筆者認為，學習有機化學，必須學習反應機理；學習反應機理，就必須學習電子效應。決定物質(zhì)反應性有兩個影響因素：電子密度以及空間結(jié)構(gòu)，而電子效應就是影響電子密度最大的因素之一。除去應用和理解上都頗為復雜的場效應，誘導效應、共軛效應以及超共軛效應都是應該熟練掌握的基本概念。本文旨在快速、簡略介紹常見的電子效應，幫助同學們從這個角度判斷電子密度。

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一、誘導效應

在這里我們首先要回顧一個在無機化學中學習過的概念，就是電負性。所謂電負性，就是表征原子吸電子能力的物理量。一般的，F(xiàn)原子電負性最大，在Pauling電負性標度為4. 與有機化學相關(guān)的幾種元素中，O為3.5, C為2.5, H為2.1. 這意味著在C-O鍵體系中，電子更偏向于氧原子，而碳原子則帶有一定的正電性，這一點我們在后面會詳細說明。

說完了電負性，我們步入正題，來說誘導效應。在化合物中，由于原子或者基團拉電子或者推電子能力不同，導致的原子上電子密度不同，稱之為誘導效應。而原子或者基團的推拉電子能力，就是取決于上文中所說的電負性。（注：嚴格區(qū)分的話，由于電負性導致的是靜態(tài)誘導效應，還有由于溶劑等外部因素導致的電荷分布不均的動態(tài)誘導效應，但是這已經(jīng)超出了范疇，我們不予講述）

例如，我們利用誘導效應分析一下溴乙烷的電荷分布。

如圖所示，我們已經(jīng)知道溴原子的電負性大于碳原子，那么由于電負性，1號碳原子和溴原子成鍵后，負電荷就集中在溴原子上，而1號碳原子上就更多集中了正電荷。而由于誘導效應的傳遞性，2號碳原子因為和1號碳原子相連，也帶有了一部分正電性。因為碳原子帶有一定的正電性，所以在發(fā)生取代反應時，如果是親核取代，親核試劑會進攻1號碳原子。這就是誘導效應對判斷反應性的作用。

接下來我們分析誘導效應對于鹵代羧酸的酸性的影響

對于以上所示的羧酸，在1、2、3號位上取代后，都會引起羧酸酸性的增強。原因在于被羧酸取代后，強電負性的鹵原子會把氫離子解離后的負電荷向自身吸引，使得整個體系更加穩(wěn)定。而且，在1、2、3號位取代，酸性會依次減小，因為誘導效應具有傳遞性，而且傳遞的范圍大概為5到6個化學鍵。對于以上所示的羧酸，如果取代基變?yōu)橥齐娮拥娜〈?，那么酸性還會相對原羧酸減小。

此外，利用誘導效應也可以分析反應性

對于上述分子，正丁醛，如果要和格氏試劑乙基溴化鎂反應，應該如何反應呢？首先，我們知道，格氏試劑的反應活性部分是烴基負離子。那么根據(jù)電性規(guī)則，我們應該找的反應位點應該帶有強正電性。由誘導效應，羰基氧原子的電負性很大，因此在羰基體系中，碳原子帶有強烈的正電性。由此，我們可以知道，其與正丁醛發(fā)生反應的位點應該在于羰基碳。如果將正丁醛換成正丁酸，那么由于正丁酸帶有活潑氫（質(zhì)子），質(zhì)子的正電性更強，因此格氏試劑會優(yōu)先與質(zhì)子反應；對于其他有活潑氫的分子同理，例如醇和酚。

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二、共軛效應

在講解共軛效應之前，我們還是要提一嘴電子離域的概念。我們以碳酸根CO32-為例

從傳統(tǒng)的價鍵理論上看，體系的負電荷都在氧原子上。從共振論的觀點上看，碳酸根有三種共振式，體系的負電荷會以三種極端形態(tài)均分于三個氧原子上。而根據(jù)電子離域的概念，負電荷會整體分布于體系中的四個原子中，形成了一個大的π46鍵，這就是所謂的共軛大π鍵。而有機中的共軛效應，就與此十分類似。

共軛效應指的是在一個共軛體系中，由于電子的離域，p或者π電子分布發(fā)生變化的效應。例如硝基苯

所有的原子都處在同一平面，除去原本的苯上的共軛大π鍵，硝基上氮原子的p電子，氧原子與氮原子形成的π鍵鍵合電子都參與形成了共軛體系。由此造成苯上電子云分布的變化，比如由于硝基為吸電子共軛效應基團，苯上的電子云密度會減少，發(fā)生親電取代的反應性會降低。再來說一下，為何硝基為吸電子呢？除了上文中提到的誘導效應（氮氧的電負性均大于碳），硝基上電子云密度小于苯環(huán)，而且同處共軛體系，如同兩個水位不同的系統(tǒng)，中間的隔板被拿走，那么為了保證水位一致，高水位就要流動到低水位，電子云密度大處的電子就會向電子云密度小處分布。綜上，硝基苯上苯環(huán)的電子云密度比苯環(huán)低，發(fā)生親電取代的反應性降低，再度發(fā)生親電取代的難度增加了。

再例如甲氧基苯

與上文中參與共軛體系的有π鍵合電子不同，甲氧基參與共軛的僅有氧原子的p孤對電子，由于密度比苯環(huán)上的電子云大，因此為推電子的共軛效應，苯環(huán)上的電子云密度比單純的苯密度要高，發(fā)生親電取代反應的反應性的增強。

據(jù)此，同學們可以思考，為何氯乙烯很難發(fā)生水解反應？

再來說共軛效應的一個重要應用，即解釋芐基、烯丙基碳正離子的穩(wěn)定性

我們都知道，芐基、烯丙基碳正離子都具有額外的穩(wěn)定性，那么這個穩(wěn)定性從何而來？

我們先從烯丙基說起，上圖是烯丙基的結(jié)構(gòu)，其中最右邊的碳原子為離去了基團的碳正離子，其空的p軌道垂直了這個平面。而旁邊的π鍵合電子也平行于平面，與空軌道共軛，穩(wěn)定了碳正離子，也讓整個體系（三個碳原子）都帶有一定的正電性，只是每個原子帶的正電性不同。把原本集中于一個原子的正電荷分散，如此烯丙基結(jié)構(gòu)帶有額外的穩(wěn)定性。

芐基的分析與上述相同，與苯環(huán)直接相連的帶正電荷的碳原子的空軌道，與苯環(huán)上的π電子云同處一個平面，由于共軛效應，正電荷的分布被極大改變，因此芐基也具有很好的穩(wěn)定性。

另一個需要注意的點是，與誘導效應不同，共軛效應的傳遞是沒有距離限制的。只要有共軛體系的存在，共軛效應就能在該體系內(nèi)傳遞。而且，共軛的體系越大，共軛效應就越明顯。

此外，還需要注意的是，共軛效應與空間因素是息息相關(guān)的。從以上我們分析烯丙基與芐基的例子中就可以看出，當且僅當軌道之間處于特定的空間取向時，才會體現(xiàn)出共軛效應。這一點與π鍵、共軛大π鍵形成的條件是一致的，如果同學們有精力?？梢灾販責o機化學中對這方面的講解。

有興趣的同學可以借此分析一下，鄰硝基甲苯和對硝基甲苯相比，哪種物質(zhì)更容易發(fā)生傅克反應？為什么？

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三、超共軛效應

首先，超共軛效應有多個種類，限于篇幅與本文的難度，在這里我們只講最基礎(chǔ)的C-H鍵的超共軛效應。

首先，我們說一個廣泛存在于各類碳氫化合物中的超共軛效應，即C-H鍵對于p空軌道的超共軛效應。由于氫原子的體積比較小，因此C-H鍵中電子云不易被保持在一個小區(qū)域內(nèi)，更多地會將電子給到旁邊的空軌道，如下例：

在上圖的叔丁基碳正離子中，中央的碳正離子的空p軌道是垂直于四個碳原子所構(gòu)成的平面的。而三個周圍的碳原子各有一個碳氫鍵幾乎平行于碳正離子的p軌道。這三個碳氫鍵中的電子云都會被中間的碳正離子吸引，使得部分電荷被吸引分布到中央的碳正離子上，將其穩(wěn)定化。

這也是三級碳正離子穩(wěn)定高于二級碳正離子，高于一級碳正離子的解釋。超共軛效應是烷基具有微弱的給電子性的原因，而非誘導效應。

此外，與之類似的還有C-H鍵對于π鍵的超共軛，C-C鍵對于p軌道、π鍵的超共軛等等，這里按下不表。

相比上文中提到的共軛效應，超共軛效應的作用力更小，穩(wěn)定性更差。

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除去場效應，三種在基礎(chǔ)有機化學中常用的電子效應就基本上講解完成了。裴堅老師說過，有機化學反應的絕大多數(shù)仍然是酸堿反應，只是相比無機化學，有機中的Lewis酸堿更難找到而已。而電子效應的應用，可以幫助同學們找出絕大多數(shù)反應的酸堿，進而幫助同學們更好地理解有機反應。

本文只是粗淺的講解，如果各位同學有興趣，可以翻閱私以為是中國最好的基礎(chǔ)有機化學教材——《基礎(chǔ)有機化學》（第三版又稱刑大本，第四版又稱裴巨本，都是在中國著名的有機化學家、教育家邢其毅老先生編寫的教材基礎(chǔ)上改進的）進行進一步學習。

限于本人水平有限，本文難免有錯誤或者不妥，歡迎各位閱讀本文的朋友們不吝期繳，本人不勝感激。