题目
比较下列自由基的稳定性大小顺序( )① (mathrm(CH)_3)_3dot(mathrm{C)}② (mathrm(CH)_3)_2dot(mathrm{CH)}③ mathrm(CH)_3dot(mathrm{CH)}_2④ mathrm(CH)_2=mathrm(CH)dot(mathrm{CH)}_2A. ④ > ③ > ② > ①B. ② > ④ > ③ > ①C. ③ > ② > ④ > ①D. ④ > ① > ② > ③
比较下列自由基的稳定性大小顺序( )
① $(\mathrm{CH}_3)_3\dot{\mathrm{C}}$
② $(\mathrm{CH}_3)_2\dot{\mathrm{CH}}$
③ $\mathrm{CH}_3\dot{\mathrm{CH}}_2$
④ $\mathrm{CH}_2=\mathrm{CH}\dot{\mathrm{CH}}_2$
A. ④ > ③ > ② > ①
B. ② > ④ > ③ > ①
C. ③ > ② > ④ > ①
D. ④ > ① > ② > ③
题目解答
答案
分析各自由基的稳定性:
- ① 为三级碳自由基,具9个超共轭氢,稳定性较高。
- ② 为二级碳自由基,具6个超共轭氢,稳定性中等。
- ③ 为一级碳自由基,仅3个超共轭氢,稳定性最低。
- ④ 为烯丙基自由基,因共轭效应(π电子与自由基中心共振)最稳定。
综上,稳定性顺序为:④ > ① > ② > ③。
答案:D. ④ > ① > ② > ③
解析
本题考查自由基稳定性大小的比较,解题思路是根据自由基的结构特点,结合超共轭效应和共轭效应来判断其稳定性。
1. 超共轭效应的概念
超共轭效应是指烷基上 C - H 键的 σ 电子云与相邻的空 p 轨道或 π 轨道发生的电子离域现象。超共轭效应的存在可以使自由基的能量降低,从而增加其稳定性。一般来说,与自由基中心碳原子相连的烷基越多,超共轭氢原子的数目就越多,超共轭效应就越强,自由基就越稳定。
2. 分析各自由基的结构和稳定性
- ①$(\mathrm{CH}_3)_3\dot{\mathrm{C}}$(三级碳自由基)
该自由基中心碳原子连接了 3 个甲基,每个甲基有 3 个 C - H 键,所以超共轭氢原子的数目为 $3\times3 = 9$ 个。由于超共轭效应较强,使得该自由基的能量相对较低,稳定性较高。 - ②$(\mathrm{CH}_3)_2\dot{\mathrm{CH}}$(二级碳自由基)
此自由基中心碳原子连接了 2 个甲基,超共轭氢原子的数目为 $2\times3 = 6$ 个。其超共轭效应比三级碳自由基弱,稳定性中等。 - ③$\mathrm{CH}_3\dot{\mathrm{CH}}_2$(一级碳自由基)
该自由基中心碳原子只连接了 1 个甲基,超共轭氢原子的数目为 $1\times3 = 3$ 个。超共轭效应较弱,稳定性最低。 - ④$\mathrm{CH}_2=\mathrm{CH}\dot{\mathrm{CH}}_2$(烯丙基自由基)
烯丙基自由基中,自由基中心的 p 轨道与碳 - 碳双键的 π 轨道形成了 p - π 共轭体系。共轭效应使得电子云能够在更大的范围内离域,从而显著降低了自由基的能量,使其稳定性大大提高。在这四种自由基中,烯丙基自由基的稳定性是最高的。
3. 得出稳定性顺序
综合以上分析,四种自由基的稳定性顺序为:④(烯丙基自由基)>①(三级碳自由基)>②(二级碳自由基)>③(一级碳自由基)。