Войти
В химии индуктивный эффект - это эффект, связанный с передачей неравномерного распределения связывающего электрона через цепочку атомов в молекуле, ведущую к постоянному диполю в связи. Он присутствует в σ (сигма) связи в отличие от электромерного эффекта, который присутствует на π (пи) связи. Атомы галогена в алкилгалогениде являются электроноакцепторными, а алкильные группы являются электронодонорными. Если электроотрицательный атом (потерявший электрон и 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 эффект -I . Короче говоря, алкильные группы имеют тенденцию отдавать электроны, что приводит к эффекту + I . Его экспериментальная основа - константа ионизации.. Это полностью противоположно мезомерному эффекту.
Связи в молекуле воды имеют немного более положительный заряд вблизи атомов водорода и немного более отрицательно заряжен вблизи более электроотрицательного атома. Ковалентные связи могут быть поляризованы в зависимости от относительной электроотрицательности двух атомов, образующих связь. электронное облако в σ-связи между двумя непохожими атомами неоднородно и слегка смещено в сторону более электроотрицательного из двух атомов. Это вызывает постоянное состояние поляризации связи , где более электроотрицательный атом имеет дробный отрицательный заряд (δ–), а менее электроотрицательный атом имеет дробный положительный заряд (δ +).
Например, молекула воды H. 2O имеет электроотрицательный атом кислорода, который притягивает отрицательный заряд. На это указывает δ- в молекуле воды вблизи атома O, а также δ + рядом с каждым из двух атомов H. Сложение векторов отдельных дипольных моментов 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, при котором один конец становится положительно заряженным, а другой - отрицательно заряженным, известен как индуктивный эффект. «-I эффект - постоянный эффект и обычно обозначается стрелкой на облигации».
Однако некоторые группы, такие как алкильная группа, в меньшей степени акцептируют электроны, чем водород, и поэтому считаются выделяющими электроны. Это характер высвобождения электронов, на который указывает эффект + I . Короче говоря, алкильные группы имеют тенденцию отдавать электроны, что приводит к эффекту индукции. Однако такой эффект подвергается сомнению.
Поскольку индуцированное изменение в полярности меньше исходной полярности, индукционный эффект быстро исчезает и становится значительным только на коротком 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 индукционные эффекты были экспериментально измерены по отношению к водороду в порядке увеличения эффекта + I или уменьшения эффекта -I, как показано ниже:
И
Индуктивные эффекты могут быть выражены количественно с помощью уравнения Хаммета, которое описывает взаимосвязь между скоростями реакции и константами равновесия по отношению к заместителю.
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 группе -I, его заряд становится «усиленным», и молекула становится более нестабильной. Точно так же, если атом имеет отрицательный заряд и присоединен к группе + I, его заряд становится «усиленным», и молекула становится более нестабильной. Напротив, если атом имеет отрицательный заряд и присоединен к группе -I, его заряд становится «деамплифицированным», и молекула становится более стабильной, чем если бы I-эффект не принимался во внимание. Точно так же, если атом имеет положительный заряд и присоединен к группе + I, его 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.
Индуктивный эффект также играет жизненно важную роль в определении кислотности и основности молекулы. Группы с эффектом + I (индуктивный эффект), присоединенные к молекуле, увеличивают общую электронную плотность молекулы, и молекула может отдавать электроны, делая ее основной. Точно так же группы, обладающие -I-эффектом, присоединенные к молекуле, уменьшают общую электронную плотность молекулы, делая ее электронно-дефицитной, что приводит к ее кислотности. По мере увеличения числа групп -I, присоединенных к молекуле, ее кислотность увеличивается; по мере увеличения числа + I групп в молекуле ее основность увеличивается.
сила карбоновой кислоты зависит от степени ее константы ионизации : чем больше он ионизирован, тем он сильнее. По мере того, как кислота становится сильнее, численное значение ее pKa падает.
В кислотах индуктивный эффект высвобождения электронов алкильной группы увеличивает электронную плотность на кислороде и, таким образом, препятствует разрыву связи O-H, что, следовательно, снижает ионизацию. Из-за большей ионизации муравьиная кислота (pK a = 3,74) сильнее, чем уксусная кислота (pK a = 4,76). Монохлоруксусная кислота (pK a = 2,82), однако, сильнее, чем муравьиная кислота, из-за электроноакцепторного эффекта хлора, способствующего ионизации.
В бензойной кислоте атомы углерода, присутствующие в кольце, sp-гибридизированы. В результате бензойная кислота (pK a = 4,20) является более сильной кислотой, чем циклогексанкарбоновая кислота (pK a = 4,87). Кроме того, в ароматических карбоновых кислотах электроноакцепторные группы, замещенные в положениях орто и пара, могут увеличивать силу кислоты.
Поскольку карбоксильная группа сама по себе является электроноакцепторной группой, дикарбоновые кислоты, как правило, являются более сильными кислотами, чем их монокарбоксильные аналоги. Индуктивный эффект также поможет в поляризации связи, создавая определенные атомы углерода или другие положения атомов.
| Индуктивный эффект | Электромерный эффект |
|---|---|
| Поляризация одиночной σ-ковалентной связи из-за разницы электроотрицательностей. | Мгновенное образование диполя в молекуле органического соединения из-за полного переноса общих пи-электронных пар на один из атомов под действием атакующего реагента. |
| Это постоянный эффект. | Это временный эффект. |
| Не требует наличия реагента. | Требуется наличие электрофильного реагента. |
| Наведенные заряды отображаются как частичные заряды (δ + или δ-) | Индуцированные заряды представляют собой целые числа, например + 1, -1 |
 | Викицитатник содержит цитаты, связанные с: Индуктивный эффект |
