Электронный эффект

Электронный эффект влияет на структуру, реакционную способность или свойства молекулы , но не является ни традиционной связью ни стерический эффект. В органической химии термин стереоэлектронный эффект также используется, чтобы подчеркнуть связь между электронной структурой и геометрией (стереохимией) молекулы.

Индукция - это перераспределение электронной плотности через традиционную сигма-связанную структуру в соответствии с электроотрицательностью вовлеченные атомы. Индуктивный эффект падает на каждую задействованную сигма-связь, ограничивая его действие только несколькими связями.

Конъюгация - это перераспределение электронной плотности, подобное индукции, но передающееся через взаимосвязанные пи-связи. На конъюгацию влияет не только электроотрицательность связанных атомов, но также положение неподеленных пар электронов по отношению к пи-системе. Электронные эффекты могут передаваться через пи-систему, позволяя их влиянию распространяться дальше индукции.

Гиперконъюгация - это стабилизирующее взаимодействие, которое возникает в результате взаимодействия электронов в сигма-связи (обычно CH или CC) с соседней пустой (или частично заполненной) несвязывающая p-орбиталь или антисвязывающая π-орбиталь или антисвязывающая сигма-орбиталь для получения расширенной молекулярной орбитали, которая увеличивает стабильность система. Гиперсопряжение можно использовать для объяснения таких явлений, как гош-эффект и аномерный эффект.

Орбитальная симметрия важна при работе с орбиталями, которые содержат компоненты направления, такие как p и d. Примером такого эффекта являются плоские квадратные низкоспиновые d-переходные комплексы металлов. Эти комплексы существуют как квадратные плоские комплексы из-за направленности d-орбиталей металлического центра, несмотря на меньшее стерическое скопление в тетраэдрической геометрической структуре. Это простой один из множества разнообразных примеров, включая аспекты перициклических реакций, таких как реакция Дильса-Альдера, среди других.

Электростатические взаимодействия включают силы притяжения и отталкивания, связанные с накоплением заряда в молекуле. Электростатические взаимодействия, как правило, слишком слабы, чтобы их можно было рассматривать как традиционные связи, или им не позволяют образовывать традиционные связи, возможно, из-за стерического эффекта. Связь обычно определяется как два атома, которые приближаются ближе, чем сумма их ван-дер-ваальских радиусов. Водородная связь граничит с реальной «связью» и электростатическим взаимодействием. В то время как притягивающее электростатическое взаимодействие считается «связью», если оно становится слишком сильным, отталкивающее электростатическое взаимодействие всегда является электростатическим эффектом независимо от силы. Примером эффекта отталкивания является искривление молекулы, чтобы минимизировать кулоновские взаимодействия атомов, которые имеют одинаковые заряды.

Электронное спиновое состояние в простейшем случае описывает количество неспаренных электронов в молекула. Большинство молекул, включая белки, углеводы и липиды, которые составляют большую часть жизни, не имеют неспаренных электронов даже при заряде. Такие молекулы называются синглетными, поскольку их парные электроны имеют только одно спиновое состояние. Напротив, дикислород в условиях окружающей среды имеет два неспаренных электрона. Кислород представляет собой триплетную молекулу, поскольку два неспаренных электрона допускают три спиновых состояния. Реакция триплетной молекулы с синглетной молекулой запрещена по спину в квантовой механике. Это основная причина того, что существует очень высокий реакционный барьер для чрезвычайно термодинамически выгодной реакции синглетных органических молекул с триплетным кислородом. Этот кинетический барьер предотвращает возгорание жизни при комнатной температуре.

Электронные спиновые состояния более сложные для переходных металлов. Чтобы понять реакционную способность переходных металлов, важно понять концепцию d-электронной конфигурации, а также высокоспиновой и низкоспиновой конфигурации. Например, комплекс низкоспинового d-переходного металла обычно является плоско-квадратным, замещающе инертным и не содержит неспаренных электронов. Напротив, комплекс d-переходного металла с высоким спином обычно является октаэдрическим, лабильным замещения, с двумя неспаренными электронами.

Эффект Яна-Теллера - это геометрическое искажение нелинейных молекул в определенных ситуациях. Любая нелинейная молекула с вырожденным основным электронным состоянием будет претерпевать геометрическое искажение, которое устраняет это вырождение. Это приводит к снижению общей энергии. Искажение Яна-Теллера особенно часто встречается в некоторых комплексах переходных металлов; например, комплексы меди (II) с 9 d-электронами.

Транс-влияние - это влияние, которое лиганд в квадратном или октаэдрическом комплексе оказывает на связь с транс-лигандом к нему. Это вызвано электронными эффектами и проявляется как удлинение транс-связей и как влияние на общую энергию комплекса.

Структура, свойства и реакционная способность молекулы зависят от простых связывающих взаимодействий, включая ковалентные связи, ионные связи, водородные связи и другие формы связывания. Эта связь обеспечивает основной молекулярный скелет, который модифицируется силами отталкивания, обычно считающимися стерическими эффектами. Базовые эффекты связывания и стерические эффекты иногда недостаточны для объяснения многих структур, свойств и реакционной способности. Таким образом, стерические эффекты часто противопоставляются и дополняются электронными эффектами, подразумевая влияние таких эффектов, как индукция, соединение, орбитальная симметрия, электростатические взаимодействия и состояние спина. Есть более эзотерические электронные эффекты, но они являются одними из самых важных при рассмотрении химической структуры и реакционной способности.

Специальная вычислительная процедура была разработана для разделения стерических и электронных эффектов произвольной группы в молекуле и выявления их влияния на структуру и реакционную способность.