Электронные эффекты в оранической химии

Все варианты названия веществ в органической химии Вы наверняка хорошо усвоили еще в школе. Поэтому поговорим о более сложной теории, теории взаимного влияния заместителей. Дело в том, что эта теория была еще разработанна А.М. Бутлеровым, который предположил, что атомы не просто соседствуют в молекуле, а как-то влияют друг на друга. В ходе своей работы он развил данную теорию и выработал свод правил, которые и по сей день носят его фамилию. Эти вопросы и по сей день интересны химикам. И так поговорим о них.

Все атомы, составляющие органическую молекулу, находятся во взаимосвязи и испытывают взаимное влияние. Это влияние передается в основном через систему ковалентных связей с помощью электронных эффектов.

Электронный эффект – смещение электронной плотности в молекуле под влиянием отдельных атомов или групп атомов.

Смещение электронов, приводящее к поляризации связи, определяется разностью электроотрицательностей атомов, образующих химическую связь. Атомы, связанные полярной связью, несут частичные заряды: δ+ δ−

—C → Cl (χC = 2,5; χCl = 3,0)

Смещение электронной плотности по цепи σ-связей называется индуктивным эффектом и обозначается I. Индуктивный эффект передается по цепи с затуханием, что объясняется малой подвижностью электронов σ-связи:

δ//+ δ/+ δ+ δ−

CH3 → CH2 → CH2 → Cl δ+ >> δ/+ >> δ//+

В зависимости от того, удаляется ли электронная плотность от рассматриваемого атома углерода или приближается к нему, индуктивный эффект называют отрицательным (−I) или положительным (+I).

Электроноакцепторные заместители, смещающие электронную плотность σ-связи от атома углерода к себе, проявляют отрицательный индуктивный эффект (−I): галогены, NH2, OH, >C=O, COOH и др.

Электронодонорные заместители, смещающие электронную плотность к атому углерода от себя, проявляют положительный индуктивный эффект (+I): атомы металлов, углеводородные радикалы.

Индуктивный эффект проявляется и в случае, когда связанные между собой атомы углерода различаются по типу гибридизации:

δ+ δ−

H3C → CH = CH2

Мезомерным эффектом, или эффектом сопряжения, называется перераспределение электронной плотности, происходящее с участием негибридных p-орбиталей. Мезомерный эффект (M) осуществляется как через систему π-связей (например, в бутадиене-1,3), так и через участие гетероатомов с неподеленными электронными парами (O, N, S):

CH2=CH−CH=CH2 CH2=CH−O−CH=CH2

π−π – сопряжение p−π − сопряжение

Мезомерный эффект, как и индуктивный, может быть как отрицательным, так и положительным. Благодаря большей подвижности электронов π-связи M-эффект практически не ослабевает при передаче по сопряженной цепи. По этой причине |M| > | I |.