Индуктивен ефект

The Индуктивен ефект или Въздействам е ефект на промяна на заряда в органичната химия, който е и двете +Въздействам ("Електронно тласкане"), както и - Ефект („изтегляне на електрона“) се случва. Той се задейства от електростатична индукция от функционални групи по една или повече химически връзки. [1] Концепцията е разработена от химиците Гилбърт Нютон Луис и Кристофър Келк Инголд.

основа

Причината за тези ефекти е асиметрия в разпределението на електроните в електронна двойка връзка между два еднакви, но различно заместени атома или между два различни атома. Два атома, свързани с електронна двойка, споделят два електрона. На тези електрони не им е определено фиксирано място, но те се движат свободно в тази връзка. В случай на асиметрия на разпределението на електроните, електроните се привличат към атома, чиято електроотрицателност е по-голяма.

Има два вида I-ефекти: +Въздействам (прочетете: положителен индуктивен ефект) и - Ефект (прочетете: отрицателен индуктивен ефект). По-електроотрицателният атом има ефект -I, така че електронната плътност на другия атом е намалена. С ефект + I електроните се изтласкват от единия атом и по този начин електронната плътност на другия атом се увеличава. Сега връзката има диполен характер, който се характеризира с δ + на атома с по-ниска плътност на заряда и δ - на атома с висока плътност на заряда.

Общ

Атомните връзки могат да имат различни полярности в зависимост от електроотрицателността на партньорите по връзката. Ако един от елементите е по-електроотрицателен, електроните са по-често в неговата близост. Това измества равновесието на зарядите, така че по-електроотрицателният елемент е повече или по-малко силно отрицателно поляризиран.

Пример за това е водата (H2O). Поради по-високата електроотрицателност, електроните остават по-често с кислородния атом. Във водната молекула това се изразява с δ - близо до О атома, както и с δ + до всеки от двата Н атома. Често δ - с кислород се пише малко по-голям. Това е често срещано, тъй като δ - зарядът на кислородния атом е два пъти повече от всеки отделен водороден атом.

Ако това се случи в молекула, индуктивната сила действа и върху атомите, следващи веригата (пример: 1-флуоропропан), нещо подобно на това:

Флуорният атом ви решава Индукционен ефект което засяга трите следващи въглеродни атома. Индукционният ефект е най-силен върху първия въглероден атом, който е директно свързан с флуорния атом, това се обозначава със символа δ +. Силата обаче намалява, колкото повече засегнатият въглероден атом е от флуорния атом. Индукционният ефект върху втория въглероден атом в алкиловата верига е по-нисък, което се изразява с δδ +. Отново индуктивният ефект на флуорния атом има много по-малък ефект върху третия въглероден атом, който е още по-далеч от флуорния атом, което се изразява с маркирането δδδ +.

Сила и обхват

За сравнение на силата на индуктивния ефект на атоми или групи атоми, електроотрицателността на заместителя се сравнява с електроотрицателността на водорода. Колкото по-голяма е разликата в електроотрицателността, толкова по-силен е индуктивният ефект.

Индуктивният ефект може да повлияе на други атоми или групи атоми в множество връзки. Силата обаче намалява с квадрата на разстоянието.

Предполага се, че индуктивните ефекти нямат повече ефект от три съседни връзки.

пример

Като правило обаче човек разглежда I-ефекти за по-сложни връзки. Това дава възможност да се анализира поведението на връзките.

Например, ефектът -I с трихлороцетна киселина има допълнителни ефекти. В тази връзка три атома Cl оказват -I ефект върху атома C. В резултат въглеродният атом привлича електроните на съседния въглероден атом, при което този въглероден атом привлича електрони от съседния и просто свързан кислород. По този начин връзката между О атома и Н атома, свързан с него, се отслабва и Н + йонът (протонът) може да бъде отделен много лесно. В този пример ефектът -I предизвиква верижна реакция, която има решаващ ефект върху поведението на молекулата.

+Въздействам

Частиците, които имат електронен тласкащ ефект, имат ефект + I. Това се случва например, когато частицата е заредена отрицателно или има ниска електроотрицателност. Ефектът + I може да се наблюдава и при формирането на хибридни орбитали, напр. метиловата група СН3 Електронно дарение, дори това да не може да се види поради единичната връзка C - C.

Ефектът + I оказва влияние и върху позицията на втория заместител в електрофилното ароматно заместване. Първият заместител с ефект + I тласка електроните в системата. Индуктивният ефект обаче бързо намалява с разстоянието. Ако заместителите са свързани в орто или пара позиция, катионът се създава като преходно състояние, което може да бъде представено в няколко резонансни формули. Винаги има резонансна формула, в която положителният заряд на катиона е разположен върху въглеродния атом, който е свързал първия заместител. Тъй като електроните, изтласкани в тази резонансна формула, са точно до положителния заряд, катионът се стабилизира. По-стабилните преходни състояния в орто или пара положение имат сравнително ниска енергия и следователно се достигат относително бързо (виж постулата на Хамънд). Също така се казва, че първичните заместители с ефект + I директно в орто или пара позиция. Пара позицията се предпочита пред орто позицията поради по-малко стерично препятствие. [2]

- Ефект

Атомите, които имат електрон-изтеглящ ефект, имат -I ефект. Това обикновено се дължи на висока електроотрицателност или положителен заряд. Силно електроотрицателните частици привличат електроните особено силно.

Индуктивно действащи групи

Някои индуктивни групи са изброени тук [3]:

+I (положителен индуктивен ефект)

т-Бутилова група-C (CH3) 3
i-Пропилова група-CH (CH3) 2
Алкилов радикал-R

I = 0 (без индуктивен ефект)

−I (отрицателен индуктивен ефект)

Кислород в карбонилната група-C = O
Хидроксилна група-О
Йоден атом–И
Бромен атом–Бр
Хлорен атом-Кл
Нитро група-NO2
Амино група-NH2
Карбокси група-КУХ
Флуорен атом–F
Циано група -CN

Ефекти от индукционния ефект

Ефектите от индукционния ефект са, че други полярни молекули вече могат да се изравнят със споменатата молекула и да я атакуват. В допълнение, индукционният ефект оказва влияние върху позицията на вторите заместители върху бензола. Радикали или карбениеви йони (карбокатиони), т.е. частици с дефицит на електрони, се стабилизират от заместители с + I ефект и се дестабилизират от тези с -I ефект. Отделно от това, индуктивният ефект има решаващо влияние върху киселинността на молекулата. Например, ако молекулата има силно електроотрицателен (привличащ електрона) заместител, отделянето на протон се улеснява (-I ефект) и киселинността е съответно висока. Обратно, електронодонорният заместител води до ниска киселинна сила (+ I ефект).