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誘導效應
鎖定
- 中文名
- 誘導效應
- 外文名
- inductive effect
- 應用學科
- 有機化學
- 本 質
- 改變鍵內電子雲密度分佈
誘導效應基本性質
誘導效應的特徵是電子雲偏移沿着σ鍵傳遞，並隨着碳鏈的增長而減弱，最終消失。誘導效應是一種短程力，傳遞到第三個碳時已經很弱，傳到第五個碳時幾乎完全消失。誘導效應是一種靜電作用，是永久性的，屬於電子效應的一種。
[1]
誘導效應表示方法
在誘導效應中，一般用箭頭“→”表示電子移動的方向，表示電子雲的分佈發生了變化。例如，氯原子取代了烷烴碳上的氫原子後，如圖1：
圖1
由於氯的電負性較大，吸引電子的能力較強，電子向氯偏移，使氯帶部分負電荷（δ-）、碳帶部分正電荷（δ+）。帶部分正電荷的碳又吸引相鄰碳上的電子，使其發生偏移。
誘導效應類型
靜態誘導效應：由於分子內極性共價鍵的存在（內在電場）而導致的，靜態分子固有的性質。對化合物反應活性的影響具有兩面性，在一定條件下可增加反應活性，也可能會降低反應活性。
誘導效應誘導效應指數
化學活性的定量尺度。
誘導效應發展簡史
1923年G.N.路易斯首先提出取代基團吸引或釋放電子的作用可以在整個分子中的各鍵上引起價電子對移動的概念。C.K.英戈爾德等將常見的基團和原子排列成一個誘導效應強弱的定性序列。
科學工作者根據化合物的物理化學性質、反應平衡常數和速率常數等方面的大量實驗結果，提出了各種基團特性常數，以定量或半定量地表達基團的誘導效應強弱。其中最著名的是L.P.哈米特的取代常數σ（見哈米特方程）和R.W.塔夫脱的極性取代常數σ*。
1962年蔣明謙和戴萃辰認為誘導效應不僅與成鍵原子的電負性有關，還與鍵長有關，並根據原子的電負性及其共價半徑，提出用誘導效應指數來定量地表示基團的誘導效應強弱。
誘導效應比較標準
吸引電子能力（電負性較大）比氫原子強的原子或原子團（如—X、—OH、—NO2、—CN等）有吸電子的誘導效應或拉電子誘導效應（-I效應），整個分子的電子雲偏向取代基。吸引電子能力比氫原子弱的原子或原子團具有給電子的誘導效應或推電子誘導效應（+I效應），整個分子的電子雲偏離取代基。
取代基的誘導效應強弱有如下規律：
1、同族元素中，原子序數越大，吸電子誘導效應越弱；同週期元素中，原子序數越大，吸電子誘導效應越強。
2、基團不飽和程度越大，吸電子誘導效應越強。這是由於各雜化態中s軌道成分不同而引起的，s成分越高，吸電子能力越強。
3、正電荷基團和含配位鍵（直接相連）的基團具吸電子誘導效應，負電荷基團具給電子誘導效應。
圖2
吸電子基團：—NO2＞—CN＞F＞Cl＞Br＞I＞—C≡CH＞—OCH3＞—C6H5＞—CH=CH2＞H。
斥電子基團：(CH3)3C—＞(CH3)2CH—＞CH3CH2—＞CH3—＞H。
誘導效應對有機酸的酸性強弱影響很大。凡是能引起羰基碳原子上電子雲密度降低的誘導效應都能使酸性增強，能引起羰基碳原子上電子雲密度升高的誘導效應時酸性減弱。這種影響越大，酸性強弱的變化就越大。
例如，氯原子取代乙酸的α-H後，生成氯乙酸，由於氯的-I效應通過碳鏈傳遞，使羧基中O—H鍵極性增加，氫更容易以質子形式解離下去，從而酸性增強，致使ClCH2COOH的酸性強於CH3COOH的酸性。
圖示
誘導效應遞降率
誘導效應是一種靜電誘導作用，其作用隨所經距離的增大而迅速減弱。誘導效應在一個σ鍵體系中傳遞時，一般認為每經過一個鏈上原子，即降低為原來的約三分之一。通常以ε或1/α來表示遞降率。經過n個原子後，其誘導效應只有原來的(1+α)n。一般認為，經過三個原子後誘導作用可忽略。
誘導效應相關擴展
誘導效應共軛效應
共軛體系原指像1,3-丁二烯這樣單雙鍵交替的體系，泛指能和π電子雲側面交蓋並形成多原子軌道的體系。共軛體系產生共軛效應，用C表示。若取代基使體系的π電子雲密度增大，則該取代基具有給電子的共軛效應，用＋C表示；若取代基使體系的π電子雲密度減小，則該取代基具有吸電子的共軛效應，用－C表示。
共軛效應的強弱判斷為：
1、原子電負性的影響。原子電負性越大，吸電子能力越強，從而給電子的共軛效應越弱。
2、不飽和度的影響體系的不飽和度越大，共軛體系越大，從而共軛效應也越大。
3、取代基所帶電荷的影響。負電荷越多，給電子的共軛效應越強；正電荷越多，吸電子的共軛效應越強；通常負電荷給電子的共軛效應大於中性分子。
誘導效應競爭關係
通過對誘導效應和共軛效應的分析，總結出便於區分二者的競爭關係，如圖3：
圖3
由圖3可見，從左邊看，結果為吸電子效應，有以下幾種情況：
（1）僅有誘導效應而無共軛效應。此類取代基電負性大於碳，且母體中與取代基相連的第一個碳原子飽和。
（2）取代基為給電子的共軛效應小於吸電子的誘導效應的基團（+C＜－I）。若鹵素取代基的鄰碳鏈或環尚未飽和，則鹵素的吸電子的誘導效應大於供電子的共軛效應，總體表現為吸電子效應。
（3）取代基為既有吸電子的共軛效應又有吸電子的誘導效應的基團（－C+－I）。此類基團通常為帶正電荷的基團或取代基第一個碳和非碳原子有不飽和鍵的基團。
從右邊看，結果為給電子效應。
（1）僅有共軛效應而無誘導效應。這就是超共軛效應，其大小排列順序為：(CH3)3C-＞(CH3)2CH-＞CH3CH2-。
（2）取代基為能產生р-π共軛的除鹵素外的其它端基有孤對電子的簡單基團。此類取代基多為有孤對電子的基團或負離子，如氨基、烷氧基、氧負離子和碳負離子等。
（3）取代基為能產生р-π共軛的某些複雜基團此類取代基大多比較複雜，基團中一般包含有孤對電子的原子以及碳碳不飽和鍵，形成р-π共軛。既可能是吸電子效應也可能是給電子效應。通常為某些二價共軛體系基團。
誘導效應應用
一般來説：
1、體系越缺電子，酸性越強；體系越富電子，鹼性越強。
2、缺電子的體系使其電子越多越穩定，給電子基團能使該體系更穩定；富電子的體系使其電子越少越穩定，吸電子基團能使該體系更穩定。
3、越穩定的物質越容易生成。反應過程中，穩定中間體的生成量最多，反應速率也最快，有些物質可能會通過重排生成更穩定的中間體；反應的最終產物以最穩定的物質為主。
舉例：比較下列化合物的酸性並排序。
答案：C＞B＞A＞D
解析：芳環羧酸的鄰位異構體的酸性是最強的，原因為：
（1）誘導效應。鄰位取代時，羧基和硝基的距離太近，導致羧基碳氧雙鍵上的π電子難以和苯環上的π電子較好地共軛，故以誘導為主。取代基吸引羧基上的電子雲，從而增大了酸的解離；
- 參考資料
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- 1. 張永敏，包偉良．物理有機化學：上海科學技術出版社，2001
- 2. 趙駿，楊武德．有機化學：中國醫藥科技出版社，2015
- 3. 甲基取代基的誘導效應、共軛效應和定位效應 ．中國知網[引用日期2017-09-25]
- 4. 誘導效應和共軛效應在有機化學中的應用 ．中國知網[引用日期2017-09-25]
