Индуктивный эффект

В химии индуктивный эффект - это эффект, связанный с передачей неравномерного распределения связывающего электрона через цепь атомы в молекула, что приводит к постоянному диполь в облигации.^[1]Он присутствует в σ (сигма) связь в отличие от электромерный эффект который присутствует на π (пи) связь. В атомы галогена в алкилгалогениде электроноакцепторные и алкильные группы электронно-донорские. Если электроотрицательный атом (потерявший электрон, таким образом имеющий положительный заряд) затем присоединяется к цепочке атомов, обычно углеродной, положительный заряд передается другим атомам в цепи. Это индуктивный эффект отвода электронов, также известный как $- я$ эффект. Короче говоря, алкильные группы имеют тенденцию отдавать электроны, что приводит к + Я эффект. Его экспериментальной основой является константа ионизации.
Он совершенно иной по своей природе и часто противоположен мезомерный эффект.

Поляризация связи

Связи в молекуле воды немного более положительно заряжены вблизи атомов водорода и немного более отрицательно заряжены вблизи более электроотрицательного атома.

Ковалентные связи могут быть поляризованы в зависимости от относительной электроотрицательность двух атомов, образующих связь. В электронное облако в σ-связь между двумя непохожими атомы не однороден и немного смещен в сторону более электроотрицательного из двух атомов. Это вызывает постоянное состояние поляризация связи, где более электроотрицательный атом имеет дробный отрицательный заряд (δ–), а менее электроотрицательный атом имеет дробный положительный заряд (δ +).

Например, молекула воды ЧАС
2О имеет электроотрицательный атом кислорода, притягивающий отрицательный заряд. На это указывает δ- в молекуле воды вблизи атома O, а также δ + рядом с каждым из двух атомов H. Векторное сложение индивидуума дипольные моменты связи приводит к общему дипольному моменту молекулы. Полярная связь - это ковалентная связь, в которой существует разделение зарядов между одним концом и другим - другими словами, в которой один конец является слегка положительным, а другой - слегка отрицательным. Примеры включают большинство ковалентных связей. Связь водород-хлор в HCl или связи водород-кислород в воде являются типичными.

Эффект смещения сигма-электрона в сторону сильно электроотрицательного атома, когда один конец становится положительно заряженным, а другой - отрицательно заряженным, известен как индуктивный эффект. " $- я$ эффект - это постоянный эффект и обычно обозначается стрелкой на облигации ».

Однако некоторые группы, такие как алкильная группа, менее электроноакцепторные, чем водород и поэтому считаются высвобождающими электроны. Это высвобождающий электроны характер и обозначен значком $+ я$ эффект. Короче говоря, алкильные группы имеют тенденцию отдавать электроны, что приводит к эффекту индукции. Однако такой эффект был поставлен под сомнение.^[2]

Поскольку индуцированное изменение полярность меньше исходной полярности, индуктивный эффект быстро гаснет и становится значительным только на небольшом расстоянии. Более того, индуктивный эффект является постоянным, но слабым, поскольку он включает в себя сдвиг электронов с прочно удерживаемой σ-связью, а другие более сильные факторы могут затмить этот эффект.

Относительные индуктивные эффекты

Относительные индуктивные эффекты были экспериментально измерены.^{[как? ]} по отношению к водороду в порядке возрастания $+ Я$ эффект или порядок убывания $- я$ эффект, а именно:

{ displaystyle { ce {-NH3 +> - NO2> -SO2R> -CN> -SO3H> -CHO> -CO> -COOH> -COCl> -CONH2> -F> -Cl> -Br> -I> - ИЛИ> -OH> -NR2> -NH2> -C6H5> -CH = CH2> -H}}}

И ${ Displaystyle { ce {C-H$ в порядке возрастания + Я эффект, где H - водород, D - дейтерий, а T - тритий. Все изотопы водорода.
Сила индуктивного эффекта также зависит от расстояния между группой заместителя и основной группой, которая реагирует; чем меньше расстояние, тем слабее эффект.

Индуктивные эффекты могут быть выражены количественно через Уравнение Гаммета, который описывает взаимосвязь между скоростями реакций и константами равновесия по заместителю.

Фрагментация

Индуктивный эффект можно использовать для определения стабильности молекулы в зависимости от заряда, присутствующего на атоме, и групп, связанных с атомом. Например, если атом имеет положительный заряд и присоединен к $- я$ группа ее заряд становится «усиленным», и молекула становится более нестабильной. Точно так же, если атом имеет отрицательный заряд и прикреплен к $+ я$ группа ее заряд становится «усиленным», и молекула становится более нестабильной. Напротив, если атом имеет отрицательный заряд и прикреплен к $- я$ группа ее заряд становится «деамплифицированным», и молекула становится более стабильной, чем если бы I-эффект не принимался во внимание. Аналогично, если атом имеет положительный заряд и присоединен к $+ я$ группа ее заряд становится «деамплифицированным», и молекула становится более стабильной, чем если бы I-эффект не принимался во внимание. Объяснение вышесказанному дается тем фактом, что больший заряд на атоме снижает стабильность, а меньший заряд на атоме увеличивает стабильность.

Кислотность и основность

Индуктивный эффект также играет жизненно важную роль в определении кислотности и основности молекулы. Группы, имеющие $+ я$ Эффект (индуктивный эффект), связанный с молекулой, увеличивает общую электронную плотность на молекуле, и молекула может отдавать электроны, делая ее основной. Аналогично, группы, имеющие $- я$ Эффект, связанный с молекулой, снижает общую электронную плотность молекулы, делая ее электронно-дефицитной, что приводит к ее кислотности. Как количество $- я$ групп, присоединенных к молекуле, увеличивается, повышается ее кислотность; как количество $+ я$ групп на молекуле увеличивается, ее основность увеличивается.

Приложения

Карбоновые кислоты

В сила из карбоновая кислота зависит от степени его константа ионизации: чем больше он ионизирован, тем он сильнее. По мере того, как кислота становится сильнее, численное значение ее pK_а уронить.

В кислотах индуктивный эффект высвобождения электронов алкильной группы увеличивает электронную плотность на кислород и, таким образом, препятствует разрыву связи O-H, что, следовательно, снижает ионизацию. Благодаря большей ионизации, муравьиная кислота (pK_а= 3.74) сильнее, чем уксусная кислота (pK_а= 4,76). Монохлоруксусная кислота (pK_а= 2,82), однако, сильнее, чем муравьиная кислота, из-за электроноакцепторного эффекта хлора, способствующего ионизации.

В бензойная кислота, атомы углерода, присутствующие в кольце, представляют собой зр² гибридизированный. В результате бензойная кислота (pK_а= 4.20) - более сильная кислота, чем циклогексанкарбоновая кислота (pK_а= 4,87). Кроме того, в ароматических карбоновых кислотах электроноакцепторные группы замещены на орто и параграф позиции могут увеличить силу кислоты.

Поскольку карбоксил группа сама является электроноакцепторной группой, дикарбоновые кислоты являются, как правило, более сильными кислотами, чем их монокарбоксильные аналоги. Индуктивный эффект также помогает в поляризации связи, создавая определенный атом углерода или другие положения атомов.

Сравнение индуктивного эффекта и электромерного эффекта

Индуктивный эффект	Электромерный эффект
Поляризация одиночной σ-ковалентной связи из-за разницы электроотрицательностей.	Мгновенное образование диполя в молекуле органического соединения за счет полной передачи общих пи-электронных пар одному из атомов под действием атакующего реагента.
Это постоянный эффект.	Это временный эффект.
Не требует наличия реагента.	Требуется наличие электрофильного реагента.
Индуцированные заряды отображаются как частичные заряды (δ + или δ−)	Индуцированные сборы представляют собой целые числа, например +1, -1.

Смотрите также

Мезомерный эффект
Пи обратное соединение
Эффект Бейкера – Натана: наблюдаемый порядок в основных заместителях, высвобождающих электроны, по-видимому, обратный.

внешняя ссылка

[Daley-1] Ричард Дейли (2005). Органическая химия, Партия 1 из 3. Lulu.com. С. 58–. ISBN 978-1-304-67486-9.

[Salvatella-2] Сальвателла, Луис (2017). «Алкильная группа представляет собой заместитель –I + R». Educ. Квим. 28 (4): 232–237. Дои:10.1016 / j.eq.2017.06.004.

[1]

[2]

Индуктивный эффект - Википедия - Inductive effect

Содержание

Поляризация связи