Efect inductiv - școală de chimie

Efect inductiv

Efect inductiv sau I efect este un efect de schimbare a sarcinii în chimia organică, care este ambele +I efect („Electron-pushing”) precum și −Efect („retragerea electronilor”) are loc. Este declanșat de inducția electrostatică de către grupuri funcționale de-a lungul uneia sau mai multor legături chimice. [1] Conceptul a fost dezvoltat de chimiștii Gilbert Newton Lewis și Christopher Kelk Ingold.

bază

Cauza acestor efecte este o asimetrie în distribuția electronilor într-o legătură de perechi de electroni între doi atomi identici dar substituiți diferit sau între doi atomi diferiți. Doi atomi legați de o legătură de perechi de electroni împart doi electroni. Acești electroni nu au un loc fix, dar se pot deplasa liber în cadrul acestei legături. În cazul unei asimetrii a distribuției electronilor, electronii sunt atrași de atomul a cărui electronegativitate este mai mare.

Există două tipuri de efecte I: +I efect (citiți: efect inductiv pozitiv) și −Efect (citiți: efect inductiv negativ). Un atom mai electronegativ are un efect −I, astfel încât densitatea electronilor celuilalt atom este redusă. Cu un efect + I, electronii sunt împinși departe de un atom și astfel densitatea electronilor pe celălalt atom crește. Legătura are acum un caracter dipol, care se caracterizează prin δ + pe atomul cu densitatea de sarcină mai mică și δ - pe atomul cu densitatea de sarcină mare.

General

Legăturile atomice pot avea polarități diferite în funcție de electronegativitatea partenerilor de legătură. Dacă unul dintre elemente este mai electronegativ, electronii sunt mai des în vecinătatea sa. Acest lucru schimbă echilibrul sarcinilor, astfel încât elementul mai electronegativ este mai mult sau mai puțin puternic polarizat negativ.

Un exemplu este apa (H2O). Datorită electronegativității mai mari, electronii rămân mai des cu atomul de oxigen. În molecula de apă, aceasta este exprimată prin δ - lângă atomul de O, precum și printr-un δ + lângă fiecare dintre cei doi atomi de H. Adesea δ - cu oxigen este scris puțin mai mare. Acest lucru este comun deoarece sarcina δ - pe atomul de oxigen este de două ori mai mare decât cea a fiecărui atom individual de hidrogen.

Dacă acest lucru apare într-o moleculă, forța inductivă acționează și asupra atomilor care urmează într-un lanț (exemplu: 1-fluoropropan), ceva de genul acesta:

Atomul de fluor te rezolvă Efect de inducție care afectează următorii trei atomi de carbon. Efectul de inducție este cel mai puternic asupra primului atom de carbon, care este legat direct de atomul de fluor, acest lucru este indicat de simbolul δ +. Cu toate acestea, puterea scade cu cât atomul de carbon afectat este mai departe de atomul de fluor. Efectul de inducție este mai mic pentru al doilea atom de carbon din lanțul alchilic, care este exprimat prin semnul δδ +. Din nou, efectul inductiv al atomului de fluor are un efect mult mai mic asupra celui de-al treilea atom de carbon, care este chiar mai departe de atomul de fluor, care este exprimat prin marcarea δδδ +.

Forța și întinderea

Pentru a compara puterea efectului inductiv al atomilor sau grupurilor de atomi, electronegativitatea substituentului este comparată cu electronegativitatea hidrogenului. Cu cât diferența de electronegativități este mai mare, cu atât efectul inductiv este mai puternic.

Efectul inductiv poate afecta alți atomi sau grupuri de atomi în legături multiple. Cu toate acestea, puterea scade odată cu pătratul distanței.

Se presupune că efectele inductive nu au alt efect decât trei legături adiacente.

exemplu

Cu toate acestea, de regulă, se iau în considerare efectele I pentru conexiuni mai complexe. Acest lucru face posibilă analiza comportamentului conexiunilor.

De exemplu, efectul -I cu acidul tricloracetic are efecte suplimentare. În această legătură, trei atomi de Cl exercită un efect −I asupra atomului de C. Drept urmare, atomul de carbon atrage electronii atomului de carbon vecin, prin care acest atom de carbon atrage electronii din oxigenul vecin și pur și simplu legat. Legătura dintre atomul O și atomul H conectat la acesta este slăbită, iar ionul H + (protonul) poate fi separat cu ușurință. În acest exemplu, efectul -I declanșează o reacție în lanț care are un efect decisiv asupra comportamentului moleculei.

+I efect

Particulele care au un efect de împingere a electronilor au un efect + I. Acest lucru se întâmplă, de exemplu, atunci când particula este încărcată negativ sau are o electronegativitate scăzută. Efectul + I poate fi observat și în formarea orbitalilor hibrizi, de ex. gruparea metil CH3 Donarea de electroni, chiar dacă acest lucru nu poate fi văzut datorită legăturii simple C - C.

Efectul + I are, de asemenea, o influență asupra poziției celui de-al doilea substituent în substituția aromatică electrofilă. Un prim substituent cu efect + I împinge electronii în sistem. Cu toate acestea, efectul inductiv scade rapid odată cu distanța. Dacă substituenții sunt legați în poziția orto sau para, se creează un cation ca stare de tranziție, care poate fi reprezentată în mai multe formule de rezonanță. Există întotdeauna o formulă de rezonanță în care sarcina pozitivă a cationului se află pe atomul de carbon care a legat primul substituent. Deoarece electronii împinși în această formulă de rezonanță sunt chiar lângă sarcina pozitivă, cationul este stabilizat. Stările de tranziție mai stabile în poziția orto sau para au o energie relativ scăzută și, prin urmare, sunt atinse relativ rapid (vezi postulatul Hammond). De asemenea, se spune că substituenții primari cu efect + I direct în poziția orto sau para. Poziția para este preferată poziției orto din cauza obstacolelor mai puțin sterice. [2]

−Efect

Atomii care au un efect de retragere a electronilor au efectul −I. Acest lucru se datorează de obicei electronegativității ridicate sau unei sarcini pozitive. Particulele puternic electronegative atrag electronii în mod deosebit.

Grupuri care acționează inductiv

Unele grupuri inductive sunt enumerate aici [3]:

+I (efect inductiv pozitiv)

• t-Grupul butil-C (CH3) 3
• eu-Grupa propil-CH (CH3) 2
• Radical alchil-R

I = 0 (fără efect inductiv)

−I (efect inductiv negativ)

• Oxigen din gruparea carbonil-C = O
• Grupa hidroxil-OH
• Atom de iod–Eu
• Atom de brom–Br
• Atom de clor-Cl
• Grupul nitro-NO2
• Grupul amino-NH2
• Grup Carboxy-COOH
• Atom de fluor–F
• Grupul ciano -CN

Efectele efectului de inducție

Efectele efectului de inducție sunt că alte molecule polare se pot alinia acum la molecula menționată și o pot ataca. În plus, efectul de inducție are o influență asupra poziției substituenților secundari asupra benzenului. Radicalii sau ionii carbeniu (carbocații), adică particulele cu deficit de electroni, sunt stabilizați de substituenți cu efect + I și destabilizați de cei cu efect -I. În afară de aceasta, efectul inductiv are o influență decisivă asupra acidității unei molecule. De exemplu, dacă o moleculă are un substituent puternic electronegativ (care atrage electronii), divizarea unui proton este facilitată (efect -I) și puterea acidului este în mod corespunzător ridicată. În schimb, un substituent donator de electroni duce la o concentrație acidă scăzută (efect + I).

---