乙酸分子间质子转移取代基效应的理论研究
摘 要
质子转移反应即质子给体和受体间有质子转移的反应,广泛存在于各类生命和化学过程中,是氧化还原反应以及互变异构化过程中最基本的现象,是化学、生命科学等学科领域的研究热点之一。研究取代基效应有十分重要的意义,取代基的引入使化合物的电子结构发生变化,影响归因于空间和溶剂效应加强了诱导、共振和极化效应。本文对国内外质子转移取代基效应的理论研究进展进行综述, 旨在为进一步研究提供一定的参考。乙酸在自然界分布很广,同时乙酸的羧基氢原子能够部分电离变为氢离子(质子)而释放出来,分子间通过氢键结合为二聚体,可改变反应活性,氢键强度发生改变进而影响质子转移反应的动力学和热力学特征,从实验的角度分析这个过程具有一定的难度,将从理论的角度研究分子间质子转移反应的微观机理。
关键词:分子内质子转移;分子间质子转移;取代基效应
1绪论
1.1 质子转移
质子转移反应[1-3]是最常见的化学反应之一,也是当今科学研究的热门课题,在相同母体结构上不同取代基的引入会使化合物分子基态和激发态的电子结构发生很大的变化,因而进一步影响化合物的质子转移性质及其他性能。在化学领域中,如加成反应、消去反应、卤化反应等都涉及到质子转移,质子转移在此类反应中起到速率控制的作用。在生物学领域中,质子转移在细菌反应、光合作用、细胞新陈代谢中具有重要意义。
1.2 取代基效应
在有机化学和生物化学中,取代基是一个原子或一组原子,它取代了碳氢化合物母链上的一个或多个氢原子,成为合成的新分子的一部分。我们将分子中由于包含的某些基团或者某些原子之间的相互作用,进而所引起的电子变化效应以及空间变化效应,统称为取代基效应。在有机化学中我们时常会提到空间效应,所谓空间效应其实指的就是:当分子内部包含的某些基团或某些原子,它们的位置位居于范德华半径所不允许的范围内时,进而产生的相互排斥作用;还有一种说法是:当两个分子在逐渐相互接近的同时,在基团与基团之间的所谓“非键作用”的影响下,进而引起的某种特殊化学变化效应。虽然物质内部所含的官能团决定了对应物质的主要属性,但是,在取代基效应的影响下,物质内部官能团的属性会被较大程度的改变,伴随着物质本身的属性也会随之出现较大的变化。取代基效应是有机结构研究中的重要组成部分。由于有机化合物所涉及的种类众多、数目巨大,所以,这对于我们有效地研究其物质结构和性能之间的关系带来了诸多不便。因而,通过不断的科研探究,人们将包含不同官能团的许多有机化合物进行了系统的分类,从而细致探究了取代基效应对物质分子性质的影响。由此,这一研究方法也同样搭建起了分子的结构和性能间的联系[4]。
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