Induktív hatás - kémia iskola

Induktív hatás

A Induktív hatás vagy Hatok egy töltésváltó hatás a szerves kémiában, ami mindkettő +Hatok ("Elektrontoló"), valamint −I hatás ("elektron-visszavonás") történik. Funkcionális csoportok elektrosztatikus indukciója váltja ki egy vagy több kémiai kötés mentén. [1] A koncepciót Gilbert Newton Lewis és Christopher Kelk Ingold vegyészek fejlesztették ki.

kémia

alapján

Ezeknek a hatásoknak az oka az elektronok eloszlásának aszimmetriája két azonos, de eltérő módon szubsztituált atom vagy két különböző atom közötti elektronpár-kötésben. Két atom, amelyet egy elektronpár kötés köt meg, két elektront oszt meg. Ezeknek az elektronoknak nincs rögzített helyük, de szabadon mozgathatók ezen a kötésen belül. Az elektroneloszlás aszimmetriája esetén az elektronokat vonzza az atom, amelynek elektronegativitása nagyobb.

Kétféle I-effektus létezik: a +Hatok (olvasható: pozitív induktív hatás) és a −I hatás (olvasható: negatív induktív hatás). Az elektronegatívabb atomnak −I hatása van, így a másik atom elektronsűrűsége csökken. + I hatással az elektronok eltolódnak az egyik atomtól, és így a másik atomon az elektron sűrűsége megnő. A kötésnek most dipólus jellege van, amelyet az alacsonyabb töltéssűrűségű atomon δ + és a nagy töltéssűrűségű atomon δ + jellemez.

Tábornok

Az atomkötések különböző polaritásúak lehetnek, a kötéspartnerek elektronegativitásától függően. Ha az egyik elem elektronegatívabb, akkor az elektronok gyakrabban vannak a közelében. Ez elmozdítja a töltések egyensúlyát, így az elektronegatívabb elem többé-kevésbé erősen negatívan polarizált.

Ilyen például a víz (H2O). A nagyobb elektronegativitás miatt az elektronok gyakrabban tartózkodnak az oxigénatomnál. A vízmolekulában ezt kifejezi δ - az O atom közelében, valamint egy δ + a két H atom mellett. Gyakran a δ - oxigénnel valamivel nagyobbat írnak. Ez azért gyakori, mert az oxigénatom δ-töltése kétszerese az egyes hidrogénatomokénak.

Ha ez egy molekulában fordul elő, az induktív erő a láncban következő atomokra is hat (például: 1-fluor-propán), valami ilyesmi:

A fluoratom megoldja Indukciós hatás amely a következő három szénatomra hat. Az indukciós hatás a legerősebb az első szénatomon, amely közvetlenül kapcsolódik a fluoratomhoz, ezt a δ + szimbólum jelzi. Az erő azonban annál csökken, minél tovább az érintett szénatom a fluoratomtól származik. Az alkilánc második szénatomjára gyakorolt ​​indukciós hatás alacsonyabb, amelyet a δδ + jel fejez ki. Ismételten a fluoratom induktív hatása sokkal kisebb hatással van a harmadik szénatomra, amely még távolabb van a fluoratomtól, amelyet a δδδ + jelölés fejez ki.

Erő és elérés

Az atomok vagy atomcsoportok induktív hatásának erősségének összehasonlítása érdekében a szubsztituens elektronegativitását összehasonlítjuk a hidrogén elektronegativitásával. Minél nagyobb a különbség az elektronegativitások között, annál erősebb az induktív hatás.

Az induktív hatás hatással lehet más atomokra vagy atomcsoportokra, több kötésben. Az erő azonban a távolság négyzetével csökken.

Feltételezzük, hogy az induktív hatásoknak nincs több hatása, mint három szomszédos kötésnek.

példa

Általános szabály, hogy az összetettebb kapcsolatok esetén az I-effektusokat vesszük figyelembe. Ez lehetővé teszi a kapcsolatok viselkedésének elemzését.

Például a triklór-ecetsav −I hatása további hatásokkal bír. Ennek kapcsán három Cl atom −I hatást fejt ki a C atomra. Ennek eredményeként a szénatom vonzza a szomszédos szénatom elektronjait, ezáltal ez a szénatom vonzza az elektronokat a szomszédos és egyszerűen megkötött oxigénből. Az O atom és a hozzá kapcsolódó H atom közötti kötés gyengül, és a H + ion (proton) nagyon könnyen elszakadhat. Ebben a példában az −I hatás olyan láncreakciót vált ki, amely döntő hatással van a molekula viselkedésére.

+Hatok

Azoknak a részecskéknek, amelyeknek elektronlökő hatása van, + I hatásuk van. Ez például akkor történik, amikor a részecske negatív töltésű vagy alacsony elektronegativitású. A + I hatás megfigyelhető hibrid pályák kialakulásakor is, például a metilcsoport hat CH3 Elektronadományozó, még akkor is, ha ez a C - C egyszeres kötés miatt nem látható.

A + I hatás befolyásolja a második szubsztituens helyzetét az elektrofil aromás szubsztitúcióban is. Az első + I hatású szubsztituens elektronokat tol be a rendszerbe. Az induktív hatás azonban gyorsan csökken a távolságtól. Ha a szubsztituensek orto- vagy para-helyzetben vannak megkötve, akkor egy kation jön létre átmeneti állapotként, amelyet több rezonancia-képlet képviselhet. Mindig létezik olyan rezonancia képlet, amelyben a kation pozitív töltése azon a szénatomon van, amely az első szubsztituenst megkötötte. Mivel az ebbe a rezonancia képletbe tolott elektronok közvetlenül a pozitív töltés mellett vannak, a kation stabilizálódik. Az orto- vagy para-helyzetben lévő stabilabb átmeneti állapotok viszonylag alacsony energiájúak, ezért viszonylag gyorsan eljutnak (lásd Hammond-posztulátumot). Azt is mondják, hogy a + I primer szubsztituensek közvetlenül orto- vagy para-helyzetben hatnak. A para helyzet előnyösebb az orto helyzetnél, a kevésbé szterikus akadályok miatt. [2]

−I hatás

Azok az atomok, amelyek elektronmegvonó hatást fejtenek ki, hatásuk −I. Ennek oka általában a magas elektronegativitás vagy a pozitív töltés. Az erősen elektronegatív részecskék különösen erősen vonzzák az elektronokat.

Induktívan ható csoportok

Néhány induktív csoportot itt sorolunk fel [3]:

+I (pozitív induktív hatás)

  • t-Butilcsoport-C (CH3) 3
  • én-Propilcsoport-CH (CH3) 2
  • Alkilcsoport-R

I = 0 (nincs induktív hatás)

−I (negatív induktív hatás)

  • Oxigén a karbonilcsoportban-C = O
  • Hidroxilcsoport-OH
  • Jódatom-ÉN
  • Brómatom–Br
  • Klóratom-Cl
  • Nitro csoport-NO2
  • Amino csoport-NH2
  • Karboxicsoport-COOH
  • Fluoratom–F
  • Cyano csoport -CN

Az indukciós hatás hatásai

Az indukciós hatásnak az az oka, hogy más poláris molekulák már igazodhatnak az említett molekulához és megtámadhatják azt. Ezenkívül az indukciós hatás befolyásolja a második szubsztituensek helyzetét a benzolon. A gyököket vagy a karbénium-ionokat (karbokációkat), vagyis az elektronhiányos részecskéket + I hatású szubsztituensek stabilizálják, az -I hatásúak pedig destabilizálják. Ettől eltekintve az induktív hatásnak döntő hatása van a molekula savasságára. Például, ha egy molekulának erősen elektronegatív (elektron-vonzó) szubsztituense van, megkönnyíti a proton elszakadását (-I hatás), és ennek megfelelően a saverősség is magas. Ezzel szemben az elektront adományozó szubsztituens alacsony saverősséghez vezet (+ I hatás).