Введение
Постоянная дипольная связь из-за богатых или бедных групп электронов в молекуле В химии индуктивный эффект в молекуле представляет собой локальное изменение плотности электронов из-за вывода электронов или донорских групп электронов в другом месте молекулы, в результате чего в связи возникает постоянная дипольная связь. Он присутствует в σ (сигма) связи, в отличие от электромерного эффекта, который присутствует в π (пи) связи. Атомы галогена в алкилогалоиде убирают электроны, в то время как алкильные группы имеют тенденцию к пожертвованию электронов. Если электронно-отрицательный атом (у которого отсутствует электрон, имеющий положительный заряд) затем присоединяется к цепи атомов, обычно углерода, положительный заряд передается другим атомам в цепи. Это эффект оттягивания электронов, также известный как эффект I. Короче говоря, алкильные группы склонны жертвовать электроны, что приводит к эффекту +I. Его экспериментальная основа - константа ионизации. Он отличается от мезомерного эффекта и часто противоположен ему.
In chemistry, the inductive effect in a molecule is a local change in the electron density due to electron withdrawing or electron donating groups elsewhere in the molecule, resulting in a permanent dipole in a bond. It is present in a σ (sigma) bond, unlike the electromeric effect which is present in a π (pi) bond. The halogen atoms in an alkyl halide are electron withdrawing while the alkyl groups have electron donating tendencies. If the electronegative atom (missing an electron, thus having a positive charge) is then joined to a chain of atoms, usually carbon, the positive charge is relayed to the other atoms in the chain. This is the electron withdrawing inductive effect, also known as the I effect. In short, alkyl groups tend to donate electrons, leading to the +I effect. Its experimental basis is the ionization constant. It is distinct from and often opposite to the mesomeric effect.
Поляризация связи
Ковалентные связи могут быть поляризованы в зависимости от относительной электроотрицательности двух атомов, образующих связь. Электронное облако в σ-связи между двумя не похожими атомами не однородно и слегка смещается в сторону более электронного из двух атомов. Это вызывает постоянное состояние поляризации связи, где более электроотрицательные атомы имеют дробный отрицательный заряд (δ), а менее электроотрицательные атомы имеют дробный положительный заряд (δ+). Например, молекула воды имеет электронно-отрицательный атом кислорода, который притягивает отрицательный заряд. Это обозначается знаком δ в молекуле воды вблизи атома O, а также знаком δ+ рядом с каждым из двух атомов H. Векторное сложение отдельных дипольных моментов связи приводит к чистой дипольной момент молекулы. Полярная связь - это ковалентная связь, в которой происходит разделение заряда между одним концом и другим, другими словами, в которой один конец слегка положительный, а другой слегка отрицательный. Примерами являются большинство ковалентных связей. Типичными являются связь хлороводорода в HCl или связь кислорода в воде.
Индуктивный эффект
Эффект смещения сигма-электрона к более электронегативному атому, при котором один конец становится положительно заряженным, а другой конец отрицательно заряженным, известен как индуктивный эффект. Эффект I - это постоянный эффект, обычно представленный стрелкой на облигации. Однако некоторые группы, такие как алкильная группа, убирают электроны меньше, чем водород, и поэтому считаются группами, высвобождающими электроны / донорами электронов. Это характеристика высвобождения электронов, которая обозначается эффектом +I. Короче говоря, алкильные группы имеют тенденцию отдавать электроны, что приводит к эффекту индукции. Однако этот эффект подвергается сомнению. Поскольку индуцированное изменение полярности меньше, чем исходная полярность, индуктивный эффект быстро исчезает и значим только на коротком расстоянии. Кроме того, индуктивный эффект является постоянным, но слабым, поскольку он включает смещение сильно удерживаемых электронных связей σ, и другие более сильные факторы могут затмить этот эффект.
Фрагментация
Индуктивный эффект может быть использован для определения стабильности молекулы в зависимости от заряда, присутствующего на атоме и группах, связанных с атомом. Например, если атом имеет положительный заряд и присоединен к I группе, его заряд становится "усиленным", и молекула становится более нестабильной. Аналогично, 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 I группе, его заряд становится "деамплифицированным", и молекула становится более стабильной, чем если бы эффект I не учитывался. Аналогичным образом, если атом имеет положительный заряд и присоединен к группе +I, его заряд становится "деамплифицированным", и молекула становится более стабильной, чем если бы эффект I не учитывался. Объяснение вышеизложенного дается тем фактом, что больший заряд на атоме уменьшает стабильность, а меньший заряд на атоме увеличивает стабильность.
Кислотность и основность
Индуктивный эффект также играет важную роль в определении кислотности и основности молекулы. Группы, имеющие эффект +I (индуктивный эффект), присоединенные к молекуле, увеличивают общую плотность электронов в молекуле, и молекула может жертвовать электронами, делая ее базовой. Аналогичным образом, группы, имеющие эффект I, присоединенные к молекуле, уменьшают общую плотность электронов в молекуле, делая ее электронно-дефицитной, что приводит к ее кислотности. По мере увеличения числа I групп, присоединенных к молекуле, увеличивается ее кислотность; по мере увеличения числа +I групп на молекуле увеличивается ее основность.
Карбоновые кислоты
Сила карбоновой кислоты зависит от степени ее константы ионизации: чем больше она ионизирована, тем сильнее она. По мере того, как кислота становится сильнее, числовое значение ее pKa падает. В кислотах электроновыводящий индуктивный эффект алкильной группы увеличивает плотность электронов на кислороде и тем самым препятствует разрыву ОН-связи, что, следовательно, уменьшает ионизацию. Из-за большей ионизации муравьиная кислота сильнее уксусной кислоты Монохлороводорослина, однако, сильнее муравьиной кислоты из-за эффекта отвода электронов хлора, способствующего ионизации. В бензойной кислоте атомы углерода, которые присутствуют в кольце, гибридизируются sp2. В результате бензоевая кислота является более сильной кислотой, чем циклогексанкарбоновая кислота. Также в ароматических карбоновых кислотах группы удаления электронов, замещенные в орто- и парапозициях, могут повысить кислотную прочность. Поскольку карбоксильная группа сама по себе является группой, отбирающей электроны, дикарбоксильные кислоты, как правило, являются более сильными кислотами, чем их монокарбоксильные аналоги. Индуктивный эффект также поможет в поляризации связи, создавая определенные положения атома углерода или других атомов.
Сравнение между индуктивным эффектом и электромерным эффектом
Индуктивный эффект Электромерный эффект Поляризация одной ковалентной связи σ вследствие разницы электроотрицательности. Передача общих пар электронов π-связи в один атом под воздействием сильного внешнего поля. Постоянный эффект. Временное действие. Всегда наблюдаю. Наблюдается только в присутствии электрофильного реагента. Индуцированные заряды - это частичные заряды (δ+ или δ−) Индуцированные заряды - целые числа (+1, 1)