诱导效应
诱导效应(inductive effect)是指在有机化合物分子中,由于电负性不同的取代基(原子或原子团)的影响,使整个分子中的成键电子云密度向某一方向偏移,使分子发生极化的效应。
诱导效应只改变键内电子云密度分布,而不改变键的本性,且与共轭效应相比,无极性交替现象,包括静态诱导效应和动态诱导效应。
基本信息
- 中文名
诱导效应
- 英文名
inductive effect1
- 应用学科
有机化学
- 定义
因分子中原子或基团的极性(电负性)不同而引起成键电子云沿着原子链向某一方向移动的效应称为诱导效应
- 本质
改变键内电子云密度分布
基础定义
诱导效应是指在有机分子中引入一原子或基团后,使分子中成键电子云密度分布发生变化,从而使 化学键发生极化的现象,称为诱导效应(Inductive Effects)。
在有机化合物分子中,由于电负性不同的 取代基(原子或 原子团)的影响,使整个分子中的成键电子云密度向某一方向偏移,使分子发生极化的效应,叫诱导效应。诱导效应的特征是电子云偏移沿着σ键传递,并随着碳链的增长而减弱或消失。
比较各种原子或原子团的诱导效应时,常以氢原子为标准。吸引电子能力(电负性较大)比氢原子强的原子或原子团(如—X、—OH、—NO2、—CN等)有吸电子的诱导效应(负的诱导效应),用-I表示,整个分子的电子云偏向取代基。吸引电子的能力比氢原子弱的原子或原子团(如烷基)具有给电子的诱导效应(正的诱导效应),用 I表示,整个分子的电子云偏离取代基。
表示方法
在诱导效应中,一般用箭头“→”表示电子移动的方向,表示电子云的分布发生了变化。 诱导效应是一种短程的 电子效应,一般隔三个化学键影响就很小了。诱导效应只改变键内电子云密度分布,而不改变键的本性。
在分子中各相邻的 共价键上以静电诱导方式引起的各价电子对的偏移(σ 键电子的偏移)。诱导效应在有机化学中是一个非常重要的理论,它在研究有机化合物的结构、有机反应机理和有机合成中起很重要的作用。
类型
静态诱导效应:由于分子内极性共价键的存在(内在电场)而导致的,静态分子固有的性质。对化合物反应活性的影响具有两面性,在一定条件下可增加反应活性,也可能会降低反应活性。
动态诱导效应:是发生在化学反应时,由于外界电场的出现而发生的。通常只是在进行化学反应的瞬间才表现出来,所起的作用大都是加速反应的进行。2
指数
化学活性的定量尺度。
化学活性的定量尺度——“诱导效应指数”
1962年 蒋明谦和戴萃辰提出诱导效应指数的新概念和计算任何一个非共轭化合物性能的方法:任何一个 基团的诱导效应指数(I),都可以表征为原子B本身对A—B键的影响(i0),B上所带基团或原子对A—B键的累积影响(i),以及B上所带原子或基团的电荷(i±)之和。
式中δ/r为 极性强度,δ为两个成键原子电负性之差与电负性之和的比值,r为 键长,1/α(=0.3)为诱导效应传递中的递降率,±N为原子或基团所带的电荷,r′为荷电原子的 共价半径。从这几个基本参数出发可以计算任何类型的非共轭化合物的 分子结构与化学活性间明确而简单的 定量关系:诱导效应指数(I)与化学活性(P),包括反应能量,反应速度 常数的 对数以及反应 平衡常数的对数成直线关系;反应生成物产率(%)与诱导效应指数(I)成S形曲线关系。这种方法的特点是用原子电负性表达基团电负性,是根据分子结构最根本的原子特性来计算基团常数。虽然布朗斯台德(Bronsted)、哈 梅特(Hammett)以及塔夫脱(Taft)等化学家在三十年代已经提出了某些基团常数,但都是由实验个别指定的。
诱导效应指数的研究论文和专著发表之后,引起国内外广泛重视。1963年美国柯亨(Cohn)等主编的《物理有机化学的进展》第二卷中详细引证了这项成果,并指出“蒋戴文中列举的大量物化性质的数据以及诱导效应指数I与Taftσx之间有很好的关联,都表明这篇论文值得重视……”1984年美藉华裔学者 凌宁博士在他著的《生命的科学基础》一书中详细介绍了这个理论,并给予很高的评价。他写道:“蒋和戴以最基本的方式对诱导效应进行了探讨。他们不仅提出了一整套新的,叫作诱导效应指数的常数,而且提供了计算任何基团的诱导效应指数的方法和公式,所依据的则是原子的电负性和 共价键的键长等一些已知的参数。”“蒋和戴关于诱导效应的研究,最引人注目的方面是它用于反应速度和平衡的预测的普适性。”1964—1987年国内外陆续发表的引用诱导效应指数的论文已有30余篇,广泛用于 萃取剂、 杀虫剂、杀草剂、 缓蚀剂以及抗癌药物的研究中,对选择有效化合物以及预测反应速度和百分产率,起到了理论指导作用。
应用举例
一般来说:
1、体系越缺电子,酸性越强;体系越富电子,碱性越强。