一种计算取代基常数的简易方法

在共轭体系中,取代基的电性效应通常指诱导效应和共轭效应的总和,取代基常数包括诱导效应指数(I)和共轭效应指数(C)两部分。本世纪三十年代,出现了著名的Hammett方程和Hammett常数(σ)。蒋明谦等利用元素电负性和原子的共价半径两种基本常数,又提出了一种计算取代基的诱导效应指数(I)和共轭效应指数(C)的经验公式,并根据计算出来的诱导效应指数和共轭效应指数,定义了一种取代基常数——代基当量(S)。代基当量可用来解释某些有机分子的物理性质、化学     

基团共轭效应研究Ⅱ：^13C核磁共振的化学位移与取代基的共轭效应强度

引言在定量和定性研究有机化合物的结构与性质的关系中,最广泛使用的是Hammett等所提出的σ_m、σ_p等取代基常数以及基团的诱导(场)效应和共轭效应常数。在建立基团的共轭效应常数方面,人们做了大量的工作,但多数工作是基于对基团的Hammett常数σ的人为分解上,建立的模型和分解方式(系数因子)不同,则得到不同的结果。另一方面纯理论计算工作大多引入较多参数,使计算复杂和使用不便。作者曾在建立表征诱导效应大小的     

分子结构与化学活性间的定量关系——Ⅰ.非共轭体系中的诱导效应

本文中提出由元素的电负性及原子共价半径两种基本常数以系统计算非共轭体系中基团诱导效应的方法,所得出的诱导效应指数与非共轭化合物在各种反应中的能量变化,平衡常数对数与速度常数对数均形成直筱关系。反应中化学变化的百分率,如产率及转化率等,则与诱导效应指数形成S形曲线。在计算方法中,共价键A—B的极性,以两成键原子的电负性分数,xA/xA xB,及xB/xA xB之差δ(键极性指数)表示。一键对于邻近各键上的诱导效应,以这键上的极性强度δ/r,为计算基数,其中r为键的长度。在一非共轭体系中,作用于A—B键的诱导效应,以直接或间接联结于A—B的各键的极性强度,依照远近次序相加的总和i表示: 或简写为其中1,2,3,4……代表各键联结于A—B上的次序,a是代表诱导效应传递时递减率的常数。与A—A键比较,由B原子及其所带基团对于A—B键上所产生的极性效应,以包括B原子在内的全部基团对A—B的诱导效应指数I表示: 如果分子中B,C,…等原子带有形电荷N_1,N_2…等,则除计算i值时应采用由于电荷而校正的原子电负性及共价半径外,还应加由电荷所引起的诱导效应i_ 或i_-: 其中r′是带电荷的原子的共价半径;因此总的诱导效应指数是 I=i_0 i i_±由这样计算出的诱导效应指数,可以正确推出英国学派的全部耢导效应序列及Kharasch等的脂肪基团的相对电负性序列。这指数与Taft的取代基极性常数σ~*基本上完全平行,与由其他方法算出的氢化物中氢的部分电荷也基本上平行。它与脂肪族卤化物及腈类等的电偶极矩形成良好的直线关系。这些事实都说明诱导效应指数能够定量代表有关的诱导效应。非共轭化合物中化学活性与诱导效应之间的关系,可以下式表示: E=AI B logK=aI b或log(K/K_0)=aI logk=a′I b′或log(k/k_0)=a′I 其中E为反应中的能量变化及与键能有直接关系的能量性质,K为反应平衡常数,k为反应速度常数;A,B,a,b,a′,b′均为常数,其值由反应类型及反应条件决定。在很多情况下,用为基准的氢原子也包括在这种关系之内。文中列举各种类型的有机及无机化合物的几百种E,K及k以表明上述几种直线关系的普遍存在。文中讨论诱导效应指数的适用范围,指出在基团立体障碍很大与立体效应不相同的情况下,及共轭效应起主导作用,而又不恒定的情况下,诱导效应指数与化学活性之间并无上述的几种直线关系。最后文中讨论诱导效应指数的用途。一是建立一种统一的定量的诱导效应序列,二是直接表达分子结构与化学活性间的定量关系,三是验证化合物的分子结构式,四是区别分子中不同位置上同种基团的活性,五是推断某些反应的机构,并各以例说明。     

有机磷化合物的研究 Ⅰ.对位取代苯基及苯甲基膦酸酯

为研究膦酸二烷基酯的化学牿构及其物理及化学性能,合成一系列具不同电子效应取代基的对位取代苯基膦酸酯(Ⅰ)及相应的苯甲基膦酸酯(Ⅱ)。应用乙酰化滤祗及相应的展开剂,可顺利进行对位取代苯基及苯甲基膦酸酯的纸层析鉴定与分离。对位取代苯基及苯甲基膦酸酯均有相似的超加克分子折射现象。这些膦酸酯的化学结构与超加折射度的关系,可以用苯环取代基的不同电子效应解释。取代基团σ值与磷-氧键频率及氘-氧键频率或氘-氧键频率变化(Lewis碱性)均能符合Hammett方程式的自由能直线关系。不同烷基酯所形成的直线斜率也不同,但它们之间似无定量规则。对位取代苯甲基膦酸酯的取代基性质与其磷-氧键特征频率及Lewis碱性均无定量规则。对位取代苯基及苯甲基膦酸酯的碱性水解反应速度常数的对数值与取代基团σ值符合Hammett方程式的直线关系。对位取代苯基膦酸酯的碱性水解速度较相应的苯甲基膦酸酯快很多。对位取代苯基及苯甲基膦酸酯的酯烷基诱导效应指数与水解速度也有较好的定量关系。实验结果有助于说明膦酸酯在碱性水解过程中,磷原子为亲核进攻中心。就对位取代苯基膦酸酯的苯环取代基性质与其物理及化学性能的定量关系而言,这类分子内部的影响既可用苯环与磷-氧键共轭,磷-氧属双键结构;也可用取代基团的诱导效应而磷-氧为重键结构以解释,但后一种结构似更为合理。     

对、间位卤代苯甲酸在水-乙醇混合溶剂中电离过程的焓、熵贡献

用LKB-2277Bioactivity Monitor测定了25℃时间氯、对氯和对氟苯甲酸在水-乙醇混合溶剂中的标准电离焓, 计算了相应体系的标准电离熵。利用Hammett方程对溶剂中酸的取代基常数σ进行了计算, 求取了对应的焓、熵取代基常数σH和σS值及熵反应常数ρS, 利用内部-环境模型和上述常数对溶剂效应和取代基效应进行了解释。     

酰基硫脲分子内氢键与取代基效应的定量关系

对２３个Ｎ－二茂铁甲酰基－Ｎ’－芳基硫脲和４个Ｎ－苯甲酰基－Ｎ’－芳基硫脲的δβ－ＮＨ与各种取代胺的碱性强度ｐＫｂ及苯环下取代基常数σ进行了系统的定量关系研究。结果提示了此类化合物的分子内氢键与取代基效应之间的定量关系。     

Schiff碱配合物拟酶催化反应的取代基效应研究

系统地研究了新型Ｓｃｈｉｆｆ碱双核配合物在拟酶催化ＰｈＩＯ单加氧化环己烷反应中的取代基效应,结果表明,这些配合物的环外苯基及环上亚苯基上吸电子取代基均能提高配合物的催化活性,而给电子取代基作用相反;环上亚苯基上的取代基效应比环外苯基上的取代基效应更明显,催化反应表观速率常数ｋ与环外苯基上的取代基特性常数σ（σｍ或σｐ）及环上亚苯基上的取代基特性常数（σｍ＋σｐ）呈良好的线性关系;ｌｇｋ＝０．１６５８σ－６．０９０及ｌｇｋ＝０．７３９４「（σｍ＋σｐ）／２」－６．４７８。     

利用电子效应解释取代基的位置及种类对芳香化合物化学性质的影响

苯环上的取代基可以通过两种途径对官能团传递电子效应。一是通过共轭体系传递,其特点是：由于交替极化,取代基的电子效应（共轭效应（C）和诱导效应（I））主要影响到处于其邻位或对位的官能团电子云密度的变化,而对处于其间位的官能团影响很小;二是通过苯环的σC-C键向官能团传递电子效应,此时取代基仅能通过诱导效应产生影响。     

Dane盐-甲亚胺法合成单环β-内酰胺的研究

用Dane盐与不同取代的二苯甲亚胺环合,制备了11种未见报道的α-酰氨基-β-内酰胺,研究了二苯甲亚胺的取代基对成环反应的影响;用逐步回归分析方法建立了环合反应收率与二苯甲亚胺上取代基的取代常数之间的相关关系。研究表明,环合收率与二苯甲亚胺上取代基的电性效应常数σ值呈负的线性关系,与甲亚胺的 pK(?)值呈正的线性关系。利用取代基的σ值和甲亚胺的pK(?)值可以预测同系列化合物成环反应活性的相对高低。     

2-(p-取代苯乙烯基)噻唑碘盐的电子光谱研究

本文测定八种2-(p-取代苯乙烯基)噻唑碘盐染料的电子光谱。研究其吸收光谱的λ_(max)与取代基常数σ之间的定量关系,以λ_(max)值对Δσ(σρ-σm)作图呈线性趋势。并发现这些染料吸收带的溶剂效应符合 Nicol 理论。     

Dane盐-甲亚胺法合成单环β-内酰胺的研究

用Dane盐与不同取代的二苯甲亚胺环合, 制备了11种未见报道的α-酰氨基-β-内酰胺, 研究了二苯甲亚胺的取代基对成环反应的影响; 用逐步回归分析方法建立了环合反应收率与二苯甲亚胺上取代基的取代常数之间的相关关系. 研究表明,环合收率与二苯甲亚胺上取代基的电性效应常数σ值呈负的线性关系, 与甲亚胺的pKa值呈正的线性关系. 利用取代基的σ值和甲亚胺的pKa值可以预测同系列化合物成环反应活性的相对高低.     

唑烷环-Schiff碱互变异构中取代基效应和溶剂效应的NMR研究

合成了十个对位和间位取代的2-苯基-4,4-二基 唑烷, 并用NMR研究了它们在氯仿、丙酮和二甲基亚砜中与相应的Schiff碱之间的互变异构平衡。发现在平衡常数K与取代基常数σ^+之间存在着良好的线性自由能关系, 说明平衡可能经历了带有正电荷的中间体。在2-位质子的化学位移δ与取代基常数σ间也存在着线性关系。logK/K0-σ^+和δ-σ直线的斜率都与溶剂的极性有关。     

唑烷环-Schiff碱互变异构中取代基效应和溶剂效应的NMR研究

合成了十个对位和间位取代的2-苯基-4,4-二基 唑烷, 并用NMR研究了它们在氯仿、丙酮和二甲基亚砜中与相应的Schiff碱之间的互变异构平衡。发现在平衡常数K与取代基常数σ^+之间存在着良好的线性自由能关系, 说明平衡可能经历了带有正电荷的中间体。在2-位质子的化学位移δ与取代基常数σ间也存在着线性关系。logK/K0-σ^+和δ-σ直线的斜率都与溶剂的极性有关。     

噁唑烷环-Schiff碱互变异构中取代基效应和溶剂效应的NMR研究

合成了十个对位和间位取代的2-苯基-4,4-二甲基噁唑烷,并用NMR研究了它们在氯仿、丙酮和二甲基亚砜中与相应的Schiff碱之间的互变异构平衡,发现在平衡常数K与取代基常数σ~+之间存在着良好的线性自由能关系,说明平衡可能经历了带有正电荷的中间体,在2-位质子的化学位移δ与取代基常数σ间也存在着线性关系,logK/K_0-σ~+和δ-σ直线的斜率都与溶剂的极性有关。     

取代基对吲哚查耳酮的UV和IR光谱的影响

前文报导了取代查耳酮,3H-吲哚盐类的紫外吸收光谱和Hammett常数的定量关系,以及取代基对双亚苄基丙酮红外光谱的影响。本文测试了11个吲哚取代查耳酮(其中7个为新化合物)的紫外光谱和红外光谱,并发现取代基常数△σ与λ_(max)和σ_p与υ(c=o)之间存在良好的线性关系。     

共轭效应对有机反应的影响

共轭效应是共轭体系分子内的原子或原子团间的相互影响。与诱导效应一样也属于电子效应。所不同的是共轭效应的强弱只取决于共轭体系的化学结构,不会因共轭链的增长而削弱。它包括兀π-π、p-π共轭效应和σ-π、σ-p超共轭效应,其相对强弱为:π-π>p-π>>σ-π>σ-p。共轭效应通常通过影响反应物、中间体和产物的稳定性而对有机反应产生影响。     

自旋离域参数δT之研究 3: 四种取代α,β,β-三氟苯乙烯的合成和环化二聚反应动力学参数的测定

本文报道了四种不同取代的三氟苯乙烯(TFS)的合成和在120-160℃范围内测定了p-Me3Si和p-CH3C(O)取代的TFS热环化二聚反应速率常数k2并计算出相应的Arrhenius参数和活化参数. 从^1^9F NMR的化学位移计算出四种取代TFS的极性参数σ^P. 并求出其中1和3的取代基自旋离域参数σT, 说明1和3都是拉电子取代基, 它们的σ^P分别为0.145和0.56, 但又是有相当自旋离域能力的取代基, 在140℃时其σT分别为0.29和0.50.     

离去基团、非离去基团及中间体性质对取代苯甲酸苯酯氨解反应的影响

X-取代苯甲酸Y-取代苯基酯(X-C6H4COOC6H4-Y)的氨解反应是一个亲核加成-消除过程.为定量评价Um等对非离去基团(X-C6H4-)、离去基团(Y-C6H4O-)及中间体(T±)的性质对氨解反应速率(kN)影响的研究结果,分别用取代基x的Hammett常数σX、Y-C6H4OH的pKa和取代基X、Y的极化效应指数PEI表征上述结构因素,并用其对logkN建立多元线性回归模型,得到了良好的相关结果.进一步分析得出,Y-C6H4OH的pKa对logkN的影响最大(贡献率为90.46%),而取代基X的Hammett常数σX影响最小.     

自旋离域参数σ_T之研究 3.四种取代α,β,β-三氟苯乙烯的合成和环化二聚反应动力学参数的测定

本文报道了四种不同取代的三氟苯乙烯(TFS)的合成和在120-160℃范围内测定了p-Me_3Si和p-CH_3C(O)取代的TFS热环化二聚反应速率常数k_2并计算出相应的Arrhenius参数和活化参数.从~(19)FNMR的化学位移计算出四种取代TFS的极性参数σ~p.并求出其中1和3的取代基自旋离域参数σ_T,说明1和3都是拉电子取代基,它们的σ_p分别为0.14和0.56, 但又是有相当自族离域能力的取代基,在140℃时其σ_T分别为0.29和0.50。     

胺类的直线自由能关系的研究——Ⅰ.芳香胺类中新型σ~-值的求取

本文用苯胺和苯酚的离解常数重新检查了Hammett方程式的有效性.发现了八十个选择的苯胺、七十个苯酚和廿一个N,N-二甲苯胺的pK_a值与取代基常数的直线相互关系能达到满意至优良标准(见表4).提出了以σ_((ArNH_3)~+)~-作为另一有推电子(而非拉电子)共轭效应的官能团的标准反应系的参数,并与少数σ_(I.R.)~-合用以衡量芳香亲核取代反应中的直线自由能关系.计算了一套较为完整的σ~-值,其中七十八个为初级值、五十四个为次级和三级值、八个σ_(I.R.)~-、十一个σ(ArHX~-)~-、七十三个初级σ_R~-和二十三个次级和三级σ_R~-.但带正式电荷的取代基常数必须有保留地接受.这一套σ~-值已证明与其他σ值有优良或至少是满意的相互关系.这套客观的取代基常数用之于芳香亲核取代反应不比Miller从该反应系中求出的数值差.