楊芬 張永伍 劉品華

（1、曲靖師范學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，云南 曲靖 655000 2、曲靖市第一中學(xué)，云南 曲靖 655000）

電子效應(yīng)教學(xué)方法初探

楊芬1*張永伍2劉品華1

（1、曲靖師范學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，云南 曲靖 655000 2、曲靖市第一中學(xué)，云南 曲靖 655000）

有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)中電子效應(yīng)是很重要的基本理論，貫穿整個(gè)有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)過程，對有機(jī)化合物的反應(yīng)活性、穩(wěn)定性和酸堿性等都有著很大的影響，對于理解有機(jī)化學(xué)中的很多問題都是有著重要的作用。掌握電子效應(yīng)是學(xué)好有機(jī)化學(xué)的方法之一，由于學(xué)生初學(xué)有機(jī)化學(xué)對這兩種效應(yīng)不能很好地理解，因此對電子效應(yīng)的教學(xué)方法進(jìn)行探究以期學(xué)生能理解并掌握。

電子效應(yīng)；誘導(dǎo)效應(yīng)；共軛效應(yīng)

一、概述

有機(jī)化學(xué)是一門邏輯性和整體性相當(dāng)強(qiáng)的化學(xué)課程，該課程有些學(xué)生能夠迅速入門，學(xué)得如癡如醉，而有些學(xué)生不管如何努力，也始終摸不著“頭腦”，面對變化多樣的有機(jī)化學(xué)感到無從下手，只會(huì)一味地被反應(yīng)式“牽著鼻子走”，無法體會(huì)有機(jī)化學(xué)的內(nèi)在之美，那是多么遺憾的事??！其實(shí)有機(jī)化學(xué)雖然有機(jī)化合物數(shù)量繁多，反應(yīng)紛繁復(fù)雜，在學(xué)習(xí)中也會(huì)碰到各種各樣的問題，但是只要掌握有機(jī)化學(xué)的正確學(xué)習(xí)方法，學(xué)會(huì)應(yīng)用結(jié)構(gòu)理論和電子效應(yīng)理論積極思考，很多問題就能迎刃而解。而學(xué)習(xí)的方法就是一定要理解并掌握化合物的結(jié)構(gòu)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)決定化學(xué)性質(zhì)，這是有機(jī)化學(xué)的迷人魅力；還有就是要理解并熟練掌握電子效應(yīng)及其應(yīng)用，因?yàn)殡娮有?yīng)的應(yīng)用是很廣泛的，可以說學(xué)好了電子效應(yīng)理論就相當(dāng)于拿到了一把開啟有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)之門的鑰匙，所以將誘導(dǎo)效應(yīng)和共軛效應(yīng)的含義和特點(diǎn)等進(jìn)行對比學(xué)習(xí)是很有必要的，目的就是力求學(xué)生能對這兩種效應(yīng)有很好的理解并能記住。

二、電子效應(yīng)（Electronic effect）

電子效應(yīng)是有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的重要理論依據(jù)。因?yàn)橛袡C(jī)化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)多數(shù)是舊共價(jià)鍵先斷裂和新共價(jià)鍵的生成，涉及到的就是電子，而有機(jī)化學(xué)中的共價(jià)鍵就是σ和π鍵，所以在有機(jī)化合物分子中，由于σ和π鍵受到周圍原子、基團(tuán)或化學(xué)鍵的相互影響，使分子中的σ和π電子云發(fā)生一定程度的移動(dòng)，這種作用稱為電子效應(yīng)[1，2]，或者是指電子密度分布的改變對物質(zhì)性質(zhì)的影響，電子效應(yīng)總的包括誘導(dǎo)效應(yīng)、共軛效應(yīng)和超共軛三種類型。但文章只就誘導(dǎo)效應(yīng)和共軛效應(yīng)加以對比學(xué)習(xí)，這兩種效應(yīng)在有機(jī)化學(xué)中的重要應(yīng)用進(jìn)行歸納[3，4]。

（一）誘導(dǎo)效應(yīng)（Inductive effect）

1.誘導(dǎo)效應(yīng)的含義

有機(jī)化合物的主要組成元素是C、H、O、N、S、P、X，這幾種元素具有不同的電負(fù)性，所組成的共價(jià)鍵就有極性鍵和非極性鍵兩種，而極性鍵中因分子中某原子或基團(tuán)的極性（電負(fù)性）不同而引起成鍵電子云沿著原子鏈（σ鏈）向某一方向移動(dòng)（偏移）的效應(yīng)稱為誘導(dǎo)效應(yīng)，簡稱I效應(yīng)。誘導(dǎo)這兩個(gè)字其實(shí)很形象的表達(dá)了σ電子的偏移情況。

2.誘導(dǎo)效應(yīng)的本質(zhì)

其本質(zhì)是某極性σ鍵成鍵原子或基團(tuán)電負(fù)性的差別，使成鍵σ電子云發(fā)生偏移且向電負(fù)性大的原子或基團(tuán)偏移。為

了表示電子偏移的方向，在單鍵中間就用箭頭在共價(jià)鍵單鍵上直接表示出來，方向從電負(fù)性小的指向電負(fù)性大的。

3.誘導(dǎo)效應(yīng)的特點(diǎn)

靜態(tài)時(shí)誘導(dǎo)效應(yīng)是沿σ鍵傳遞的，且是一種短程效應(yīng)。由于原子的電負(fù)性不同而引起的極性效應(yīng)，不僅影響其直接相連的共價(jià)鍵的極性，而且還沿著分子鏈傳遞，通過靜電誘導(dǎo)而到分子的其它部分。由于這種電子云的移動(dòng)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，無極性交替現(xiàn)象，這種電子偏移只是在三根共價(jià)鍵內(nèi)會(huì)有影響，因?yàn)楦羧齻€(gè)單鍵后，誘導(dǎo)效應(yīng)就很弱，可忽略不計(jì)了。例如：

在1-氯丁烷中，與氯原子直接相連的C受到的誘導(dǎo)作用最大，正電效應(yīng)最強(qiáng)。由極性鍵C-Cl形成的電場，使第二個(gè)碳原子也帶有部分正電荷（δδ+），第三個(gè)碳原子帶有更小的正電荷（δδδ+）。注意誘導(dǎo)效應(yīng)是具有疊加性的，如果兩個(gè)原子或基團(tuán)都能對某一鍵產(chǎn)生誘導(dǎo)效應(yīng)時(shí)，這一鍵所受的誘導(dǎo)效應(yīng)就是這幾個(gè)原子或基團(tuán)誘導(dǎo)效應(yīng)的總和。

4.誘導(dǎo)效應(yīng)的強(qiáng)度

誘導(dǎo)效應(yīng)是有強(qiáng)度之分的，其分為吸（拉）電子誘導(dǎo)效應(yīng)和給（供）電子誘導(dǎo)效應(yīng)兩種。一般以氫的電負(fù)性為比較標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)際多是與C的電負(fù)性比較），如果原子或基團(tuán)的電負(fù)性大與H，則這個(gè)原子或基團(tuán)是吸電子的，具有吸電子的誘導(dǎo)效應(yīng)，用-I表示；反之電負(fù)性小于H，則這個(gè)原子或基團(tuán)是供電子的，具有供電子的誘導(dǎo)效應(yīng)，用+I表示。

常見吸電子基團(tuán)（-I）：NO2＞CN＞F＞Cl＞Br＞I＞CC＞OCH3＞OH＞C6H5＞C=C＞H

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

（二）共軛效應(yīng)（Conjugative effect）

1.共軛效應(yīng)的含義

如CH2=CH-CH=CH2體系中所有σ鍵和C、H原子都在同一個(gè)平面上，參加共軛的4個(gè)P軌道互相平行而發(fā)生重疊，形成離域大π鍵，在含有大π鍵的體系中，π電子已經(jīng)不局限于兩個(gè)C原子之間，而是分布于整個(gè)分子軌道之中，表現(xiàn)出電子云密度平均化，鍵長平均化、體系能量降低的現(xiàn)象，就是共軛效應(yīng)，又稱電子離域效應(yīng)，簡稱C效應(yīng)。

2.共軛效應(yīng)形成條件

（1）構(gòu)成共軛體系原子（常見C、N、O、Cl）多采用SP2雜化方式，這樣原子就在同一平面內(nèi)；（2）至少有3個(gè)或3個(gè)以上p軌道可以實(shí)現(xiàn)平行重疊，且要有至少2個(gè)電子以上供成鍵用的電子。

3.共軛效應(yīng)的分類

真正共軛體系的類型有π-π共軛和P-π共軛兩種（超共軛略）。當(dāng)四個(gè)以上共面原子的4個(gè)以上P軌道通過形成π鍵的P軌道間相互重疊而導(dǎo)致π電子離域作用稱為π-π共軛，因?yàn)閰⒓庸曹椀脑訑?shù)目恰好等于離域的電子總數(shù)，是一種等電子共軛，形式上可以簡單的看成單、雙鍵（或三鍵）交替的體系就是π-π共軛。π-π共軛通常用于判斷分子的穩(wěn)定性。

當(dāng)三個(gè)P軌道互相平行重疊而導(dǎo)致電子的離域，稱為P-π共軛，包括富電子、等電子和缺電子三種P-π共軛，即雙鍵相連的P軌道與π鍵的P軌道形成的共軛，其有四種類別，三種類別是烯丙型的，一種是X、O、N未共用電子對與π鍵的富電子共軛，如Cl-CH=CH2就是富電子P-π共軛。

4.共軛效應(yīng)的特點(diǎn)

共軛效應(yīng)是一種長程效應(yīng)，共軛體系有多長，共軛效應(yīng)就有多長，并且受到外界電子的極化時(shí)出現(xiàn)極性交替現(xiàn)象出現(xiàn)，即正負(fù)交替出現(xiàn)。

5.共軛效應(yīng)的強(qiáng)度

共軛效應(yīng)也有吸電子共軛效應(yīng)（-C）和供電子共軛效應(yīng)（+C）強(qiáng)度之分。含有O、N等電負(fù)性大的基團(tuán)如-NO2、-C=O與雙鍵相連形成π-π共軛，則O、N是吸電子參與共軛，電子云偏向O、N基團(tuán)，為-C效應(yīng)；一般X、O、N等原子與重鍵（雙鍵）相連形成的P-π共軛，X、O、N是給電子參與共軛，電子云偏向雙鍵，為+C效應(yīng)。

三、結(jié)束語

總之，通過對誘導(dǎo)效應(yīng)和共軛效應(yīng)從含義、分類、特點(diǎn)和強(qiáng)度的對比學(xué)習(xí)，讓學(xué)生從本質(zhì)上理解并掌握這兩種電子效應(yīng)，再通過后期的應(yīng)用，學(xué)生對這兩種效應(yīng)的應(yīng)用是不錯(cuò)的，也讓學(xué)生理解了有機(jī)化學(xué)課本中的很多問題，找到學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的方法，極大地激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。

[1]高鴻賓.有機(jī)化學(xué)（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2014：147-150.

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[3]劉洋，林友文.有機(jī)化學(xué)中電子效應(yīng)應(yīng)用的教學(xué)思考[J].化工高等教育，2012（1）：105-106.

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Electronic effect theory is very important in organic chemistry which throughout the entire process of organic chemistry learning.It has a great influence on reaction activity,stability, acidity and basicity of organic compounds,and plays an important role for understanding a lot of problems in organic chemistry.Grasping the electronic effect is one of the methods of learning organic chemistry,the student cannot well understand electronic effect, So the paper want to explore the teaching method of electronic effect in order to understand and master.

electronic effect;inductive effect;conjugative effect

G642

A

2096-000X（2016）23-0116-02

*通訊作者：楊芬（1972-），女，教授，博士，主要從事有機(jī)化學(xué)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)。