哈蒙德假说
哈蒙德假说
哈蒙德假说(Hammond's Postulate)有时也被称为赖费勒假设(Leffler's assumption),是有机化学中根据过渡态理论而产生的假说,和有机化学反应的过渡态有关。
简介
哈蒙德假说是英译成中文的说法,英文名称为Hammond假说,又称Hammond假设(Hammond Postulate),是用于评估活化络合物结构的最被广泛使用的原则。事实上,它非常有用,以至于几乎所有的基础有机化学教科书都会讲到这一知识点,许多科学家凭直觉就使用它。
该假说的价值来自于一个事实:过渡态在本质上是短暂(瞬时)的,从而通常不能够用实验手段对它直接进行表征。于是,任何一种有助于洞察过渡态化学结构的指导原则都是相当有用的。根据Hammond的说法,“例如,如果两种状态,即过渡态和不稳定的中间体,在反应过程中连续发生并含有几乎相同的能量含量,那么它们之间的相互转化只会涉及很小的分子结构重组。”
内容
哈蒙德假说的内容如下:
这种想法,即中间态和反应物与产物中能量较高(较不稳定)的一个结构近似。因为反应能级图上过渡态能量一般近似于反应物与产物中能量更高的一个(这是因为过渡态能量一般高于反应物与产物)
解释
这一假说可被用来解释一些有机化学反应的产物趋向性问题,如正丁烷在光照下的自由基取代反应。这一反应中,2或3号碳上有孤对电子的中间体自由基更稳定(比起1或4号碳上带孤对电子的自由基),而因为这两个反应前一个能量降低,后一个上升,所以后一个中间体与产物结构上更接近,所以后一个中间体自由基稳定性对产物取向的影响大。
本质
在本质上,该假定表明只要过渡态和邻近结构之间的能量差不是太大,活化络合物与邻近在能量上与之最接近的反应物、中间体或产物就最相似。Hammond最初使用了诸如这样的陈述:“在高度放热的反应步骤中,可以期待过渡态会与反应物非常相似;在吸热反应中,产物则可以为过渡态提供最好的模型。”这个假定使得我们能够精确预测反应坐标图的形状,而且它提供了对活化络合物的洞察了解。该假定把活化络合物的结构与反应物、中间体、产物的结构维系在了一起。
应用
为了把该假说加以应用,先以考察一个放热反应为主。如图1所示的放热反应的势能变化图:
图1显示了如何利用Hammond假定来决定过渡态的定位。根据反应热或反应Gibbs自由能的知识来画A和B的位置。把过渡态能量(C)放到高于A和B的位置,然后沿着反应坐标把过渡态排列在(在能量上)与结构A较近的位置(交点D),然后补满曲线。
在图1中,我们把代表过渡态的山峰摆在比反应物和产物高的位置。但是,我们应该在x轴的什么位置上显示过渡态呢?Hammond假定表明,因为过渡态在能量上(与反应物和产物两者相比)更接近于反应物,所以它在结构上(与反应物和产物两者相比)也更接近于反应物。记住,这些图中的x轴与我们把反应物转化为产物时的分子几何形状的渐进变化有关。Hammond的基本假设是分子不会沿着反应路径发生快速而不连续的结构变化。因此,我们把对应于过渡态的山峰画在离表示反应物的山谷较近的地方(与产物位置相对而言)。把山谷和山峰用曲线连起来就完成了整张图。另一方面,对于吸热反应而言,过渡态则会被摆在离表示产物的山谷较近的位置。
总结
如果一种过渡态和一种不稳定中间体具有连续递变的关系,而且它们的能量差别不大,那么它们之间的转变只涉及结构上微小的变动。也即在反应的每一个步骤中,过渡态的几何构型和结构取决于它的能态,当它的能量接近于反应物时,则具有类似反应物的结构,而不同于产物;当它的能量接近于产物时,则结构与产物近似,而不同于反应物;当它的能量接近于中间体而与反应物和产物有很大差距时,则具有近似中间体的结构而不同于反应物和产物的结构。该假说将过渡态的可能结构与反应物、产物及中间体的结构通过能量联系起来,有助于深入研究反应历程。
参考资料
最新修订时间:2022-08-25 18:42
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概述
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