2009年6月26日 星期五

有機化學的基礎73(上) 對親核劑的反應度與氧化數

1.       一個親核劑是不是很容易攻擊羰酸衍生物的原子(使彼此起反應),牽涉到被攻擊的分子有多少孤對非定域的電()共振結構能增強羰酸衍生物的穩定度

注:孤對,指原子有多餘的電子不參與鍵結,這些電子常常是孤立、而且成雙成對的,所以稱為孤對電子;非定域,指電子不會固定在某個原子或某個化學鍵上,會在不同的原子、化學鍵身上來回移動,這就造成一個分子有好幾個共振結構。

2.       對一個羰分子群的增加一個親核劑,會摧毀「C=O碳氧」化學鍵(雙鍵變單鍵),此外,孤對電子的非定域lon-pair delocalization也增加分子的穩定度。

3.       因此,親核劑攻擊醯胺amides的碳的速度比較慢,攻擊ketones的速度比較快。(醯胺amides的碳,除了連接一個碳氫分子群以外,還和氧、氮二個異質原子鍵結,它們都有孤對電子、會輪流與碳形成雙鍵,這種非定域共振,增加醯胺的穩定度,使它不那麼容易被親核劑攻擊;酮ketones1個氧鍵結,其餘鍵結的都是碳氫分子群,只有氧有孤對電子,能形成雙鍵。)



4.       陰電性遠低於,比較容易釋放(外層)電子給羰酸的氧。醯胺的氮,它的孤對電子形成非定域共振的能力,強於ester的氧,也因此醯胺對親核劑的反應度不如酯ester(如圖)


5.       氧化數Oxidation levels:含氧化合物的碳原子,它的氧化數計算方式,跟含氮化合物的碳原子一樣。下圖摘要各種含氧化合物的氧化數。

6.       接下來,我們要討論「乙醛(CH3CHO)的碳原子」和「乙炔(HCCH)的二個碳(二個處境一模一樣)」,它們的氧化數。

7.       乙醛ethanal,「甲基」的「碳」氧化數-3,「羰基」的「碳」氧化數+1。在乙炔ethyne,二個碳的氧化數都是-1。如果要算平均數的話,「乙醛」所有的「碳」的氧化數相加平均,與「乙炔」所有的「碳」的氧化數平均,都是-2

8.       這個氧化數結論,與化學反應結果相當的,因為它代表,這二種化合物互相轉換是不會牽涉到任何氧化或還原的。啟動「乙炔」和「乙醛」的互相轉換的水解反應hydrolysis,只要加水就可以,沒有增加任何氧化還原劑。

9.       對「碳=碳」雙鍵加水,會製造出醇類。這個加成反應,不會改變水分子的「氫」或「氧」的氧化數。然而,確實有一個「氫」原子添加到乙烯的碳身上(也因此「碳」被還原了),也有一個「氫氧基」添加到另一個碳身上(氧化)

10.   這二個反應程序還原和氧化剛好互相平衡,所以整體的氧化數並沒有因為加水而改變。

11.   以上這些例子顯示,碳原子彼此之間出現多鍵,代表這些碳原子與烷類的碳原子相比,有較高的氧化數。「π鍵」改變碳的氧化數,就像異質原子的單鍵改變碳的氧化數一樣。(翻譯改寫自Mary Anne Fox, James K. Whitesell的《Organic Chemistry)

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