共軛體系
機(jī)轉(zhuǎn)
與各種不同的p軌道提供者產(chǎn)生共軛
共軛可能透過(guò)單鍵或雙鍵來(lái)調(diào)控。只要相鄰原子擁有p軌道,此系統(tǒng)可視為共軛。例如呋喃(如圖)是一個(gè)擁有兩個(gè)會(huì)在其中彼此交替轉(zhuǎn)換的雙鍵和在1號(hào)位置上有氧原子的五元環(huán)結(jié)構(gòu)。氧有兩對(duì)孤對(duì)電子,每一對(duì)都占據(jù)一個(gè)p軌道,因此維持一個(gè)五元環(huán)的共軛。像是羰基(C=O)、亞胺基(C=N)、乙烯基(C=C)、或陰離子中有出現(xiàn)氮元子或α族在環(huán)上面將都可以滿足一個(gè)π軌道的來(lái)源來(lái)維持共軛。
也有其他共軛的方式,“ 同源共軛 ” 是一個(gè)由兩個(gè)π-系統(tǒng)重疊組成而被非共軛基像是CH 2 所分開(kāi)。例如分子CH 2 =CH–CH 2 –CH=CH 2 (1,4-戊二烯)是同源共軛,因?yàn)閮蓚€(gè) C=C 雙鍵(這是π系統(tǒng)因?yàn)槊總€(gè)雙鍵包含一個(gè)π鍵)被一個(gè)CH 2 基分開(kāi)。
有共軛的環(huán)狀化合物
苯環(huán)的軌道
環(huán)辛四烯,相鄰的雙鍵不在同一平面上。
環(huán)狀化合物可以是部分或完全的共軛。輪烯是一個(gè)完全共軛單環(huán)的碳?xì)浠衔铮梢允欠枷銦N,非芳香烴或反芳香烴。
芳香烴化合物
是一個(gè)環(huán)狀平面有共軛的化合物,它遵守休克爾定則和有芳香烴特性以及展現(xiàn)出特有的穩(wěn)定性。最典型的例子苯,其有六個(gè)π電子沿著平面的σ-環(huán)形成苯環(huán)。
非芳香烴化合物
不是所有單鍵雙鍵之間會(huì)互換的化合物都是芳香烴化合物。例如環(huán)辛四烯,它擁有單鍵和雙鍵之間的交換。這個(gè)化合物是個(gè)典型的桶狀結(jié)構(gòu)。由于因?yàn)閜軌道的分子無(wú)法自己對(duì)齊而形成非平面分子,所以電子很難輕易的在碳原子中彼此共享。這個(gè)分子仍被視為共軛,不過(guò)他既不是芳香烴化,也不是反芳香烴(由于它并不是平面的化合物)。
顏料中的共軛體系
共軛體系的獨(dú)特特性是能呈現(xiàn)濃厚的顏色。很多顏料利用電子體系(如長(zhǎng)鏈碳?xì)浠衔镌讦?胡蘿卜素當(dāng)中的共軛)制造出鮮艷的橘色。當(dāng)電子在系統(tǒng)中吸收一個(gè)合適波長(zhǎng)的光子,它可以被激發(fā)到更高的一個(gè)能級(jí)。 。大部分這些電子的躍遷是一個(gè)π系統(tǒng)分子軌道(MO)從原本在同能級(jí)的偶數(shù)電子到另一能級(jí)變成基數(shù)電子(π 到 π ),但電子從其他能級(jí)也能被激發(fā)到π系統(tǒng)的MO中(n 到 π ),這種現(xiàn)象經(jīng)常在電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物中發(fā)生。常常HOMO 到 LUMO的躍遷是由電子若依循 選擇規(guī)則 ( 英語(yǔ) : selection rules ) 來(lái)進(jìn)行電磁躍遷。共軛體系少于8個(gè)共軛的雙鍵的吸收度只有在紫外光范圍,此范圍顏色無(wú)法被人類的肉眼看見(jiàn)。每增加一個(gè)雙鍵,系統(tǒng)吸收光子的波長(zhǎng)就越長(zhǎng)(能量越低),化合物顏色的范圍從黃色到紅色。若化合物的顏色是藍(lán)色或綠色,那就并不單純是雙鍵的共軛。
在紫外光-可見(jiàn)光的光譜中大量使用了紫外光到可見(jiàn)光的吸光值范圍,它構(gòu)成了整個(gè)光化學(xué)的基礎(chǔ)。
共軛體系現(xiàn)在被廣泛地使用在合成顏料和染劑,他們都是diazo和azo化合物和酞菁化合物。
酞菁化合物
共軛體系不只是可見(jiàn)光范圍中低能量的激發(fā),期也能輕易的接收或提供電子。酞菁類如酞菁藍(lán)和酞菁綠,常常包括躍遷金屬離子,也就是電子與錯(cuò)合的躍遷金屬離子輕易的改變其氧化態(tài)。像這些顏料和染劑都是電荷轉(zhuǎn)移配合物。
Copper phthalocyanine
卟啉與相似的化合物
卟啉有共軛分子的環(huán)狀系統(tǒng)( 大環(huán) ( 英語(yǔ) : macrocycle ) )出現(xiàn)在很多生物體的酵素當(dāng)中。像是配體,卟啉和金屬離子如鐵離子在血紅素中組成大量的配合物讓血液呈紅色。血紅素是運(yùn)送氧氣到我們?nèi)淼募?xì)胞。卟啉和金屬的配合物常常有鮮艷的顏色。一個(gè)類似的環(huán)狀結(jié)構(gòu)分子 二氫卟吩 ( 英語(yǔ) : chlorin ) 是相似于由鐵離子構(gòu)成的配合物,只是鐵由鎂離子取代。此組成最常見(jiàn)的就是葉綠素分子,顧名思義其顏色是綠色的。另一個(gè)類似的 大環(huán) ( 英語(yǔ) : macrocycle ) 結(jié)構(gòu)是 二氫卟吩 ( 英語(yǔ) : chlorin ) ,其與鈷離子錯(cuò)合,當(dāng)行程部分的鈷胺素分子時(shí),其會(huì)組成維生素B12,其為深紅色。corrin單體有六個(gè)共軛雙鍵,不過(guò)并不是圍繞整個(gè)大分子環(huán)都是共軛。
發(fā)色團(tuán)
共軛系統(tǒng)為構(gòu)成發(fā)色環(huán)的基礎(chǔ),其為一部分的分子吸收光能,使化合物有顏色。像是發(fā)色團(tuán)常常出現(xiàn)在有機(jī)化合物當(dāng)中,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)在聚合物,他們會(huì)在黑暗中顯現(xiàn)色或發(fā)光。發(fā)色團(tuán)組成一系列德共軛鍵結(jié)或環(huán)狀系統(tǒng),一般是包括C–C、C=C、C=O或是N=N鍵結(jié)的芳香烴。
β-胡蘿卜素的化學(xué)結(jié)構(gòu),有十一個(gè)共軛雙鍵組成發(fā)色團(tuán),由紅色標(biāo)記表示。
共軛發(fā)色團(tuán)在很多有機(jī)化合物當(dāng)中被發(fā)現(xiàn),包括azo(食用色素),食物當(dāng)中的化合物(茄紅素和花青素),眼睛里的感光細(xì)胞,和某些藥物像是:
這個(gè)多烯類抗真菌藥物叫做兩性酶素B,其有共軛體系包含七個(gè)雙鍵行程發(fā)色團(tuán),強(qiáng)力吸收紫外光到可見(jiàn)光能量的范圍,呈現(xiàn)黃色。
普通例子
二烯
維生素D
維生素A
苯
共軛亞油酸
另見(jiàn)
共振
超共軛效應(yīng)
Cross-conjugation ( 英語(yǔ) : Cross-conjugation )
聚烯烴
Conjugated microporous polymer ( 英語(yǔ) : Conjugated microporous polymer )
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