2009年6月26日 星期五

有機化學的基礎73(下) 對親核劑的反應度與氧化數


徐弘毅:


1.       親核劑,如果要與一個分子鍵結,當然會攻擊分子弱點:帶「正極」的原子;如果這個位置,附近剛好有「異質原子」可提供「電子」,那麼,正極的特性就會因為電子不時移動過來而減弱,這就是為什麼親核劑攻擊「醯胺amides」的碳的速度比較慢,攻擊「酮ketones」的速度比較快。


2.       異質原子提供電子的能力,也會影響分子的穩定度。「氮」的陰電性遠低於「氧」,因此氮提供電子的能力較強,「含有氮」的醯胺相對較為穩定。所以,親核劑攻擊「醯胺」比較困難,攻擊「酯ester」比較容易。



3.       根據上圖,酯、丙酮、乙酮,基本結構差不多,中心碳原子都與1個氧原子以雙鍵鍵結、與1個甲基以單鍵鍵結;差別在於,「酯」的中心碳另與「氧」鍵結,「丙酮」另與「甲基」鍵結,「乙酮」另與「氫」鍵結;顯然,與更多鍵結的氧化得最厲害,與鍵結的乙酮,比較沒那麼被氧化,也可以說比較還原得厲害些。


4.       同樣的道理,依此類推,「醇」與「烷」相比,的中心「碳」原子因為與「氧」鍵結,而被氧化得比較厲害一些;如果再把單鍵與雙鍵相比,又會發現,雙鍵氧化得比較厲害,所以,「酯、丙酮、乙酮」都比「醇、烷」更被氧化。


5.       氧化還原的基本概念,就是原子與氧結合,失去電子,稱為氧化原子與氧分開,得到電子,稱為還原;所以,圖表的上排,是為了強化氧化還原基本概念而設定。


6.       氧化還原的延伸概念,原子失去電子,稱為氧化,原子增加電子,稱為還原。依據這個概念,作者列出圖表下排「炔、烯、烷」三種分子,它們都是由碳氫原子群組成的,差別在於「碳-碳」化學鍵的多寡,顯然三鍵的「炔」氧化得最厲害,為什麼?


7.       碳原子彼此之間,若是形成雙鍵或三鍵,代表他們都有電子沒進入混成軌域,獨自處在比較遠離原子核的獨立p軌域,這些p軌域重疊形成的「π鍵」。


8.       如果「碳」有1個電子遠離原子核到獨立的p軌域,就會形成2個「π鍵」,加上混成軌域之間形成的單鍵,就構成雙鍵;如果「碳」有2個電子遠離原子核到獨立的p軌域,就會形成2個「π鍵」,加上混成軌域之間形成的單鍵,就構成三鍵的來源。也就是化學鍵愈多,遠離原子核的電子愈多。


9.       電子比較遠離原子核的獨立p軌域,並且與相鄰原子的p軌域互相吸引,這個效果,很像一個原子與異質原子「氧」結合的情況:電子遠離原子核;因此,也看成是一種氧化,雖然實際上是「碳」與「碳」鍵結,沒有任何氧參與。

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