Efect inductiv - Inductive effect

În chimie , efectul inductiv este un efect privind transmiterea partajării inegale a electronului de legătură printr-un lanț de atomi dintr-o moleculă , ducând la un dipol permanent într-o legătură. Este prezent într-o legătură σ (sigma) , spre deosebire de efectul electromeric care este prezent într-o legătură π (pi) .

Cei atomii de halogen din alchil halogenură sunt electrofilă în timp ce grupele alchil au electronodonor tendințe. Dacă atomul electronegativ (lipsă un electron, având astfel o sarcină pozitivă) este apoi legat la un lanț de atomi, de obicei carbon, sarcina pozitivă este transmisă către ceilalți atomi din lanț. Acesta este efectul inductiv de retragere a electronilor, cunoscut și sub numele de efectul - I. Pe scurt, grupurile alchil tind să doneze electroni, ceea ce duce la + I efect. Baza sa experimentală este constanta de ionizare . Este distinct de efectul mezomeric și adesea opus acestuia .

Polarizarea legăturii

Image
legăturile dintr-o moleculă de apă sunt ușor mai încărcate pozitiv în vecinătatea atomilor de hidrogen și puțin mai negativ încărcate în vecinătatea atomului mai electronegativ.

Legăturile covalente pot fi polarizate în funcție de electronegativitatea relativă a celor doi atomi care formează legătura. Nor de electroni într - un σ-legătură între doi , spre deosebire de atomi nu este uniformă și este ușor deplasată spre mai electronegativ celor doi atomi. Acest lucru determină o stare permanentă de polarizare a legăturilor , în care atomii mai electronegativi au o sarcină fracțională negativă (δ–) și atomul mai puțin electronegativ are o sarcină fracțională pozitivă (δ +).

De exemplu, molecula de apă H
2O are un atom de oxigen electronegativ care atrage o sarcină negativă. Acest lucru este indicat de δ- în molecula de apă din vecinătatea atomului de O, precum și de un δ + lângă fiecare dintre cei doi atomi de H. Adăugarea vectorială a momentelor dipolare de legătură individualeare ca rezultat un moment dipolar net pentru moleculă. O legătură polară este o legătură covalentă în care există o separare a sarcinii între un capăt și celălalt - cu alte cuvinte în care un capăt este ușor pozitiv și celălalt ușor negativ. Exemplele includ cele mai multe legături covalente. Legătura hidrogen-clor din HCI sau legăturile hidrogen-oxigen din apă sunt tipice.

Efect inductiv

Efectul deplasării electronului sigma către atomul mai electronegativ prin care un capăt devine încărcat pozitiv și celălalt capăt încărcat negativ este cunoscut sub numele de efect inductiv. „ - Efectul I este un efect permanent și, în general, este reprezentat de o săgeată pe legătură.”

Cu toate acestea, unele grupări, cum ar fi gruparea alchil , sunt mai puțin retractoare de electroni decât hidrogenul și, prin urmare, sunt considerate ca eliberatoare de electroni. Acesta este caracterul eliberator de electroni si este indicat prin + I efect . Pe scurt, grupările alchil tind să dea electroni, ducând la efectul de inducție. Cu toate acestea, un astfel de efect a fost pus la îndoială.

Deoarece modificarea indusă de polaritate este mai mică decât polaritatea inițială, efectul inductiv se stinge rapid și este semnificativ doar pe o distanță scurtă. Mai mult, efectul inductiv este permanent, dar slab, deoarece implică deplasarea electronilor cu legătură σ puternic menținuți și alți factori mai puternici pot umbri acest efect.

Efecte inductive relative

Efectele relative inductive au fost măsurate experimental cu referire la hidrogen, în ordinea crescătoare a efectului + I sau în ordinea descrescătoare a efectului - I , după cum urmează:

Și în ordinea crescândă a efectului + I , unde H este hidrogen și D este deuteriu și T este tritiu. Toți sunt izotopi ai hidrogenului. Puterea efectului inductiv este, de asemenea, dependentă de distanța dintre grupul substituent și grupul principal care reacționează; cu cât distanța este mai mare, cu atât efectul este mai slab.

Efectele inductive pot fi exprimate cantitativ prin ecuația Hammett , care descrie relația dintre viteza de reacție și constantele de echilibru în raport cu substituentul.

Fragmentare

Efectul inductiv poate fi utilizat pentru a determina stabilitatea unei molecule în funcție de sarcina prezentă pe atom și de grupurile legate de atom. De exemplu, dacă un atom are o sarcină pozitivă și este atașat la un grup I - sarcina sa devine „amplificată”, iar molecula devine mai instabilă. În mod similar, dacă un atom are o sarcină negativă și este atașat la un grup + I , sarcina sa devine „amplificată”, iar molecula devine mai instabilă. În schimb, dacă un atom are o sarcină negativă și este atașat la un grup I - sarcina sa devine „dezamplificată” și molecula devine mai stabilă decât dacă efectul I nu ar fi luat în considerare. În mod similar, dacă un atom are o sarcină pozitivă și este atașat la un grup + I sarcina sa devine „dezamplificată” și molecula devine mai stabilă decât dacă efectul I nu ar fi luat în considerare. Explicația pentru cele de mai sus este dată de faptul că o sarcină mai mare pe un atom scade stabilitatea și o sarcină mai mică pe un atom mărește stabilitatea.

Aciditate și basicitate

Efectul inductiv joacă, de asemenea, un rol vital în determinarea acidității și bazicității unei molecule. Grupurile cu efect + I (efect inductiv) atașat la o moleculă crește densitatea electronică globală asupra moleculei, iar molecula este capabilă să doneze electroni, făcându-l de bază. In mod similar, grupurile având - I efect atașat la o moleculă scade densitatea de electroni de ansamblu asupra moleculei făcând electroni cu deficit care are ca rezultat aciditatea. Pe măsură ce crește numărul - grupurilor I atașate la o moleculă, crește aciditatea acesteia; pe măsură ce crește numărul grupurilor + I pe o moleculă, crește basicitatea acesteia.

Aplicații

Acizi carboxilici

Concentrația unui acid carboxilic depinde de mărimea ei constantă de ionizare : cu cat ionizata este, cu atât mai puternic este. Ca un acid devine mai puternică, valoarea numerică a lui pKa o picătură.

În acizi, efectul inductiv de eliberare de electroni al grupării alchil crește densitatea electronilor asupra oxigenului și astfel împiedică ruperea legăturii OH, ceea ce reduce în consecință ionizarea. Datorită ionizării sale mai mari, acidul formic (pK a = 3,74) este mai puternic decât acidul acetic (pK a = 4,76). Acidul monocloracetic (pK a = 2,82), totuși, este mai puternic decât acidul formic, datorită efectului de retragere a electronilor al clorului care favorizează ionizarea.

In acidul benzoic , atomii de carbon care sunt prezenți în inel sunt sp 2 hibridizat . Ca rezultat, acidul benzoic (pK a = 4,20) este un acid mai puternic decât acidul ciclohexancarboxilic (pK a = 4,87). De asemenea, în acizii carboxilici aromatici, grupurile de retragere a electronilor substituite la pozițiile orto și para pot crește rezistența la acid.

Deoarece gruparea carboxil este ea însăși o grupă care retrage electronii, acizii dicarboxilici sunt, în general, acizi mai puternici decât analogii lor monocarboxilici. Efectul inductiv va ajuta, de asemenea, la polarizarea unei legături care face anumite atomi de carbon sau alte poziții ale atomului.

Comparație între efectul inductiv și efectul electromeric

Efect inductiv Efect electromeric
Polarizarea unei singure legături covalente σ datorită diferenței de electronegativitate. Formarea instantanee a unui dipol în molecula unui compus organic datorită transferului complet al perechilor de electroni pi împărtășiți la unul dintre atomi sub influența unui reactiv de atac
Este un efect permanent. Este un efect temporar.
Nu are nevoie de prezența unui reactiv. Are nevoie de prezența unui reactiv electrofil.
Taxele induse apar ca taxe parțiale (δ + sau δ−) Sarcinile induse sunt numere întregi precum + 1, -1

Vezi si

Referințe

linkuri externe