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文檔簡介
第二章
分子結(jié)構(gòu)與化學(xué)反應(yīng)活性間的定量關(guān)系
2.1哈米特(Hammett)方程
當(dāng)苯環(huán)上具有吸電子基團(tuán)時(shí),使羧基的解離度增大,則σ為正值;當(dāng)苯環(huán)上具有給電子基團(tuán)時(shí),使羧基的解離度減小,則σ為負(fù)值。對位和間位取代苯甲酸的Hammett常數(shù)不同。鄰位取代苯甲酸的lgKX/lgKH與s不成直線。原應(yīng)是鄰位取代基與COOH之間的空間效應(yīng)干擾了COOH與苯環(huán)的電子效應(yīng)(共軛效應(yīng))。
Para
vsMetaSubsituents:ResonanceandInductiveEffects
Hammett還將水中于25℃苯丙酸和各種取代苯丙酸的解離常數(shù)與從苯甲酸所得的s值作圖,也符合直線關(guān)系。直線的斜率r也不同。
r=+0.212lg(Kx/KH)=rsHammett還比較了其它化合物的電離常數(shù)與s之間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)都具有良好的直線關(guān)系。直線的斜率r也各不相同。如:1.苯酚和各種取代苯酚的電離。
r=+2.1132.肉桂酸和各種取代肉桂酸的電離。
r=+0.4663.苯銨離子和各種取代苯銨離子的電離。
r=+2.767比較上述不同化合物電離的反應(yīng)系數(shù)r
可以看出,反應(yīng)系數(shù)r代表著反應(yīng)中心的電荷對各種取代基變化的敏感程度。r值越大,表明反應(yīng)中心的電荷對各種取代基變化的敏感程度越大。
r=+0.212r=+0.489
r=+1.00Hammett還比較了各種苯衍生物和各種取代苯衍生物的α碳上化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)K與s之間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)也具有良好的直線關(guān)系。直線的斜率r也各不相同。如:1.苯甲酸乙酯和各種取代苯甲酸乙酯的酸催化水解反應(yīng)。。lg(Kx/KH)=rs
r=+0.1442.苯甲酸乙酯和各種取代苯甲酸乙酯的皂化反應(yīng)。3.苯甲醛和各種取代苯甲醛與KCN的反應(yīng)。
r=+2.460
r=+1.4924.氯化芐和各種取代氯化芐的水解反應(yīng)。
r=-1.688反應(yīng)系數(shù)r代表著反應(yīng)中心的電荷對各種取代基改變的敏感程度。r值越大,表明反應(yīng)中心的電荷對各種取代基變化的敏感程度越大。Hammett常數(shù)s-取代基常數(shù)。s表示芳環(huán)上取代基改變苯環(huán)側(cè)鏈反應(yīng)中心的電子云密度之能力的尺度。s為正值表示吸電子效應(yīng);絕對值越大,影響也大。s為負(fù)值表示給電子效應(yīng);絕對值越大,影響也大哈米特(Hammett)方程之所以用途如此廣泛,是由于它反映了取代基的極性效應(yīng)對由反應(yīng)物到產(chǎn)物自由能變化的線性關(guān)系。平衡常數(shù)與自由能有如下關(guān)系:自由能的變化取代基的極性效應(yīng)s呈線性關(guān)系2.2塔夫脫(Taft)方程
Taft方程是研究脂肪族體系的取代基與反應(yīng)速率或平衡常數(shù)之間關(guān)系的.*為極性取代基常數(shù),只涉及誘導(dǎo)效應(yīng);r*
稱為反應(yīng)常數(shù)。k表示α位上取代基常數(shù);k0為乙酸乙酯的水解速率常數(shù)或平衡常數(shù)。s*為Taft采用乙酸乙酯與取代乙酸乙酯在酸性(A)和堿性(B)催化下水解速度比值的對數(shù)之差所求得的參數(shù)。
s*=[lg(KX/KH)B-lg(KX/KH)A]/2.48在堿性水解時(shí),取代基對速率的影響有電性效應(yīng)和位阻效應(yīng)(空間效應(yīng))兩方面,而酸水解時(shí),取代基對速率的影響只有位阻效應(yīng),因而兩者之差表達(dá)了電性效應(yīng)。
取代基
s*取代基
s*取代基
s*
Cl3C-2.65H0.49
CH3-0.00
Cl2HC-1.94ClH2CCH20.38CH3CH2-0.10
CH3CO-1.65PhCH2=CH0.41C6H11-
-0.15ClH2C-2.72CH2=CH-0.36
i-Pro--0.19Ph-1.05PhCH20.22
t-Bu--0.30Taft極性取代基常數(shù)s*2.3蔣明謙誘導(dǎo)效應(yīng)指數(shù)方程
蔣明謙誘導(dǎo)效應(yīng)指數(shù)方程是用來計(jì)算脂肪族非共軛體系中取代基誘導(dǎo)效應(yīng)大小簡便方法。它是一種按照分子結(jié)構(gòu),并考慮成鍵原子電負(fù)性x和共價(jià)鍵長r(原子半徑之和)的一種經(jīng)驗(yàn)公式。
I=i0+iI表示A-B鍵整個(gè)的極性強(qiáng)度。I0表示分子中B原子本身對
A-B鍵極性的貢獻(xiàn)。I表示分子中B原子上所帶基團(tuán)對
A-B鍵極性的貢獻(xiàn)。
分子中共價(jià)鍵的極性:XB為B原子的電負(fù)性,XC為C原子的電負(fù)性。R為鍵長。蔣明謙以H原子作為標(biāo)準(zhǔn),采用α=2.7,
以及Pauling電負(fù)性x值和原子共價(jià)半徑r值,計(jì)算一系列無機(jī)和有機(jī)基團(tuán)誘導(dǎo)效應(yīng)指數(shù)I?;鶊F(tuán)IX102基團(tuán)IX102F33.14CH3-0.90Cl13.68NR26.38Br9.92N+R366.64I5.33NO258.34OR13.38C=O52.08
蔣明謙誘導(dǎo)效應(yīng)指數(shù)方程的應(yīng)用1.R-CN,R-Cl,R-Br,R-I等同系物的偶極矩與I呈線性關(guān)系:
μ=aI+b2.在一定結(jié)構(gòu)中。共價(jià)鍵鍵能E與I呈線性關(guān)系:
E=aI+b3.在
R-XR++X-
反應(yīng)中,反應(yīng)熱和I呈線性關(guān)系:
ΔH=aI+b4.在烷烴,鹵代烷,醇,硫醇,醛酮,羧酸和酯的各類反應(yīng)中,其反應(yīng)的速率或反應(yīng)的平衡常數(shù)與I呈線性自由能關(guān)系:
2.4Swain-Scott方程
Swain-Scott方程是研究SN2反應(yīng)親核試劑的親核性與反應(yīng)速率或平衡常數(shù)之間關(guān)系的.S為反應(yīng)物對親核試劑的敏感程度;
n親核試劑的親核性常數(shù);k為底物與親核試劑反應(yīng)速率,kH2O為底物與H2O反應(yīng)的速率。親核試劑n親核試劑n親核試劑n
ClO3-<0HCO2-3.8C6H5N3.64
H2O0.00Br-3.89
SCN-4.77
F-2.0N3-4.00
I-5.04CH3CO2-2.72
HO-4.20CN-5.1Cl-3.04PhNH24.49
HS-5.1一些親核試劑的親核性常數(shù)n2.5Winstein-Grunwald
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