有机反应入门
有机化学中稳定负电荷的7个因素
最后更新:2022年9月24日|
了解7个稳定负电荷的关键因素(最终，碱度)
就像我写的以前的文章在美国，识别部分电荷并弄清楚它们在哪里相互作用是很好的，但还不够。
由于反应涉及到导致电荷获得或失去的过程，了解稳定的因素(或破坏)负责有一个巨大的影响反应发生的可能性!
今天我们来讨论一下负电荷，就我们的目的而言，负电荷主要指“阴离子”，但广义上也可以指任何孤对电子。
目录
- 了解负电荷的稳定性有助于我们了解什么反应可能(和不可能)发生
- 因素1:高电荷密度不稳定
- 因素2:随着元素周期表上电负性的增加，负电荷的稳定性也会增加
- 因素3:随着元素周期表中极化率的增加，负电荷的稳定性也随之增加
- 因素4:负电荷的共振稳定
- 因素5:吸电子基团(感应效应)稳定负电荷
- 在原子的杂化中，增加s-特征实际上就像增加电负性一样
- 特殊情况:芳香性
- “碱度”是“负电荷稳定性”的另一种说法
1.了解负电荷的稳定性有助于我们了解什么反应可能(和不可能)发生
让我们来讨论一个具体的例子。例如，如果一个反应导致形成一个非常不稳定的负电荷不太可能发生。但如果它导致损失一个非常不稳定的负电荷，它的可能性要大得多。
例如，这就是为什么其中一个甲烷反应是可能的，另一个是不可能的。这些酸碱反应都讲了在这里,顺便说一句。
那么是什么因素导致了负电荷的稳定呢?主要有两点。
- 负电荷由相邻的正电荷(相反电荷相吸!)
- 负电荷倾向于更不稳定当它集中而且更稳定的当它分散。
当你看到这7个稳定负电荷的因素时，想想这一点。
2.因素1:高电荷密度不稳定
这个很容易理解。高电荷密度是不稳定的．所以当我们从水到HO(- - - - - -)至O(2 -)，我们在这里变得越来越不稳定。这反映在酸度表中;水(H2O)更有可能失去一个质子，生成HO(- - - - - -)比HO(- - - - - -)很可能失去一个质子，生成O(2 -）
3.因素2:随着元素周期表上电负性的增加，负电荷的稳定性也会增加
电负性是一个粗略的衡量一个带正电的原子核如何有效地将电子“拉”向它的方法。(异性电荷相吸。)
电负性增加我们继续在元素周期表。所以如果你比较元素周期表上从C N O到F的负离子，负电荷的稳定性就会增加。这也反映在酸度值上。
4.因素3:随着元素周期表中极化率的增加，负电荷的稳定性也随之增加
下来元素周期表对思考更有帮助电荷分散很好!而不是“相反的电荷吸引”。比较氟和碘。氟离子的大小(半径:119 pm)比碘离子(半径:206 pm)小得多。但是，它们都带- 1的电荷。
想象两个球，每个重一磅。但一个是铁做的，另一个是橡胶做的。哪个球会更小?铁球(更小、更硬——密度更大)像氟，橡胶球(更大、更黏)像碘。一定的“黏糊糊”有助于稳定电荷，因为电荷在小体积内不那么集中。这是一种表达伟大的方式极化率碘。
低电荷密度更稳定!
5.因素4:负电荷的共振稳定
沿着同样的路线，一个与一个或多个π (π)键相邻的负电荷可以分散它的负电荷多个原子．我们将这种现象描述为“共振”。
所以在下面的例子中，左边带负电的烷烃比相邻的带负电的烷烃要不稳定得多，后者的负电可以通过共振分散到多个碳上。这是降低电荷密度(或分散电荷)的另一个例子稳定的影响力。
6.因素5:吸电子基团(感应效应)稳定负电荷
这一项更多地受到“异性电荷相吸”的支持。一个负电荷相邻一个原子吸电子基团上面会有很多更稳定的而不是同等的原子。在CCl的极端情况下3.(-)，得到的离子比H稳定许多个数量级3.C(-)本身。顺便说一下，这是卤仿反应的基础看到帖子)．
7.在原子的杂化中，增加s-性质相当于增加它的电负性
S轨道是更靠近原子核比p轨道高。因此，s轨道上的电子比p轨道上的电子更接近原子核——因此，能量更低(“相反的电荷吸引”)。因此，sp轨道上的电子能量比sp低2，能量比sp低3.，因为它们有更大的s特征(sp为33%)2)比sp3.(25%)。这使得阴离子更稳定，就像它在电负性更强的原子上一样。
这就是为什么说终末炔烃(pK一个= 25)的酸性比烯烃和烷烃(pK一个= 50)
8.特殊情况:芳香性
这是一种特殊情况，在有机化学2 (看前面)．某些分子具有一种特殊的稳定性，叫做芳香性-这是极大的稳定，有点像从政府获得巨额税收减免的资格。
某些带负电荷的分子，如环戊二烯阴离子，如下图所示芳香因此，它们具有比其他情况下更大的稳定性。
9.“碱度”是“负电荷稳定性”的另一种说法
七个因素? ! !那么我们怎么知道哪个是最重要的呢?
这是个好问题!这些趋势可以以不可预测的方式相互作用，很难判断哪个最重要。
值得庆幸的是，你可能已经知道一个概念，可以计算出这些物种的稳定性，这是很容易测量的。它被称为碱度．这些因素决定了碱有多稳定！
一个物种的碱度告诉你如何稳定的它的孤电子对。
我们如何找到一个很好的测量碱度的方法呢?简单。它在pK一个表格这是一组测量数据，可以与扑克中的手牌强度表相比较。
底线:
- 要注意两个因素:相反的电荷相互吸引和电荷的分散。
- 不稳定的阴离子倾向于开始的尾巴箭头(形成键)。
- 稳定的阴离子倾向于最后一头箭头(可能是离开组)
共振稳定化合物比双键或三键化合物更稳定吗?
没有一个更具体的例子是不可能回答这个问题的。
比如乙烯和苯乙烯和苯的例子
谢谢你把这些放在一起!这个网站非常有用。
更正一下:6。轨道，你说sp2有50%的s轨道。我认为sp有50%，但实际上sp2有33.333%。如果我错了，请告诉我!
再次感谢你为这件事付出的时间!
太好了，谢谢你的指正!
这可能是一个愚蠢的问题，但我有点困惑，为什么在图2中氟的电负性最强，最稳定，但在图3中氟的极化性最差，最不稳定?你怎么知道什么时候是电负性的，什么时候是可极化的?
从第一性原理很难知道，在决定阴离子的稳定性方面，电负性或极化性是最重要的。然而，酸度的测量使我们能够在一个通用的尺度上评估酸度。我们可以观察到经验趋势(电负性是最重要的，当我们穿过周期趋势的一行时，极化性是最重要的)，但确切地解释为什么会这样是一个深刻而难以回答的问题。
所以它只取决于反应?还有一个问题，这和量子力学有关系吗?因为如果是这样，我就不要再问问题了!
在确定碳原子的稳定性方面，共振和轨道哪个更优先
你好,
请帮忙选择。学校项目-对有机玻璃负电荷从沙子中提取聚苯乙烯。采用有机玻璃薄板，用羊毛滚轮对其进行摩擦负电荷加载，但负电荷波动较大，不会不断提升聚苯乙烯。关于如何对负电荷增加更强的建议?
你好詹姆斯,
我想感谢你在这里做的这个了不起的项目，我真的希望讲师们能像你在这里做的那样，更多地关注直觉和正确的教学，而不仅仅是展示机制。
我正在努力理解这里的几个概念，很想听听你对它们的看法:
1.你写了高电荷密度是不稳定的，接着又写了电负性原子更稳定，这在我看来是矛盾的。电负性更强的原子/离子不就一定会由于其强大的电子吸引力而产生高电荷密度区域吗?
2.按照你的推理，sp轨道比sp2轨道比sp3轨道更稳定，因为它们有更多的s性质，因此更接近原子核，能量更低，但我们也会得到更多的π键(能量更高)，这类分子的杂化更少，而在更多的杂化分子中，这些π键至少会有一些s性质，这将降低它们的能量。这些推理难道不是矛盾的吗?
谢谢你的宝贵时间!
1.“高电荷密度是不稳定的”是一个很好的经验法则，尽管不容易定量地看待这个问题，因为一些变量是不同的。这更像是一个直观的原则。例如，比较H2O vs HO(-) vs O(2-)的稳定性，或者NH3 vs NH2(-) vs NH(2-) vs N(3-)的稳定性。
假设有一个负电荷，负电荷会被电负性更强的元素更稳定。这种趋势在元素周期表中最为明显，例如F(-) vs HO(-) vs NH2(-) vs CH3(-)。氟是这个系列中电负性最强的元素，F(-)也是最稳定的;碳是电负性最小的元素，而CH3(-)是最不稳定的。
沿着周期表向下看，就不那么简单了，因为价电子被束缚在离原子核更远的轨道上，极化率更重要。
2.键没有s键。键完全是由p轨道的重叠组成的。为了让大家更清楚，在乙烯这样的分子中两个碳原子通过双键相连，其中只有一个键是键另一个是两个sp2杂化碳之间的键。
不好意思，我说的是sp(n)杂化轨道(而不是)CN-和CH3- CN-有一个低能的sp轨道和两个高能的p轨道而CH3有三个杂化轨道在两者之间(能量方面)
电荷定位在sp(n)轨道上，因此CN(-)中的p轨道与稳定性无关。
一种看待它的方法是sp轨道的有效电负性比sp2轨道高，而sp2轨道的有效电负性比sp3轨道高。负电荷与原子核结合得更紧密。
谢谢，我想我开始懂了。这类似于电负性，因为在这两种情况下(较高的sp性质/电负性)，键被拉得更靠近原子核。
是否可以说CN(-)中两个原子之间p轨道的离域也在稳定负电荷中起作用?
编辑:注意到碳上的孤对是定域的，所以它不能通过离域来稳定，所以不要介意最后一个问题:)。
再次感谢。
三苯基甲基碳离子和二苯基甲基碳离子是稳定的，为什么
根据埃文斯Pka表，http://evans.rc.fas.harvard.edu/pdf/evans_pKa_table.pdf，三苯基甲烷的pKa为31，二苯基甲烷的pKa为33。所以三苯基甲烷共轭碱的稳定性提高了100倍。你认为这是为什么?
更多的电荷分散意味着什么?
这意味着它的浓度较低;它分散在更大的体积上。
谢谢你的分类，但是乙烯上的阴离子会比苯基阴离子更稳定吗?
(我指的是两种情况相互交叉电负性和共振。
共振发生在具有sp2构型的碳中(苯基阴离子)，
那么哪个更稳定呢?
甲苯的pKa大约是42。乙烯的pKa大约是25。所以乙烯共轭碱上的阴离子要比甲苯共轭碱上的阴离子稳定得多。