拖动 旋转 · 滚轮 缩放 · 拖动「离域进度」或开启自动播放,观察吡咯 N 上孤对电子从 定域 到 离域 的全程
N 为 sp² 杂化,孤对电子占据环平面内的 sp² 轨道, 与环上垂直于平面的 p 轨道 相互垂直,无法参与共轭。 电子云牢牢锁在 N 原子上,密度高、能量高 → 很容易把电子对交给质子。
N 同样是 sp² 杂化,但孤对电子位于 未参与杂化的 p 轨道 中, 该 p 轨道垂直于环平面,与 4 个碳的 p 轨道肩并肩重叠, 形成 6 π 电子的芳香共轭体系。孤对电子被分摊到整个五元环上, N 上的电子云密度大幅下降 → 很难再拿出电子对。
两者的 N 都是 sp² 杂化,差别只在于 孤对电子放在了哪个轨道里。
吡啶:孤对电子在环平面内的 sp² 轨道中,与芳香 π 体系互相垂直,
不参与共轭,电子云完全定域在 N 上 → 密度高,易提供电子对,碱性强。
吡咯:孤对电子在垂直于环平面的 p 轨道中,与环上碳的 p 轨道重叠,
参与 6π 芳香共轭。电子云离域到整个环上后,N 处的电子密度被"摊薄",
再想拿出电子对就要付出很大代价 → 碱性极弱;相反,N–H 上的氢却表现出弱酸性。