Індуктивний ефект - хімічна школа

Індуктивний ефект

Індуктивний ефект або Я впливаю - це ефект зміни заряду в органічній хімії, який є і тим, і іншим +Я впливаю ("Електронне штовхання"), а також −Ефект ("відбирання електронів") відбувається. Він ініціюється електростатичною індукцією функціональними групами вздовж одного або декількох хімічних зв’язків. [1] Концепцію розробили хіміки Гілберт Ньютон Льюїс та Крістофер Келк Інгольд.

хімічна

основою

Причиною цих наслідків є асиметрія у розподілі електронів у електронному парному зв’язку між двома однаковими, але по-різному заміщеними атомами, або між двома різними атомами. Два атоми, зв’язані зв’язком електронної пари, ділять два електрони. Цим електронам не відведено фіксованого місця, але вони вільно переміщуються в межах цього зв’язку. У разі асиметрії розподілу електронів електрони притягуються до атома, електронегативність якого більша.

Існує два типи I-ефектів: +Я впливаю (читайте: позитивний індуктивний ефект) та −Ефект (читати: негативний індуктивний ефект). Більш електронегативний атом має ефект -I, завдяки чому електронна густина іншого атома зменшується. З ефектом + I електрони відштовхуються від одного атома, і, отже, електронна густина для іншого атома збільшується. Тепер зв'язок має дипольний характер, який характеризується δ + на атомі з меншою щільністю заряду і δ - на атомі з високою щільністю заряду.

Загальні

Атомні зв’язки можуть мати різну полярність залежно від електронегативності партнерів по зв’язках. Якщо один з елементів більш електронегативний, електрони частіше знаходяться в його околицях. Це зміщує рівновагу зарядів, так що більш електронегативний елемент більш-менш сильно негативно поляризований.

Прикладом може служити вода (H2O). Через вищу електронегативність електрони частіше залишаються з атомом кисню. У молекулі води це виражається δ - поблизу атома О, а також δ + поруч із кожним з двох атомів Н. Часто δ - з киснем пишеться трохи більше. Це часто, оскільки δ - заряд на атомі кисню вдвічі перевищує кожен окремий атом водню.

Якщо це відбувається в молекулі, індуктивна сила також діє на атоми, що перебувають у ланцюзі (приклад: 1-фторпропан), приблизно так:

Атом фтору вирішує вас Індукційний ефект який впливає на три наступні атоми вуглецю. Індукційний ефект найсильніший на першому атомі вуглецю, який безпосередньо пов'язаний з атомом фтору, це позначається символом δ +. Однак міцність зменшується, чим далі впливає атом вуглецю від атома фтору. Індукційний ефект на другий атом вуглецю в алкільному ланцюзі нижчий, що виражається знаком δδ +. Знову ж таки, індуктивна дія атома фтору має набагато менший вплив на третій атом вуглецю, який знаходиться ще далі від атома фтору, що виражається маркуванням δδδ +.

Сила та охоплення

Для порівняння сили індуктивного впливу атомів або груп атомів електронегативність заступника порівнюють з електронегативністю водню. Чим більша різниця між електронегативностями, тим сильніший індуктивний ефект.

Індуктивний ефект може впливати на інші атоми або групи атомів через кілька зв’язків. Однак сила зменшується із збільшенням квадрата відстані.

Передбачається, що індуктивні ефекти мають не більше ефекту, ніж три сусідні зв’язки.

приклад

Однак, як правило, розглядаються I-ефекти для більш складних з'єднань. Це дозволяє аналізувати поведінку зв’язків.

Наприклад, ефект -I з трихлороцтовою кислотою має додаткові ефекти. У зв’язку з цим три атоми Cl здійснюють −I-вплив на атом C. В результаті атом Карбону притягує електрони сусіднього атома Карбону, завдяки чому цей атом Карбону притягує електрони з сусіднього і просто зв’язаного кисню. Зв'язок між атомом О та приєднаним до нього атомом Н послаблюється, і іон Н + (протон) можна дуже легко розщепити. У цьому прикладі ефект -I викликає ланцюгову реакцію, яка має вирішальний вплив на поведінку молекули.

+Я впливаю

Частинки, що мають електронно-штовхаючий ефект, мають ефект + I. Це трапляється, наприклад, коли частинка заряджена негативно або має низьку електронегативність. Ефект + I також може спостерігатися при утворенні гібридних орбіталей, наприклад, діє метильна група СН3 Електронодонорство, навіть якщо цього неможливо побачити через одиничний зв'язок C - C.

Ефект + I також впливає на положення другого заступника в електрофільному ароматичному заміщенні. Перший заступник з ефектом + I штовхає електрони в систему. Однак індуктивний ефект швидко зменшується з відстанню. Якщо заступники пов'язані в орто- або пара-положенні, катіон створюється як перехідний стан, який може бути представлений у декількох резонансних формулах. Завжди існує резонансна формула, в якій позитивний заряд катіона знаходиться на атомі вуглецю, який зв’язав перший заступник. Оскільки електрони, штовхані в цю резонансну формулу, знаходяться безпосередньо поруч із позитивним зарядом, катіон стабілізується. Більш стабільні перехідні стани в орто- або пара-положенні мають відносно низьку енергію і тому досягаються порівняно швидко (див. Постулат Хаммонда). Також сказано, що первинні заступники з ефектом + I безпосередньо в орто- або пара-положенні. Пара-позиція віддає перевагу орто-позиції через меншу стеричну перешкоду. [2]

−Ефект

Атоми, що мають ефект відведення електронів, мають ефект -I. Зазвичай це пов’язано з високою електронегативністю або позитивним зарядом. Сильно електронегативні частинки особливо сильно притягують електрони.

Індуктивно діючі групи

Деякі індуктивні групи перелічені тут [3]:

+I (позитивний індуктивний ефект)

  • т-Бутилова група-C (CH3) 3
  • i-Пропілова група-CH (CH3) 2
  • Алкільний радикал-R

I = 0 (без індуктивного ефекту)

−I (негативний індуктивний ефект)

  • Кисень у карбонільній групі-C = O
  • Гідроксильна група-ОХ
  • Атом йоду–Я
  • Атом брому–Бр
  • Атом хлору-Кл
  • Нітро група-NO2
  • Аміногрупа-NH2
  • Карбоксильна група-КУХ
  • Атом фтору–F
  • Група ціано -CN

Ефекти індукційного ефекту

Ефекти індукційного ефекту полягають у тому, що інші полярні молекули тепер можуть приєднатися до згаданої молекули та атакувати її. Крім того, індукційний ефект впливає на положення других заступників на бензолі. Радикали або іони карбенію (карбокатіони), тобто частинки з дефіцитом електронів, стабілізуються заступниками з ефектом + I і дестабілізуються тими з ефектом -I. Окрім цього, індуктивний ефект має вирішальний вплив на кислотність молекули. Наприклад, якщо молекула має сильно електронегативний (притягуючий електрон) заступник, відщеплення протона полегшується (ефект -I), і сила кислоти відповідно висока. І навпаки, електронодонорний заступник призводить до низької сили кислоти (ефект + I).