Indukčný efekt - škola chémie

Indukčný účinok

The Indukčný účinok alebo Pôsobím je efekt zmeny náboja v organickej chémii, ktorý je obidva +Pôsobím („Tlačenie elektrónov“), ako aj −I efekt („výber elektrónov“). Je vyvolaná elektrostatickou indukciou funkčnými skupinami pozdĺž jednej alebo viacerých chemických väzieb. [1] Koncept vyvinuli chemici Gilbert Newton Lewis a Christopher Kelk Ingold.

základe

Príčinou týchto účinkov je asymetria v distribúcii elektrónov vo väzbe elektrónových párov medzi dvoma rovnakými, ale rozdielne substituovanými atómami alebo medzi dvoma rôznymi atómami. Dva atómy viazané väzbou elektrónových párov zdieľajú dva elektróny. Týmto elektrónom nie je priradené pevné miesto, ale v rámci tejto väzby sú voľne pohyblivé. V prípade asymetrie distribúcie elektrónov sú elektróny priťahované k atómu, ktorého elektronegativita je väčšia.

Existujú dva typy I-efektov: +Pôsobím (prečítané: pozitívny indukčný účinok) a −I efekt (prečítané: negatívny indukčný účinok). Elektronegatívnejší atóm má účinok −I, takže elektrónová hustota druhého atómu je znížená. S efektom + I sú elektróny odtlačené od jedného atómu a tým sa zvyšuje hustota elektrónov na druhom atóme. Väzba má teraz dipólový charakter, ktorý je charakterizovaný δ + na atóme s nižšou hustotou náboja a δ - na atóme s vysokou hustotou náboja.

Všeobecné

Atómové väzby môžu mať rôznu polaritu v závislosti od elektronegativity partnerov väzby. Ak je jeden z prvkov elektronegatívnejší, elektróny sú častejšie v jeho blízkosti. To posúva rovnováhu nábojov tak, že elektronegatívny prvok je viac alebo menej silne negatívne polarizovaný.

Príkladom je voda (H2O). Vďaka vyššej elektronegativite zostávajú elektróny s atómom kyslíka častejšie. V molekule vody je to vyjadrené δ - v blízkosti atómu O, ako aj δ + vedľa každého z dvoch atómov vodíka. Δ - s kyslíkom je často napísaný o niečo väčší. Je to bežné, pretože δ - náboj na atóme kyslíka je dvakrát vyšší ako každý jednotlivý atóm vodíka.

Ak k tomu dôjde v molekule, indukčná sila pôsobí aj na atómy nasledujúce v reťazci (napríklad: 1-fluórpropán), niečo ako toto:

Atóm fluóru vás vyrieši Indukčný účinok ktorý ovplyvňuje tri nasledujúce atómy uhlíka. Indukčný účinok je najsilnejší na prvom atóme uhlíka, ktorý je priamo naviazaný na atóm fluóru, čo je označené symbolom δ +. Sila však klesá, čím ďalej je ovplyvnený atóm uhlíka od atómu fluóru. Indukčný účinok na druhý atóm uhlíka v alkylovom reťazci je nižší, čo je vyjadrené značkou δδ +. Indukčný účinok atómu fluóru má opäť oveľa menší vplyv na tretí atóm uhlíka, ktorý je ešte ďalej od atómu fluóru, čo je vyjadrené označením δδδ +.

Sila a dosah

Na porovnanie sily indukčného účinku atómov alebo skupín atómov sa porovnáva elektronegativita substituenta s elektronegativitou vodíka. Čím väčší je rozdiel medzi elektronegativitami, tým silnejší je indukčný efekt.

Indukčný účinok môže pôsobiť na ďalšie atómy alebo skupiny atómov cez viac väzieb. Sila však klesá s druhou mocninou vzdialenosti.

Predpokladá sa, že indukčné účinky nemajú žiadny ďalší účinok ako tri susedné väzby.

príklad

Spravidla sa však pri zložitejších spojeniach uvažuje s I-efektmi. Toto umožňuje analyzovať správanie spojenia.

Napríklad účinok −I s kyselinou trichlóroctovou má rozsiahlejšie účinky. V tejto súvislosti pôsobia tri atómy Cl účinku −I na atóm C. Výsledkom je, že atóm uhlíka priťahuje elektróny susedného atómu uhlíka, čím tento atóm uhlíka priťahuje elektróny zo susedného a jednoducho viazaného kyslíka. Väzba medzi atómom O a atómom H, ktorý je s ním spojený, sa tým oslabuje a ión H + (protón) sa dá veľmi ľahko odštiepiť. V tomto príklade účinok - I spúšťa reťazovú reakciu, ktorá má rozhodujúci vplyv na správanie molekuly.

+Pôsobím

Častice, ktoré pôsobia na elektróny, majú efekt + I. Stáva sa to napríklad vtedy, keď je častica záporne nabitá alebo má nízku elektronegativitu. Účinok + I možno pozorovať aj pri tvorbe hybridných orbitálov, napríklad účinkuje metylová skupina CH3 Darovanie elektrónov, aj keď to nie je možné vidieť kvôli jednoduchej väzbe C - C.

Efekt + I ovplyvňuje tiež polohu druhého substituenta pri elektrofilnej aromatickej substitúcii. Prvý substituent s efektom + I tlačí elektróny do systému. Indukčný efekt však so vzdialenosťou rýchlo klesá. Ak sú substituenty viazané v orto alebo para polohe, vytvorí sa katión ako prechodný stav, ktorý môže byť znázornený v niekoľkých rezonančných vzorcoch. Vždy existuje rezonančný vzorec, v ktorom je kladný náboj katiónu umiestnený na atóme uhlíka, ktorý naviazal prvý substituent. Pretože elektróny tlačené do tohto rezonančného vzorca sú hneď vedľa kladného náboja, katión je stabilizovaný. Stabilnejšie prechodové stavy v orto alebo para polohe majú relatívne nízku energiu a sú preto dosiahnuté pomerne rýchlo (pozri Hammondov postulát). Tiež sa hovorí, že primárne substituenty s + I pôsobia priamo v orto alebo para polohe. Para poloha je preferovaná pred orto pozíciou z dôvodu menej stérickej zábrany. [2]

−I efekt

Atómy, ktoré majú účinok priťahujúci elektróny, majú efekt −I. Je to zvyčajne kvôli vysokej elektronegativite alebo kladnému náboju. Silne elektronegatívne častice priťahujú elektróny obzvlášť silno.

Induktívne pôsobiace skupiny

Tu sú uvedené niektoré induktívne skupiny [3]:

+I (pozitívny indukčný účinok)

• t-Butylová skupina-C (CH3) 3
• i-Propylová skupina-CH (CH3) 2
• Alkylová skupina-R

I = 0 (bez indukčného účinku)

−I (negatívny indukčný účinok)

• Kyslík v karbonylovej skupine-C = O
• Hydroxylová skupina-OH
• Atóm jódu–I
• Atóm brómu–Br
• Atóm chlóru-Cl
• Nitroskupina-NO2
• Aminoskupina-NH2
• Karboxylová skupina-COOH
• Atóm fluóru–F
• Kyano skupina -CN

Účinky indukčného účinku

Účinky indukčného javu spočívajú v tom, že iné polárne molekuly sa teraz môžu spojiť s uvedenou molekulou a zaútočiť na ňu. Ďalej má indukčný účinok vplyv na polohu druhých substituentov na benzéne. Radikály alebo karbéniové ióny (karbokácie), teda častice s nedostatkom elektrónov, sú stabilizované substituentmi s účinkom + I a destabilizované substituentmi s -I účinkom. Okrem toho má indukčný účinok rozhodujúci vplyv na kyslosť molekuly. Napríklad, ak má molekula silne elektronegatívny (elektrón-priťahujúci) substituent, je uľahčené odštiepenie protónu (-I efekt) a sila kyseliny je zodpovedajúcim spôsobom vysoká. Naopak, substituent poskytujúci elektróny vedie k nízkej sile kyseliny (účinok + I).

---