正交效应

正交效应主要是指由给定分子中的各种取代基引起的改变其化学性质和物理性质的一系列立体效应和一些键合作用以及极性效应。在一般意义上，正交效应与取代的苯类化合物有关。在取代的苯化合物中主要有三种正交效应。被取代的苯甲酸中的正交效应（xxx正交效应）--正交取代的苯甲酸比其元和对位异构体的酸更强，而不考虑取代物的性质。被取代的苯胺中的正交效应（第二正交效应/SIP效应）--正交取代的苯胺比其元和对位异构体的碱更弱。在二取代苯化合物的亲电芳香取代中的正交效应（第三正交效应）--它是指在二取代苯化合物中，元导向基团与正对导向基团之间的立体效应，决定了进入的亲电子的区域选择性。

取代的苯甲酸中的正向效应当任何基团在取代的苯甲酸中与羧基正向存在时，该化合物的酸性特征至少变得比苯甲酸更强。一般来说，正取代的苯甲酸比它们的元和对位异构体的酸性更强。下表显示了各种单取代的苯甲酸的pKa值。硝基苯甲酸的正向影响很大，其酸度增加了近20倍，卤代苯甲酸大约增加了8倍，甲基和氰基取代物增加了2.5至3倍。甲氧基苯甲酸是个例外，其正向和偏向异构体的pKa值几乎相同（约4.1）。xxx正交效应的一般解释当一个基团出现在被取代的苯甲酸的羧基的正交位置时，立体阻碍迫使羧基扭曲出苯环的平面。这抑制了羧基与苯环的共振，从而增加了羧基的酸度，否则就会因不稳定的交叉共轭而降低。事实上，这种不稳定的交叉共轭也被认为是苯甲酸与甲酸相比酸度降低的原因。另外，在羧基附近存在一个氢键供体可能会增强其酸度，这一点在三种异构的羟基苯甲酸中得到了证明。正向OH供体与羧基的羰基氧的分子内氢键，作为受体，增加了羰基上的正电荷，从而增加了羧基OH的酸度。

替代苯胺中的正交效应（质子化的立体抑制）。当任何基团在苯胺中与NH2正交时，那么该化合物的碱性至少变得比苯胺小。例如，请看下列取代苯胺的碱性顺序。对甲苯胺>间甲苯胺>苯胺>邻甲苯胺苯胺>间硝基苯胺>对硝基苯胺>邻硝基苯胺苯胺>对氯苯胺>间氯苯胺>邻氯苯胺对氨基苯酚pKb=8.50>邻氨基苯酚pKb=9.28>苯胺pKb=9.38>间氨基苯酚pKb=9.80第二正交效应的一般解释由于立体阻碍，取代苯胺的质子化受到抑制。

质子化时，氨基的氮杂化从sp2变为sp3，使该基团成为非平面的。这导致正取代基团和氨基的H原子之间的立体阻碍，使共轭酸的稳定性降低，从而降低了取代苯胺的碱性（见右图）。第三种正向效应：二取代苯化合物亲电芳香取代中的正向效应当一个元导向基团被正对导向基团所取代时，进入的基团主要是正对元导向基团而不是正对。这被称为正向效应。目前对正交效应还没有很好的解释，尽管可能有来自元定向基团的分子内协助。例如，1-甲基-3-硝基苯的亲电芳香族xxx反应可得到4-甲基-1,2-二硝基苯和1-甲基-2,3-二硝基苯，产率分别为60.1%和28.4%。相比之下，2-甲基-1,4-二硝基苯（2c）的产量只有9.9%。正如在上述例子中所看到的，当π-受体取代基（πAS）与π-供体取代基（πDS）相遇时，亲电芳香族的xxx发生在πAS的正向而不是对向。在3-甲基苯甲酸的xxx过程中也观察到类似的结果，其中5-甲基-2-硝基苯甲酸和3-甲基-2-硝基苯甲酸为主要成分。