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??碳负离子是一个具有未共用电子对的三价碳原子。碳负离子有两部合理的结构形式:(1)碳原子为sp2的平面形结构?,未共用电子对处于空的p轨道中,如环二戊烯负离子;(2)碳原子为sp3杂化的角锥形,未共用电子对处于空的sp3杂化轨道中,如烷烃负离子。(如图1)
图1
由上可知,这两种结构的共用电子对处于不同的轨道,从而未共用电子对所受碳原子核的束缚也就不一样。
角锥
形结构中未共用电子对位于含25%的s成分的杂化轨道中,未共用电子对更靠近原子核,其能量较位于p轨道中的低。
另外,角锥形中的为共用电子对与另外三对与碳负离子相连的成键电子之间的斥力也相对平面构型中的小。
因此,碳负离子更易以角锥形结构存在。
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影响碳负离子稳定性的因素:
(1)中心碳原子杂化方式不同:杂化轨道的s成分越多,生成的碳负离子稳定性越大。即sp>sp2>sp3。(如图2)
图2
注:由于小环的角张力的影响,碳为不等性sp3杂化,导致c—c键的p成分多,而c—h键的s成分更多(p成分越多,键越易弯曲)。c—h键的s成分越多,失去h形成碳负离子越稳定(如图3)。
图3
(2)电子效应:凡能使负电荷分散的因素,都将使稳定性增加。
诱导效应:中心碳原子连有强吸电子基时,将使碳负离子的稳定性增加(如图4)。
图4
中心碳原子连有供电子基时,将使碳负离子的稳定性降低(如图5)。
图5
共轭效应:中心碳原子与π键直接相连时,其未共用电子对因与π键共轭而离域,从而使碳负离子的稳定性增加(如图6)。
图6
(3)芳香性:具有芳香性的碳负离子比较稳定(图7)。
图7
(4)空间效应:空间位阻越大,碳负离子越稳定。
(5)两种构型:角锥形结构的碳负离子比平面形碳负离子稳定,因而桥头碳负离子能够稳定存在。
常考点:碳负离子的稳定性比较常用于酸性比较、烯醇式结构含量的判断、离去基团的离去能力比较等等。一般失去氢以后形成的负离子越稳定,相应的酸性越强!也常在互变异构、芳香族亲核取代、共轭碱单分子消除、缩合反应等反应中产生!????
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