大学有机化学中碳正离子稳定性的探讨:本研究针对大学有机化学课本中关于碳正离子稳定性相关知 识的不完善 之处,通过理论计算方法定量分析各种碳正离子的稳定性。在 计算结果的基础 上,研究和探讨了不同结构的碳正离子,并与课本相关理 论知识进行联系和对 比,帮助大学牛学习有机化学课本中与碳正离子相关 的内容。 关键词:碳止离子稳定性;姪基;杂原子;环张力;AGr 中图分类号:G642. 0文献标志码:A文章编号:1674-9324 (2017) 07-0209-02 一、前言 碳正离子是一种带一个单位正电荷的不稳定粒子,最外层有6个电子。 SN1取代、苯环亲电取代、频哪醇重排等反应中皆涉及碳正离子。所以重点把握 碳正离子知识,对深入理解相关反应机理至关重要。 当前通用的大学有机化学相关教科书、参考书中,关于碳正离子内容 存在 不足之处,主要有以下两点: 书中仅讨论甲基、1。、2。、3碳止离子及烯丙基、节基碳止离子 的稳定 性顺序。如《有机化学(邢其毅)》[1]关于碳正离子的内容中,只 简要解释了 超共轨影响:因o-p超共辘作用,碳正离子稳定性为3。>2 >CH3+。虽单独提到烯丙基和节基碳正离子稳定性,却未提到怪基、杂 原子等对碳止离子稳 定性的影响。 此外,大部分书仅从定性分析角度讨论碳正离子稳定性,如《有机化 敏强)》[2]中只用p-Ji共轨效应理论解释节基、烯丙基这两个 子比普通的1。碳正离子稳定原因,未作定量解释;书中提到茉基、叔丁基碳正 离子比异丙基碳正离子稳定,却未比较这两者的稳定性;又如 《有机化学(徐 建明)》中只提到烯丙基碳正离子因 P-H共辘效应稳定, 块丙基碳正离子也有 这种作用,而书中没有两者比较。 本研究从定量分析角度出发,准确运用数据探究碳正离子稳定性。从 杂原子、环状结构对碳止离子的影响三方面对碳止离子稳定性进行了研究,并 结合教科书相关内容进行分析。 二、计算方法 所有的计算都在量子化学计算 Gaussion09软件包中完成,所有分子、 子的几何结构优化使用B3LYP/6-31+G*方法,对优化结构进行频率计算 确定为 能量极小点(反应物、中间体或者产物)。优化均在溶液中进行, 采用 SMD溶 剂化的模型,使用的溶剂是 DMF N-二甲基甲酰胺)。进行几何结构优化 后,以此为基础进行单点能计算,使用M062X/6-311++G(2df, 2p