
【化】 isovalent hyperconjugation
equal in value; equipollence; equivalence
【计】 equifinality; equivalence
【医】 equivalence
【化】 hyperconjugation
在物理有机化学领域,"等价超共轭"(英文:Equivalent Hyperconjugation)是指分子中多个超共轭效应路径具有相似的能量贡献和电子离域能力,导致其稳定化作用难以区分或具有等同效应的现象。以下从汉英词典角度并结合专业化学背景进行详细解释:
超共轭(Hyperconjugation)
指σ键电子(通常是C-H或C-C键)与相邻的空轨道(如碳正离子的p轨道)或π键体系发生的离域相互作用。这种相互作用能稳定缺电子中心(如碳正离子、自由基)或影响分子构象(如烷烃旋转能垒)。其本质是σ→σ*或σ→p的电子离域。
等价性(Equivalent)
在特定分子结构中,若存在多个对称或能量相近的超共轭路径(例如多个等同的C-H键与缺电子中心相邻),则这些路径对稳定化的贡献相同,称为"等价超共轭"。例如:
等价超共轭通过以下机制影响分子性质:
稳定缺电子物种
碳正离子的稳定性顺序(3° > 2° > 1°)部分归因于超共轭效应,其中叔碳正离子因存在更多等价超共轭路径而更稳定。
$$ Delta E{text{hyper}} propto sum{i} frac{sigma{ce{C-H}} cdot pi^{*}}{|Delta E|} $$ ((Delta E{text{hyper}})为超共轭稳定能,(sigma_{ce{C-H}})为参与离域的σ轨道)
影响构象偏好
如乙烷交错式构象比重叠式稳定,因C-H键与相邻C-H键的反键轨道(σ*)发生等价超共轭,降低能量。
调控反应选择性
在E2消除反应中,Zaitsev产物优势常源于更多β-C-H键参与的超共轭稳定化过渡态。
理论计算验证
量子化学计算(如NBO分析)显示,叔丁基碳正离子中9个C-H键的电子离域能总和约80–100 kJ/mol,且各键贡献相近(约11 kJ/mol/键),证实等价性。
实验证据
NMR谱中碳正离子的¹³C化学位移与超共轭强度相关。例如,2-金刚烷基碳正离子因对称性呈现单一¹³C信号,反映等价超共轭路径。
如Wagner-Meerwein重排中碳骨架重排的驱动力包含等价超共轭稳定化。
共轭聚合物中引入烷基侧链时,超共轭效应可调节能带结构。
(超共轭理论章节)
Olah, G. A., et al. (1972). "Stable Carbocations." J. Am. Chem. Soc., 94(3), 808–820.
Mo, Y., et al. (2004). "The Magnitude of Hyperconjugation in Organic Chemistry." Acc. Chem. Res., 37(12), 954–961.
等价超共轭是有机化学中描述特定电子离域作用的概念,主要涉及σ键轨道与邻近π轨道或p轨道的相互作用。以下是分点解释:
基本定义
等价超共轭是超共轭效应的一种表现形式,指通过σ键电子与相邻空轨道(如π轨道、p轨道)的相互作用,形成能量更低的分子轨道,从而稳定分子结构。其核心特征是电子离域的对称性,即参与共轭的轨道在空间排布上等价。
两种主要类型
等价性体现
术语“等价”源于共振论,指参与共轭的不同轨道组合具有相似的能量和对称性,能够形成等价的共振结构,例如丙烯中多个C-H键可同时与π轨道发生等同的离域作用。
实际影响
该效应能解释有机物的稳定性差异:
与普通超共轭的区别
普通超共轭可能包含非对称的离域作用,而等价超共轭强调轨道对称匹配下的离域,例如甲基的三个C-H键均可与π轨道等价作用。
等价超共轭通过对称的σ键轨道与邻近空轨道的电子离域,降低体系能量,是解释有机物稳定性、反应活性的重要理论工具。更多技术细节可参考(搜狗百科)的权威解析。
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