诱导效应与共轭效应对比学习

摘 要：有机化学反应的发生一般都是共价键先断裂，然后再有共价键的生成。有机化学中的共价键有σ和π键两种，σ和π键中电子的偏移对物质性质的影响叫电子效应。电子效应是有机化学中重要的基本理论，在反应物稳定性、活性、酸碱性、产物稳定性和中间体稳定性的解释中有着重要的作用。学生对诱导效应和共轭效应加以理解和掌握，就相当于有了一把开启有机化学之门的钥匙，因此将这两种效应进行对比，有利于学生轻松地学习。

关键词：电子效应；诱导效应；共轭效应；对比

一、引言

有机化学是一门充满魅力的课程，因为它有自己完整的逻辑性和整体性，虽然有机化学看上去需要记忆的知识有很多，但是只要掌握了有机化学的学习工具，即三大结构理论和电子效应理论，就变得很容易了。学生刚开始学有机化学时觉得困难是正常的，可是只要坚持下去，就会越学越简单。在学习有机化学过程中，只要记住结构决定性质，充分理解和掌握结构，学好电子效应中的诱导效应、共轭效应和超共轭效应，并能将三种效应加以应用，就能学好有机化学。结构理论和电子效应理论其实都是和电子相关的，超共轭效应也是非常重要的知识，这里只对诱导效应和共轭效应的含义和特点等进行对比学习，目的是使难以理解的两种电子效应能以最直接的方式让学生理解，并变得有趣。

二、电子效应

有机化合物结构和性质的重要理论依据之一是电子效应。因为有机化学反应多数是离子型的分步反应，一般是旧共价键先断裂和新共价键的生成，无论是反应物、产物还是中间体涉及的物质都是电子的知识。有机化学反应中的共价键只有σ和π键，所以在有机化合物分子中，会出现σ和π键电子的偏移，从而对物质的性质产生影响，这种影响称为电子效应，电子效应总的包括涉及σ电子偏移的诱导效应、π电子离域的共轭效应和C-Hσ电子离域的超共轭效应三种类型。

1.诱导效应

（1）诱导效应的含义

有机化合物的主要组成元素是C、H，另外还有O、N、S、P、X，它们具有不同的电负性，所组成的σ共价键就有极性键和非极性键两种（通常是针对σI而言），而极性σ键中因存在电负性不同的极性σ键，会引起该键的σ电子往电负性大的方向偏移，但这种偏移不会只局限于这根σ键，而是会诱导相邻σ键上的电子云也往电负性大的原子或基团偏移，这就是诱导效应，简称I效应。

（2）诱导效应的本质

诱导效应产生的本质是分子中某根极性键所连原子或基团电负性的差别，使该成键σ电子云向电负性大的原子或基团发生偏移。表示电子云偏移的方向时直接在单键链上用箭头直接表示出来，方向从电负性小的指向电负性大的。

（3）诱导效应的特点

诱导效应是分子的一种永久性质，它是单向极化的，这是由于原子或基团的电负性不同而引起的电子偏移是微小的，因此所产生部分电荷用δ+或δ-表示，更小的正电荷则用δδ+、δδδ+表示，不会出现极替现象。诱导效应还是一种短程效应，它通过静电诱导而影响到分子的其他部分，离电负性大的原子或基团越远，则受到的诱导效应影响越弱，一般隔三个单键后，诱导效应就很弱，一般可忽略不计了。

（4）诱导效应的强度

诱导效应分为吸（拉）电子诱导效应和给（供）电子诱导效应两种，一般将原子或基团的电负性与氢的电负性相比较（实际多是与C的电负性比较），如果电负性大于H，这个原子或基团就是吸电子的，具有吸电子诱导效应，用-I表示；反之，电负性小于H，这个原子或基团就是供电子的，具有供电子诱导效应，用+I表示。

常见吸电子基团（-I）：-NO2>-CN>-F>-Cl>-Br>-I>-C C >-OH>-C6H5>-C=C>H

常见供电子基团（+I）：（CH3）3C->（CH3）2C->CH3CH2-> CH3->H

2.共轭效应

（1）共轭体系和共轭效应的含义

真正的共轭体系是指分子中有三个或三个以上互相平行的P轨道发生π电子离域的部分，它可以是分子的一部分或是整个分子。而在共轭体系中，由于π电子离域所引起键长平均化，能量降低的现象就是共轭效应，简称C效应。

（2）共轭效应形成条件

构成共轭体系的原子一般采取SP2杂化，还要至少有3个以上p轨道平行重叠，这样可以提供π电子离域的通道；同时也要有至少2个以上π电子在离域通道上离域。

（3）共轭体系和共轭效应的分类

共轭体系的类型有4个P轨道平行重叠形成的π-π共轭和3个P轨道平行重叠形成的P-π共轭两种（超共轭暂且不讲）。π-π共轭体系形式上可以简单地看作单、双键（或三键）交替的体系，而π-π共轭分子中由于π电子离域所引起的效应称为π-π共轭效应，该效应由于参加共轭的原子数目恰好等于离域的π电子总数，又称为等电子共轭效应。由3个P轨道平行重叠形成的体系称为P-π共轭体系，它又分为四种类型，如等电子共轭的烯丙基碳自由基，缺电子共轭的烯丙基碳正离子和富电子共轭的烯丙基碳负离子，刚好这三个都是反应的中间体，在解释反应中间体上发挥着重要的作用；另外就是富电子的中性分子如CH2=CH-Cl（-OH、-NH2），X、O、N上的未共用电子对与π键发生了供电子的共轭效应，使得氯乙烯分子较稳定。P-π共轭分子中π电子离域所引起的效应称为P-π共轭效应，即键长平均化，分子能量降低。P-π共轭分子从形式上可以看成双键、单键和P轨道交替。

（4）共轭效应的特点

1，3-丁二烯分子不受外界影响时，其电子云的分布是完全对称的，离域的π电子可以在整个体系内流动。可是当共轭体系一端的电子密度受到外界试剂影响时，整个共轭体系中每一个原子的电子云密度都受到影响，并出现交替极化。δ+和δ-交替出现，共轭体系有多长，影响的范围就多大，是一种远程效应，不受距离的限制，也不是越远影响越小。

（5）共轭效应的强度

共轭效应分为吸电子共轭效应（―C）和供电子共轭效应（+C）两种强度。含有O、N等电负性大的基团如-NO2、-C=O与双键相连形成π-π共轭体系中，因为O和N的电负性较C大，且只是提供1个电子参与共轭，所以O、N表现出吸电子参与共轭，电子云偏向O、N基团，为―C效应；而一般X、O、N等原子与重键（双键）相连形成的P-π共轭时，因为X、O、N上的孤对电子（2个电子）是提供出来参与共轭，和双键上每个C提供1个电子参与共轭相比，电子云偏向双键，X、O、N原子或基团为+C效应。

三、小结

总之，有机化合物的主要组成元素是C、H、O、N、S、P和X，O、N、X在π-π中是-C效应，在P-π中是+C 效应，再通过对诱导效应和共轭效应的对比学习和后期不断对这两种效应的应用，学生慢慢找到了学习有机化学的方法，学习兴趣和主动性得以极大提高。

参考文献：

[1]高鸿宾.有机化学（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2014.

[2]伍越寰，李伟昶，沈晓明.有机化学（第二版）[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2015.

[3]董继红.浅谈有机化学中的电子效应及教学方法[J].忻州师范学院学报，2014，30（5）：1-5.

作者简介：杨芬（1972― ），女，云南曲靖人，博士，教授，研究方向：有机化学。