Электронные эффекты в органической химии

Сегодня разберемся в индуктивном и мезомерном эффектах. Поймем откуда это пошло, как правильно это трактовать и кто каким эффектом обладает? Кто заварил кашу?

Это был Александр Михайлович Бутлеров, который заложил основы органической химии. Он постулировал, что атомы в органических соединениях влияют друг на друга через систему ковалентных связей. Собственно, электронные эффекты как раз объясняют, как различные заместители в молекулах влияют друг на друга по ковалентным связям

Академические определения:

1. Электронный эффект - смещение электронной плотности по системе химических связей, вызванное присутствием заместителя.
2. Индуктивный эффект - это смещение электронной плотности вдоль σ- связей (и в изолированных π-связях) в сторону более электроотрицательного атома.
3. Мезомерный эффект - передача электронного влияния гетероатома по системе сопряжения.

Парочка примечаний:

• σ- связь (сигма-связь) - это одинарная связь, соединяющая различные атомы в органическом веществе: атомы углерода и углерода, атомы углерода и водорода и так далее. В общем, соединяет самые разные атомы.

Например, молекула этана состоит полностью из сигма-связей (их тут целых семь!)

• π-связи (пи-связь) - это кратные связи, между атомами углерода, или между атомами углерода и кислорода или между атомами углерода и азота.

Например, в молекуле пропена есть только одна пи-связь

Сопряженная система представляет собой несколько пи-связей в одной молекуле. При этом такие пи-связи должны быть расположены через одну сигму связь друг от друга. Электронный эффект по такой системе передается фактически без затухания. Органические соединения настолько желают получить такую систему, что иногда даже могут пожертвовать правилом Зайцева ради приобретения такой системы. (А что за правило Зайцева? Расскажи в комментариях или задавай вопросики :)

В качестве примеров сопряженной системы приведем бензол и дивинил:

Индуктивный эффект (I) - это электронный эффект, который передается по сигма-связям. Он быстро затухает и действует только на ближайшие 2-3 связи.

Основой данного эффекта служит электроотрицательность, у кого электроотрицательность (тяга к электронам) высокая, тот обладает отрицательным индуктивным эффектом (-I) (например, ОH-группа, NH2 - группа, -CH=CH2- группа и так далее) 

Положительным эффектом (+I) обладают только алкильные радикалы (CH3 - , C2H5 - и так далее). Это единственные заместители, у которых невысокая электроотрицальность

Например, в пропене положительным индуктивным эффектом (+I) обладает метильный радикал СH3-, а отрицательным индуктивным эффектом (-I) - CH=CH2 группа.

Коротко об индуктивном эффекте:

• по сигма-связям
• быстро затухает
• рулит электроотрицальность
• положительный индуктивный эффект есть только у алкильных групп

Мезомерный эффект (М) - это электронный эффект, который передается по сопряженной системе пи-связей. Он не затухает, но работает только при рабочей сопряженной системе (двойные связи не должны быть расположены друг от друга больше, чем на одну сигму связь) Например, в пентадиене-1,4 нет сопряженной системы:

СH2=CH-CH-CH=CH2

Заместители, повышающие электронную плотность в сопряжённой системе (фактически скидывающие свои электроны в общак), проявляют положительный мезомерный эффект (М+) и являются электронодонорами.

Положительным мезомерным эффектом обладают двойные углерод-углеродные связи (например -CH=CH2), а также заместители, содержащие неподелённую электронную пару, например , ОН-группа, NH2-группа или галогены.

Отрицательным мезомерным эффектом (М-) обладают заместители, оттягивающие электронную плотность от сопряжённой системы (как истинные буржуи, вытягивают себе из общака электроны), что приводит к уменьшению электронной плотности в системе. Отрицательным мезомерным эффектом обладают группы:

-NO2, -COOH, -SO3H, -CHO и т.д

Обрати внимание, что все группы, проявляющие отрицательный мезомерный эффект (М-) имеют довольно сильный электроотрицательный элемент, который соединяется с молекулой через другой довольно электроотрицательный неметалл (подобно секретарю буржуя: для -NO2 кислороды соединяются через азот, для карбоксильный группы -COOH - кислород через углерод) 

На этом по базе все! Электронные эффекты крайне интересны. У тебя все получится!