppm Y=-NH2 2.74ppm Y=-NO2 4.37ppm Y=-CN 2.35ppm4 (三)通过测定偶极矩确定 取代基的诱导效应也反映在分子的偶极矩上.如:CH4 =0 CH3NO2 =11.80*10-30CH3CHO =8.970*10-30CH3Cl =6.100*10-30CH3OH =5.640*10-30-I -NO2-CHO-Cl-OH同样的方法可以测出烷基的诱导效应:+I (CH3)3C-CH3CH2CH(CH
6、3)-CH3CH2CH2CH2-CH3-这里要指出的是上述数据是相对的,因为各种试验都受条件的影响,即某以取代基没有强度固定不变的诱导效应.那么什么因素影响诱导效应的相对强度的?(1)周期律 诱导效应起源于取代基的电负性差异,而电负性大小与周期律有关.-I -CR3-NR2-Cl-Br-I -OR-SR各元素的电负性随周期数数增加而减低.同族的-I效应自上而下降低.5 对于+I效应也是同样规律,Na(0.9)的电负性小于Mg(1.2),前者的活性要大得多,同样,由于Li的电负性(1.0)很小,给电子能力大于Mg,因此有机锂试剂活性大于格氏试剂,有很强的亲核能力.(CH3)3CC(CH3)3O+
7、(CH3)3CLi-78oC1)2)H+,H2O(CH3)3C3COH 由于空间位阻用格氏试剂是无法完成上述反应.(2)电荷电荷 带正电荷的基团比同类型的不带电荷的基团吸电子能力强的 多;而带负电荷的情况下结果相反.-I:-+NR3-NR2 +I:-O-OR 注:只有同类型的有可比性,不是说所有的带电荷的基团的诱 导效应总比不带电荷的强.O2NCH2COOH (CH3)3NCH2COOH pKa 1.68 1.836有时利用同类基团电荷的变化可改变诱导效应的方向和强度。HOOCCH2COOH-I 效应OOCCH2COOH+I 效应Ka1=1.6x10-3Ka2=1.4x10-6 (3)饱和程度
8、 若同种原子但饱和程度不同,诱导效应也不同,随着不饱和度的升高,吸电子能力增强。-I:C CR-CR=CR-CR2-CR3=O-ORN=NR-NR2CH3COCOOHCH3OCH2COOH 以上讨论的是都是在静态下分子中电子云密度的分布情况的变化,故称为静态 诱导效应。当某一外来试剂的极性中心接近反应分子时,尤其是在试剂分子开始 进攻而导致过渡态的形成时,也会引起分子中电子云的暂时改变,这种改变叫做动态诱导效应。这里要注意的是在实际反应中,动态的诱导效应往往起着更重要的作用,并且有助于反应的进行。幸亏,大多数情况下,静态和动态诱导效应的方向是一致的。为什么?7三、烷基的诱导效应 从电负性和化学
9、位移数据可以看出烷基的电负性大于氢,应该是吸电子基,但是在有关酸的离解常数及氯代烷的偶极矩的数据,甲基及烷基却表现出推电子的性能。这是为什么呢?当烷基连接在SP3杂化的碳原子上或中性的氧原子上,表现为吸电子基。酸性:(CH3)3COH(CH3)2CHOHCH3CH2OHCH3OHHOH在气相中 但是在溶剂中测试的话,得出相反的结果,这是由于溶剂效应掩盖了烷基的微弱的吸电子性。另一种情况下,当烷基连接在SP2杂化的碳原子上或带正电荷的氮或氧原子上,则表现为给电子基。CH3-CH=CH2H3CCH3C CH8 这个效应在不饱和烃的卤化氢加成反应和甲苯的亲电取代反应中已经有所了解。在这里甲基表现出的
10、给电子性能不完全是诱导效应,也包含了甲基与p轨道的 超共轭效应。在某些有机溶剂中,各种胺类的碱性次序是:(CH3)3NH(CH3)2NH2 CH3NH3 NH4甲基有两性叔胺 仲胺 伯胺 氨因为共轭酸的稳定性为:9四、场效应 前面已经讲到,诱导效应是通过 键传递的电子效应。除此之外,还有通过空间传递的电子效应称为场效应。取代基空间可以产生一个电场,并对分子中另一部位的反应中心产生影响。如:COOHCOOHHHCOOHHHHOOCpKa1 1.93pKa2 6.59pKa1 3.04pKa2 4.54 假如说,上述电子效应沿 键传递的,则效应应相同。那么为什么有如此之大的差距呢?就是场效应的存在
11、在起作用。COOHCOOHHH远-H+COOHCOO-HH近,相互作用大有时把仅在分子的链上传递的电子效应叫做狭义的诱导效应,空间效应包含在一起叫做广义的诱导效应10 场效应与相互间的距离的平方成反比,距离越远,作用越小.场效应有时改变诱导效应的方向.ClC C COOH+-诱导效应增加酸性,而场效应降低酸性C C COOH+-Cl距离太远,其酸性比邻位异构体低,对位的情况同样XCOOHX=H pKa=6.04X=Cl pKa=6.25X=COO-pKa=6.89这种情况下,可排除共轭效应和氢键,而X和COOH相隔5个原子.因此pKa值的差别只能用场效应来解释.11 2-2 共轭效应 一、共轭
12、体系的分类CH2=CH2CH2=CH-Cl定域的离域的 一个化合物分子中的成键轨道扩大到三个或更多的原子所形成的化学键叫离域化学键.具有离域键的分子体系叫做共轭体系.共轭体系有三种:(一)-共轭体系CH2=CH-CHO CH2=CH-CH=CH2 CH2=CH-CH2-CH=CH2OOCH=O其特点是单键和双键交替连接(二)p-共轭体系CH2=CH-CH2 CH2=CH-CH2OXNH212 (三)超共轭体系 烷基的碳原子与最小的氢原子结合成C-H 键,由于氢原子对电子云屏蔽的效力很小,以至C-H 键与邻接的 键或 P 轨道之间也可以发生一定程度的电子离域.这种C-H 键与 键或 P 轨道相连
13、的体系成为超共轭体系,由此而产生的电子效应称-超共轭.H2C CHHHHHHHCHHHHHHH-p 这种超共轭体系与其它的-和 p-共轭体系的效应弱的多.二、共轭效应的涵义和特征 对于共轭体系中电子的离域作用,可用共振轮或分子轨道理论来描述。例如:CHCH2E苯乙烯-(E苯+E乙烯)=0.42b苯乙烯的离域能 前面已经讲过,在共轭体系中电子不是定域在成键原子之间,而是围绕整个分子轨道作整体的运动。电子通过共轭体系传递并引起体系性质改变的效应,叫做共轭效应。13(1)共轭效应通过共轭键传递,结果共轭键的电子云密度或多或少的发生平均化,也就是键长发生了平均化。H3C CH3CH2=CH2CH2=C
14、H-CH=CH20.1540.1340.135 0.1480.139CH3-ClCH2=CH-Cl0.1770.138 0.164CH3-CH=CH2C NHC NH3C0.148 0.1350.1150.140 0.116 (2)共轭效应是通过共轭体系的共轭键传递,传递到相当远的另一端。且随距离增大并不明显减弱。CH2=CH-CH=CH-CH=CH-CH=CH-CH=CH2E+NHO如不考虑共轭效应,此化合物应该具有胺和酮的性质,而实际上没有胺和酮的性质。14 (3)共轭效应传递电子时,出现电荷密度高低不同的交替现象。这一点与诱导效应是绝然不同的。这一现象与芳香族化合物的亲电取代规律相一致。
15、NH2+0.09-0.02-0.030.00-0.02HO+0.085-0.015+0.06-0.01+0.061 在开链体系中也有这种交替现象:CH2=CH-CH=O CH2=CH-CH=CH-CH=CH2E+麦克尔1,4加成共轭多烯烃的1,4-或1,6-加成三、共轭效应的相对强度 与诱导效应的情况一样,共轭效应也分为吸电子共轭效应(-C)和给电子共轭效应(+C).取代基的共轭效应的方向和强弱,也可通过各种试验测定.(1)通过测定偶极矩确定15请解释,什么意思?为什么?例如:CH3-ClCl=6.20 x10-30=5.67x10-30诱导效应诱导效应+共轭效应+C效应N OO=14.117
16、x10-30CH3-NO2=11.81x10-30诱导效应+超共轭效应诱导效应+共轭效应-C 效应通过计算得到的饱和脂肪族和几种取代芳香族化合物的偶极矩差值值。取代基X OH F Cl Br COCH3 COOCH3 CN NO2X/x1-+0.97 +0.80 +0.53 +0.23 -0.53 -0.63 -1.50 -2.30+C效应增大-C 效应增大R X16 (2)通过测定电离势 对于取代基带有未共用电子对的-共轭体系。未共用的p电子对向键方向移动。带有未共用电子对的给电子基应具有相对低的电力势。因此,测定电离势的大小可推算出一些基团的给电子能力。+C:-NH2 -SH -OH -F
17、电力势/eV10.15 10.46 12.59 12.74判断共轭效应的强度次序:(1)周期律 在同一周期中+C效应随原子序数的增加而减少,这是由于原子半径的减小和电负性增大,而使给电子能力降低。+C 效应 -NR2-OR-F在同族中随原子序数的增加+C效应减小.+C效应 -F-Cl-Br-I -OR-SR-SeR 上述说明与原子的电负性的数据是相矛盾的,但是由于共轭效应主要是通过-或p-重叠来实现,需要轨道相似,轨道的大小差别越大,越不利于重叠,其共轭效应越弱.如:结论相反,为什么?17 纯粹考虑电负性,因-F-Cl,其酸性氟代物的酸性应大于氯代物的酸性。这是因为-F的+C效应大于-Cl。-
展开阅读全文