Efectos inductivos, mesoméricos y electroméricos

Compuestos orgánicos

La química orgánica es una gran rama de la química que se ocupa de los compuestos de carbono. Los diferentes compuestos orgánicos tienen diferentes propiedades. Algunos son compuestos ricos en electrones, mientras que otros son deficientes en electrones. Esta lección discutirá algunos factores que afectan la disponibilidad de electrones en compuestos orgánicos.

Factores que afectan la disponibilidad de electrones en compuestos orgánicos

Efecto inductivo

El dipolo permanente inducido en un enlace sigma por otro directamente a lo largo de una cadena de átomos dentro de una molécula se llama efecto inductivo . El efecto inductivo es un efecto permanente y opera a través de enlaces simples, por lo que también se conoce como polarización permanente de enlaces simples. El enlace C 1 -Li en la cadena C 4 -C 3 -C 2 -C 1 -Li es un dipolo permanente debido a la mayor electronegatividad del carbono que del litio. Este dipolo induce un dipolo permanente en el enlace C 2 -C 1 y C 2 se carga ligeramente negativamente, cuya magnitud es menor que la de C 1. De esta manera, la inducción de carga negativa puede transmitirse a lo largo de la cadena, pero el efecto aumenta al aumentar la distancia desde el punto de partida:

Li → C1 → C2 → C3 → C4

Analicemos otro ejemplo. En la cadena C 4 -C 3 -C 2 -C 1 -F, F es el polo negativo y C 1 es el polo positivo ya que la electronegatividad del flúor es mayor que la del carbono. Por lo tanto, la inducción de carga positiva ocurrirá en la cadena de carbono de la siguiente manera:

C4 → C3 → C2 → C1 → F

La mayoría de los átomos o grupos de átomos, como F, Cl, Br, -OH, atraen electrones hacia sí mismos o lejos de la cadena de carbono; estos se denominan grupos sustractores de electrones y el efecto se denomina efecto sustractor de electrones . Esto se representa simbólicamente como efecto -I. Los grupos de metales, silicio y alquilo repelen electrones y se conocen como grupos liberadores de electrones ; el efecto se llama efecto donante de electrones . Esto se representa simbólicamente como efecto + I. La fuerza relativa y la dirección del efecto inductivo de diferentes átomos y grupos vienen dadas por la escala de Ingold a continuación:

Orden decreciente del efecto + I:

COO-, R 3 C, R 2 CH, RCH 2 , CH 3 , D, H

Orden creciente del efecto -I:

H, R 2 C = CH, Ar, OH, SR, SH, OR, COOR, OAr, I, Br, Cl, F, COOH, CN, NO 2 , NH 3 + , NR 3 +

Aplicación de efecto inductivo

Generalmente, el momento dipolar aumenta con el aumento del efecto inductivo, por lo que el momento dipolar del cis 2-buteno es mayor que el del trans 2-buteno, porque en este último compuesto el efecto + I de los grupos -CH 3 se cancela cuando actúan en direcciones opuestas.

trans 2-buteno

cis 2-buteno

El efecto inductivo tiene un papel predominante en la reactividad de un compuesto. Por tanto, el tolueno se puede nitrar fácilmente con HNO 3 concentrado y H 2 SO 4 concentrado para producir orto y para nitrotoluenos, pero el metadinitrobenceno en la nitración produce trinitrobenceno y la reacción tarda 5 días en completarse. El efecto -I de los grupos nitro en el metadinitrobenceno hace que la molécula sea menos reactiva que el tolueno que contiene un grupo metilo que tiene un efecto + I. Entonces, la nitración requiere condiciones drásticas en metadinitrobenceno, pero no en tolueno. El efecto de desactivación de los grupos nitro invita al grupo nitro entrante en la posición meta, y el efecto activador del grupo metilo dirige al grupo nitro entrante en la posición orto y para.

Nitración de tolueno

Los grupos donantes de electrones como la amina (-NH 2 ) unidos a átomos de N u O aumentan la basicidad, y los grupos aceptores de electrones disminuyen la densidad de electrones y, por lo tanto, disminuyen su basicidad. Por tanto, la metilamina es más básica que el amoniaco. De manera similar, el grupo metilo en el ácido acético que tiene un efecto + I reduce la acidez más que la del ácido fórmico.

Efecto electromérico

El efecto temporal variable en el tiempo que implica la transferencia completa de un par de electrones compartidos a uno de los átomos unidos por múltiples enlaces a requerimiento de un reactivo atacante se llama efecto electromérico.. Cuando se elimina el reactivo atacante, el par de electrones pi transferido vuelve a formar el enlace y la molécula vuelve a su configuración de estado fundamental. El efecto electromérico puede ser un efecto + E o -E basado en la dirección de transferencia del par de electrones. Cuando el par de electrones se mueve hacia el reactivo atacante, se denomina efecto + E. La adición de ácidos (compuestos con H +) a alquenos (compuestos orgánicos con dobles enlaces) es un ejemplo del efecto + E. El efecto -E se puede encontrar en reacciones tales como la adición de nucleófilos (compuestos que contienen pares de electrones) a compuestos carbonílicos (compuestos que contienen C = O). Para explicar esto, consideremos una especie atacante Z. Se está acercando a un enlace pi cuando el enlace pi se rompe, y el par de electrones del Z se transferirá completamente a uno de los átomos de carbono como se muestra a continuación:

Efecto electromérico en un enlace pi

Efecto mesomérico

La resonancia que involucra electrones pi nos dice que disminuye la densidad de electrones en una posición y aumenta la densidad de electrones en otra parte de una molécula. Esta redistribución de electrones se produce con polarización permanente en la molécula. Este fenómeno normalmente tiene lugar en sistemas pi conjugados que involucran orbitales pi y se denomina efecto mesomérico o conjugativo . Está representado por el símbolo M. El efecto depende en gran medida de los sustituyentes presentes en una molécula. El efecto mesomérico es negativo (-M) cuando el sustituyente es un grupo atractor de electrones, y el efecto es positivo (+ M) cuando el sustituyente es un grupo liberador de electrones.

+ M PEDIDO EFECTO

– O> -NH 2 > -NHR> -OR> -NHCOR> -OCOR> -Ph> -F> -Cl> -Br> -I

-M ORDEN DE EFECTOS

-NO 2 > -CN> -CHO> -C = O> -COOCOR> -COOR> -COOH> -CONH 2 > -COO –

Efecto mesomérico negativo (-M)

Efecto mesomérico positivo (+ M)

Resumen de la lección

Esta lección trata sobre tres factores muy importantes que afectan la disponibilidad de electrones en compuestos orgánicos. Explica el efecto inductivo, el efecto electromérico y el efecto mesomérico y cómo diferentes tipos de sustituyentes en una molécula son responsables de aumentar y disminuir estos efectos.