誘導效應與共軛效應對比學習

楊芬+張永伍

摘 要：有機化學反應的發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性質的影響叫電子效應。電子效應是有機化學中重要的基本理論，在反應物穩定性、活性、酸堿性、產物穩定性和中間體穩定性的解釋中有著重要的作用。學生對誘導效應和共軛效應加以理解和掌握，就相當于有了一把開啟有機化學之門的鑰匙，因此將這兩種效應進行對比，有利于學生輕松地學習。

關鍵詞：電子效應；誘導效應；共軛效應；對比

一、引言

有機化學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，雖然有機化學看上去需要記憶的知識有很多，但是只要掌握了有機化學的學習工具，即三大結構理論和電子效應理論，就變得很容易了。學生剛開始學有機化學時覺得困難是正常的，可是只要堅持下去，就會越學越簡單。在學習有機化學過程中，只要記住結構決定性質，充分理解和掌握結構，學好電子效應中的誘導效應、共軛效應和超共軛效應，并能將三種效應加以應用，就能學好有機化學。結構理論和電子效應理論其實都是和電子相關的，超共軛效應也是非常重要的知識，這里只對誘導效應和共軛效應的含義和特點等進行對比學習，目的是使難以理解的兩種電子效應能以最直接的方式讓學生理解，并變得有趣。

二、電子效應

有機化合物結構和性質的重要理論依據之一是電子效應。因為有機化學反應多數是離子型的分步反應，一般是舊共價鍵先斷裂和新共價鍵的生成，無論是反應物、產物還是中間體涉及的物質都是電子的知識。有機化學反應中的共價鍵只有σ和π鍵，所以在有機化合物分子中，會出現σ和π鍵電子的偏移，從而對物質的性質產生影響，這種影響稱為電子效應，電子效應總的包括涉及σ電子偏移的誘導效應、π電子離域的共軛效應和C-Hσ電子離域的超共軛效應三種類型。

1.誘導效應

（1）誘導效應的含義

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，這就是誘導效應，簡稱I效應。

（2）誘導效應的本質

誘導效應產生的本質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）誘導效應的特點

誘導效應是分子的一種永久性質，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，不會出現極性交替現象。誘導效應還是一種短程效應，它通過靜電誘導而影響到分子的其他部分，離電負性大的原子或基團越遠，則受到的誘導效應影響越弱，一般隔三個單鍵后，誘導效應就很弱，一般可忽略不計了。

（4）誘導效應的強度

誘導效應分為吸（拉）電子誘導效應和給（供）電子誘導效應兩種，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，具有吸電子誘導效應，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，具有供電子誘導效應，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

（1）共軛體系和共軛效應的含義

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，能量降低的現象就是共軛效應，簡稱C效應。

（2）共軛效應形成條件

構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稱為π-π共軛效應，該效應由于參加共軛的原子數目恰好等于離域的π電子總數，又稱為等電子共軛效應。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的中間體，在解釋反應中間體上發揮著重要的作用；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鍵發生了供電子的共軛效應，使得氯乙烯分子較穩定。P-π共軛分子中π電子離域所引起的效應稱為P-π共軛效應，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流動?？墒钱敼曹楏w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，并出現交替極化。δ+和δ-交替出現，共軛體系有多長，影響的范圍就多大，是一種遠程效應，不受距離的限制，也不是越遠影響越小。

（5）共軛效應的強度

共軛效應分為吸電子共軛效應（—C）和供電子共軛效應（+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、N表現出吸電子參與共軛，電子云偏向O、N基團，為—C效應；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。

三、小結

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，在P-π中是+C 效應，再通過對誘導效應和共軛效應的對比學習和后期不斷對這兩種效應的應用，學生慢慢找到了學習有機化學的方法，學習興趣和主動性得以極大提高。

參考文獻：

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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。