誘導(dǎo)效應(yīng)與共軛效應(yīng)對比學(xué)習(xí)

楊芬+張永伍

摘 要：有機化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生一般都是共價鍵先斷裂，然后再有共價鍵的生成。有機化學(xué)中的共價鍵有σ和π鍵兩種，σ和π鍵中電子的偏移對物質(zhì)性質(zhì)的影響叫電子效應(yīng)。電子效應(yīng)是有機化學(xué)中重要的基本理論，在反應(yīng)物穩(wěn)定性、活性、酸堿性、產(chǎn)物穩(wěn)定性和中間體穩(wěn)定性的解釋中有著重要的作用。學(xué)生對誘導(dǎo)效應(yīng)和共軛效應(yīng)加以理解和掌握，就相當(dāng)于有了一把開啟有機化學(xué)之門的鑰匙，因此將這兩種效應(yīng)進行對比，有利于學(xué)生輕松地學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：電子效應(yīng)；誘導(dǎo)效應(yīng)；共軛效應(yīng)；對比

一、引言

有機化學(xué)是一門充滿魅力的課程，因為它有自己完整的邏輯性和整體性，雖然有機化學(xué)看上去需要記憶的知識有很多，但是只要掌握了有機化學(xué)的學(xué)習(xí)工具，即三大結(jié)構(gòu)理論和電子效應(yīng)理論，就變得很容易了。學(xué)生剛開始學(xué)有機化學(xué)時覺得困難是正常的，可是只要堅持下去，就會越學(xué)越簡單。在學(xué)習(xí)有機化學(xué)過程中，只要記住結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，充分理解和掌握結(jié)構(gòu)，學(xué)好電子效應(yīng)中的誘導(dǎo)效應(yīng)、共軛效應(yīng)和超共軛效應(yīng)，并能將三種效應(yīng)加以應(yīng)用，就能學(xué)好有機化學(xué)。結(jié)構(gòu)理論和電子效應(yīng)理論其實都是和電子相關(guān)的，超共軛效應(yīng)也是非常重要的知識，這里只對誘導(dǎo)效應(yīng)和共軛效應(yīng)的含義和特點等進行對比學(xué)習(xí)，目的是使難以理解的兩種電子效應(yīng)能以最直接的方式讓學(xué)生理解，并變得有趣。

二、電子效應(yīng)

有機化合物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的重要理論依據(jù)之一是電子效應(yīng)。因為有機化學(xué)反應(yīng)多數(shù)是離子型的分步反應(yīng)，一般是舊共價鍵先斷裂和新共價鍵的生成，無論是反應(yīng)物、產(chǎn)物還是中間體涉及的物質(zhì)都是電子的知識。有機化學(xué)反應(yīng)中的共價鍵只有σ和π鍵，所以在有機化合物分子中，會出現(xiàn)σ和π鍵電子的偏移，從而對物質(zhì)的性質(zhì)產(chǎn)生影響，這種影響稱為電子效應(yīng)，電子效應(yīng)總的包括涉及σ電子偏移的誘導(dǎo)效應(yīng)、π電子離域的共軛效應(yīng)和C-Hσ電子離域的超共軛效應(yīng)三種類型。

1.誘導(dǎo)效應(yīng)

（1）誘導(dǎo)效應(yīng)的含義

有機化合物的主要組成元素是C、H，另外還有O、N、S、P、X，它們具有不同的電負性，所組成的σ共價鍵就有極性鍵和非極性鍵兩種（通常是針對σ鍵而言），而極性σ鍵中因存在電負性不同的極性σ鍵，會引起該鍵的σ電子往電負性大的方向偏移，但這種偏移不會只局限于這根σ鍵，而是會誘導(dǎo)相鄰σ鍵上的電子云也往電負性大的原子或基團偏移，這就是誘導(dǎo)效應(yīng)，簡稱I效應(yīng)。

（2）誘導(dǎo)效應(yīng)的本質(zhì)

誘導(dǎo)效應(yīng)產(chǎn)生的本質(zhì)是分子中某根極性鍵所連原子或基團電負性的差別，使該成鍵σ電子云向電負性大的原子或基團發(fā)生偏移。表示電子云偏移的方向時直接在單鍵鏈上用箭頭直接表示出來，方向從電負性小的指向電負性大的。

（3）誘導(dǎo)效應(yīng)的特點

誘導(dǎo)效應(yīng)是分子的一種永久性質(zhì)，它是單向極化的，這是由于原子或基團的電負性不同而引起的電子偏移是微小的，因此所產(chǎn)生部分電荷用δ+或δ-表示，更小的正電荷則用δδ+、δδδ+表示，不會出現(xiàn)極性交替現(xiàn)象。誘導(dǎo)效應(yīng)還是一種短程效應(yīng)，它通過靜電誘導(dǎo)而影響到分子的其他部分，離電負性大的原子或基團越遠，則受到的誘導(dǎo)效應(yīng)影響越弱，一般隔三個單鍵后，誘導(dǎo)效應(yīng)就很弱，一般可忽略不計了。

（4）誘導(dǎo)效應(yīng)的強度

誘導(dǎo)效應(yīng)分為吸（拉）電子誘導(dǎo)效應(yīng)和給（供）電子誘導(dǎo)效應(yīng)兩種，一般將原子或基團的電負性與氫的電負性相比較（實際多是與C的電負性比較），如果電負性大于H，這個原子或基團就是吸電子的，具有吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)，用-I表示；反之，電負性小于H，這個原子或基團就是供電子的，具有供電子誘導(dǎo)效應(yīng)，用+I表示。

常見吸電子基團（-I）：-NO2>-CN>-F>-Cl>-Br>-I>-C C >-OH>-C6H5>-C=C>H

常見供電子基團（+I）：（CH3）3C->（CH3）2C->CH3CH2-> CH3->H

2.共軛效應(yīng)

（1）共軛體系和共軛效應(yīng)的含義

真正的共軛體系是指分子中有三個或三個以上互相平行的P軌道發(fā)生π電子離域的部分，它可以是分子的一部分或是整個分子。而在共軛體系中，由于π電子離域所引起鍵長平均化，能量降低的現(xiàn)象就是共軛效應(yīng)，簡稱C效應(yīng)。

（2）共軛效應(yīng)形成條件

構(gòu)成共軛體系的原子一般采取SP2雜化，還要至少有3個以上p軌道平行重疊，這樣可以提供π電子離域的通道；同時也要有至少2個以上π電子在離域通道上離域。

（3）共軛體系和共軛效應(yīng)的分類

共軛體系的類型有4個P軌道平行重疊形成的π-π共軛和3個P軌道平行重疊形成的P-π共軛兩種（超共軛暫且不講）。π-π共軛體系形式上可以簡單地看作單、雙鍵（或三鍵）交替的體系，而π-π共軛分子中由于π電子離域所引起的效應(yīng)稱為π-π共軛效應(yīng)，該效應(yīng)由于參加共軛的原子數(shù)目恰好等于離域的π電子總數(shù)，又稱為等電子共軛效應(yīng)。由3個P軌道平行重疊形成的體系稱為P-π共軛體系，它又分為四種類型，如等電子共軛的烯丙基碳自由基，缺電子共軛的烯丙基碳正離子和富電子共軛的烯丙基碳負離子，剛好這三個都是反應(yīng)的中間體，在解釋反應(yīng)中間體上發(fā)揮著重要的作用；另外就是富電子的中性分子如CH2=CH-Cl（-OH、-NH2），X、O、N上的未共用電子對與π鍵發(fā)生了供電子的共軛效應(yīng)，使得氯乙烯分子較穩(wěn)定。P-π共軛分子中π電子離域所引起的效應(yīng)稱為P-π共軛效應(yīng)，即鍵長平均化，分子能量降低。P-π共軛分子從形式上可以看成雙鍵、單鍵和P軌道交替。

（4）共軛效應(yīng)的特點

1，3-丁二烯分子不受外界影響時，其電子云的分布是完全對稱的，離域的π電子可以在整個體系內(nèi)流動?？墒钱?dāng)共軛體系一端的電子密度受到外界試劑影響時，整個共軛體系中每一個原子的電子云密度都受到影響，并出現(xiàn)交替極化。δ+和δ-交替出現(xiàn)，共軛體系有多長，影響的范圍就多大，是一種遠程效應(yīng)，不受距離的限制，也不是越遠影響越小。

（5）共軛效應(yīng)的強度

共軛效應(yīng)分為吸電子共軛效應(yīng)（—C）和供電子共軛效應(yīng)（+C）兩種強度。含有O、N等電負性大的基團如-NO2、-C=O與雙鍵相連形成π-π共軛體系中，因為O和N的電負性較C大，且只是提供1個電子參與共軛，所以O(shè)、N表現(xiàn)出吸電子參與共軛，電子云偏向O、N基團，為—C效應(yīng)；而一般X、O、N等原子與重鍵（雙鍵）相連形成的P-π共軛時，因為X、O、N上的孤對電子（2個電子）是提供出來參與共軛，和雙鍵上每個C提供1個電子參與共軛相比，電子云偏向雙鍵，X、O、N原子或基團為+C效應(yīng)。

三、小結(jié)

總之，有機化合物的主要組成元素是C、H、O、N、S、P和X，O、N、X在π-π中是-C效應(yīng)，在P-π中是+C 效應(yīng)，再通過對誘導(dǎo)效應(yīng)和共軛效應(yīng)的對比學(xué)習(xí)和后期不斷對這兩種效應(yīng)的應(yīng)用，學(xué)生慢慢找到了學(xué)習(xí)有機化學(xué)的方法，學(xué)習(xí)興趣和主動性得以極大提高。

參考文獻：

[1]高鴻賓.有機化學(xué)（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2014.

[2]伍越寰，李偉昶，沈曉明.有機化學(xué)（第二版）[M].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2015.

[3]董繼紅.淺談有機化學(xué)中的電子效應(yīng)及教學(xué)方法[J].忻州師范學(xué)院學(xué)報，2014，30（5）：1-5.

作者簡介：楊芬（1972— ），女，云南曲靖人，博士，教授，研究方向：有機化學(xué)。