诱导效应与共轭效应

诱导效应与共轭效应
首先介绍诱导效应：诱导看相连原子的电负性，即该原子吸电子的能力，是最简单粗暴的处理方式。

可以理解为静电吸引，远了就吸引弱了，所以隔两根键或隔三个原子后基本可忽略诱导效应。

诱导效应为什么能这么简单粗暴的对待，主要我们研究的对象是连接两原子成键的sigma键，也就是头碰头重叠的键，电子在两原子间共享穿梭，受两原子束缚，所以电子怎么分配由两原子的吸电子能力决定。

而电负性大的原子，即吸电子能力强的原子犹如带更多正电荷的带电小球（想象做高中物理带电小球受力分析的情景），对电子的吸引力就是比电负性小的原子要强，所以两原子间的电子就偏向电负性大的原子，基团也一样。

从这一角度（sigma键电子偏移结果）来看，电子偏向某一方的原子或基团就称为诱导吸电子基，反之则称为诱导给电子基。

诱导吸电子能力只看原子电负性大小，电负性越大，电负性大的原子越多，吸电子能力越强。

所以那些电负性大的原子（氟 F.氧O.氮N等），或带有很多个这样原子的基团（硝基NO2，羧基COOH，三氟甲基CF3等），一般就是吸电子基。

有机化学中都是碳原子做骨架，因此一般原子电负性都跟碳比较，电负性比碳大的就是吸电子诱导，比碳小的就是给电子诱导，说起来诱导基团或原子不多，一般是含硅基团，高中学过，同一主族自上而下原子电负性减小，或者说氧化性降低，还原性升高，所以硅电负性比碳小，那诸如三甲基硅基等含硅的烷基取代的基团都是诱导给电子基。

当然硅这族下面的原子也是诱导给电子基，只是不常见。

其次介绍共轭效应：共轭效应看pai键中某原子的电子云密度。

注意！讨论的电子与诱导效应的电子不一样！我们都知道共轭体系稳定，这是由于共轭能分散电荷，使体系的电子分布趋于平均化（理想状态，苯环就是如此，但链状共轭体系达不到，我们只是借鉴思考方式），链状共轭体系的共轭范围越大越稳定。

环状共轭体系由于涉及芳香性，不能下此结论。

诱导效应就像资本主义，弱肉强食，电负性谁大电子归谁；共轭效应就像社会主义，电子共享且均匀化（相信学习离子键和共价键时老师打过这比方）。

既然共轭效应研究的是pai 键中的电子，而pai键又可以是p轨道、sp或sp2等杂化轨道肩并肩重叠形成。

因此共轭效应中是给电子还是吸电子就不是看原子的电负性，而是看组成pai键中该原子所贡献出的电子个数以及该原子对pai键给出电子的难易程度。

一般来说，前者是用来判断是否是给电子共轭效应还是吸电子共轭效应，后者用来判断给电子或吸电子共轭效应的强度，对有机物酸碱性大小判断和底物反应活性有重要指导意义。

前者比较好理解，普通碳碳双键的pai键就是每个碳各自贡献一个电子形成的，因此只要某原子或某基团中的一个原子参与共轭时贡献出大于一个电子，那该原子或基团就是共轭给电子基，如果某原子或基团中的一个原子参与共轭时贡献的电子是一个，那该原子的电负性比碳大就是共轭吸电子基，比碳小就是共轭给电子基（也就是说只有当和原子共轭贡献都是一个电子，贡献都一样时，才能以电负性为判定依据判断是何性质的共轭基团）。

总之，判断是否是共轭给电子基的唯一判据就是：它参与共轭之后，原来碳碳双键的电子云密度是
否升高了。

电子云密度降低了则为共轭吸电子基。

像氧、硫、氮等杂原子都有孤对电子，共轭时有一对孤对电子（注意是两个电子！）可以给出。

以最常见的p-pai共轭举例，pai键中是两个碳的sp或sp2杂化轨道肩并肩重叠形成，每个碳贡献一个电子，本来很均匀，但此时挤进来一个杂原子，它的未杂化轨道p轨道上有一对孤对电子可以参与共轭，此时就打破了原来的均匀，势必要重新分配电子（重新分配成均匀化），不能让一个杂原子独自占有两个电子，此时为三中心四电子（3C-4e）结构，重新分配后每个原子得三分之四个电子，从结果来看就是pai键处或碳原子的电子密度变大了，此时杂原子或含杂原子的基团就是共轭给电子基。

所以说两个电子参与共轭的基团就一定是共轭给电子基，与该原子的电负性无关。

不知道上述比喻恰不恰当，这里已经回答了你的问题，但我还是想把共轭强度讲清楚。

需要指出的是，上面的电子分配模式是理想化的，只是忽略了原子的差异性打了个极端的比方，实际碳得不到这么多，杂原子处不止这么点电子，这是由于诱导效应仍存在，杂原子电负性比碳大，对电子还是有很强的吸引力的，虽说共轭让杂原子甘愿掏出比碳更多的电子与碳原子们共享，但对电子吸引更强的它不甘愿完全掏出它的家当共享，所以实际是碳原子电子云密度较没有杂原共轭时升高了，但杂原子处电子云密度还是比碳要高。

此时给电子的共轭效应完全是因为它贡献出更多的电子而成为共轭的给电子基，而与它的电负性无关。

你可以理解为电负性无法抗衡共轭的力量，它有两个电子可参与共轭，那它必须贡献出多于一个电子来参与共轭，只不过电负性大的原子让它变
得更抠，多出部分越少，但总体还是多于一个电子的，也就是说总体还是给电子共轭效应。

从这角度来看，给电子的共轭效应强度与杂原子的电负性有关了，即N>O、S（这里没指出S>O是因为还与原子对pai键给出电子的难易程度有关，而这不仅仅与电负性有关）。

是不是给电子共轭与原子电负性没有绝对关系，但给/吸电子共轭强度与原子电负性有关。

并不是只要是含孤对电子的杂原子参与共轭就是给电子共轭效应，而是必须是前面那种一对孤对电子参与共轭的共轭体系。

若不是一对孤对电子参与共轭，而是一个电子参与共轭的杂原子，它仍然是吸电子的共轭效应，比如吡啶的氮，氮只需贡献一个电子，便正好与五个碳各自贡献的五个电子组成6电子的芳香环，因此氮此时的共轭只贡献一个电子，贡献两个电子反而破坏了芳香性。

所以很好理解，既然杂原子也只贡献一个电子，那当然是电负性更强的杂原子分配电子更多一些，碳的电子就被吸走了一部分，所以吡啶的氮是吸电子的共轭效应。

当共轭体系各原子都只贡献一个电子时，电负性大小便是共轭给/吸程度的一个因素，也是前面提到原子对pai键给出电子难易程度的因素之一，电负性越大，越不易给出电子，共轭吸电子能力越强，反之亦然。

共轭强度除了原子电负性之外还有一个重要因素是原子轨道的匹配程度。

两个原子轨道能级相差越小，则两原子轨道匹配程度越高，此时的共轭程度越高。

只有共轭程度高了，才能更好地发挥原子电负性的功力，如果原子有一对孤对电子参与共轭，也才能更好地共享电子。

比如上面提到的硫和氧，当都是一对孤对电子参与的p-pai共轭时，硫由于是3p轨道，与碳不是同周期，
能级相对较高，匹配程度低，共轭程度也就低，而氧是2p轨道，与碳同周期，轨道匹配程度高，共轭程度高，所以氧能更好地共轭这对孤对电子，也就是能更容易地贡献电子，给电子共轭效应更强。

比如呋喃环的电子云密度比噻吩要高。

此时讨论的电子云密度是指pai电子云密度，氧硫均贡献一对孤对电子参与共轭，氧比硫共轭程度高，能更好地给出电子共轭，所以呋喃环的电子云密度更高，所以更容易发生芳香亲电取代反应。

再如对氯苯甲酸酸性比对氟苯甲酸酸性强，按诱导效应来看，照理来说是后者酸性更强，但由于氟和碳是同周期，共轭程度比氯要好，所以氟的孤对电子给电子共轭效应更强，诱导由于距离太远，对羧基影响较小可忽略，因此是对氯苯甲酸酸性更强。

由于共轭的轨道都是肩并肩平行重叠，有较严格的空间要求，因此若有空阻导致某原子参与共轭的轨道无法很好地与pai键平行，则该原子所处的基团无法很好地与pai键共轭。

比如a：2-甲基-4-硝基苯酚酸性比b：3-甲基-4-硝基苯酚强，这是由于b中的甲基由于空阻导致硝基与苯环无法共平面，从而氮与苯环的共轭程度没有a来的高，从而b的硝基无法更好地稳定酚氧负离子，即不能更好地共轭分散酚氧负离子。

再如N,N-二甲基苯胺的氮由于两个甲基的空阻没法与苯环较好地共轭，从而氮上的孤对电子并没有被较好地分散，氮上孤对电子还是较容易与质子结合，这就使得它的碱性比苯胺要强。

总结：
诱导效应讨论sigma电子，电负性比碳大的基团是诱导吸电子基，反之是诱导给电子基。

电负性越大，诱导吸电子能力越强。

诱导
效应随距离增加锐减，三个原子后可忽略。

共轭效应讨论pai电子，共轭后能提高碳碳双键电子云密度的基团都是共轭给电子基，反之为共轭吸电子基，与电负性无绝对关系。

当某基团有原子的一对孤对电子参与共轭时，一定是共轭给电子基，该原子与pai键匹配程度越高，空阻越小，电负性越小，给电子共轭效应越强，反之则吸电子共轭效应越强。

当参与共轭原子都只共轭一个电子时，电负性越大，吸电子共轭效应越强，反之则给电子共轭效应越强。