Struktura

Indukční a mezomerní efekt

Indukční efekt

V řadě organických sloučenin se vyskytují polární vazby. K jejich vzniku dochází tehdy, když je na atom uhlíku vázán atom prvku, který má vyšší nebo nižší elektronegativitu než on sám. Čím je rozdíl elektronegativit větší, tím je vazba polárnější.

 C^{\delta +}-Cl^{\delta -}      atom halogenu má větší elektronegativitu než atom uhlíku     

C^{\delta -}-Li^{\delta +}        atom lithia má elektronegativitu menší než atom uhlíku              

Pokud uhlíkový atom vytvoří vazbu s prvkem, který má v porovnání s ním nižší elektronegativitu, získá parciální záporný náboj (δ1-). Tento atom uhlíku je vůči sousednímu uhlíkovému atomu elektronově přesycen, a proto na něj část své elektronové hustoty přesune (δ2-). Obdobná je i situace mezi druhým a třetím uhlíkem, s tím rozdílem, že posun elektronové hustoty je menší (δ3-).

C^{\delta _{3}^{-}}\leftarrow C^{\delta _{2}^{-}}\leftarrow C^{\delta _{1}^{-}}\leftarrow M            M – atom elektropozitivního prvku

\delta _{1}^{-}> \delta _{2}^{-}> \delta _{3}^{-}

V případě prvku s vyšší elektronegativitou, než má uhlík, dojde k posunu elektronů také, ale opačným směrem.

C^{\delta _{3}^{+}}\rightarrow C^{\delta _{2}^{+}}\rightarrow C^{\delta _{1}^{+}}\rightarrow X           X – atom elektronegativnějšího prvku

\delta _{1}^{+}> \delta _{2}^{+}> \delta _{3}^{+}

Naznačené posuny elektronů, vyvolané přítomností polárně kovalentní vazby, se nazývají indukční efekt. Značíme ho symbolem I.

Atomy nebo atomové skupiny, které odpuzují vazebné elektrony, mají indukční efekt kladný +I. Tyto atomy zvyšují elektronovou hustotu v řetězci.

Atomy nebo atomové skupiny, které přitahují vazebné elektrony, mají indukční efekt záporný –I. V důsledku toho elektronovou hustotu v řetězci snižují.

Záporný indukční efekt (-I)

Kladný indukční efekt (+I)

     X^{\delta -} \leftarrow CH_{2}^{\delta +}\leftarrow CH_{2}^{\delta_{2}+}-CH_{2}-CH_{3}

      Y^{\delta +}\rightarrow CH_{2}^{\delta -}\rightarrow CH_{2}^{\delta _{2}^{-}}-CH_{2}-CH_{3}

  -F > -Cl > -Br > -I

  -F > -OH > - NR2 > -CR3  

  -C ≡ CH > -CH = CH2 > -CH2 – CH3

  -OH > NH2

  -O- > -S-

 -C(CH3)3 > -CH(CH2)2 >  -CH2 – CH3 > -CH3

 

  Ionty kovů: Li+, Na+, K+, Mg2+

 

Mezomerní efekt

Kromě indukčního efektu existuje i tzv. mezomerní efekt, který se za určitých okolností šíří prostřednictvím elektronů násobných vazeb a na kterém se často podílejí i volné elektronové páry.

Dochází k němu v systémech s konjugovanými vazbami (střídá se jednoduchá vazba s vazbou násobnou a dochází k delokalizaci π-elektronů) nebo tam, kde se váže na uhlík násobnou vazbou

  • atom s volným elektronovým párem ( halogen, —NH2 , —OH) nebo

  • atom s parciálním kladným nábojem (—NO2 , —CN).

Může dojít ke dvěma různým situacím.

Pokud se na atom uhlíku, který je součástí konjugovaného systému, váže atom s volným elektronovým párem, snaží se tento elektronový pár do konjugace vstoupit. Tím se zvyšuje elektronová hustota vazby C – X a zároveň její pevnost. Vyvolá se posun π-elektronů a vznik parciálních záporných nábojů na dalších atomech uhlíku.

 

Obr. 1: Kladný mezomerní efekt

Pokud se na atom uhlíku, který je součástí konjugovaného systému, váže atom s parciálním kladným nábojem, pak tento atom odčerpává elektrony ze systému. Tím se snižuje elektronová hustota a vytváří se parciální kladné náboje v řetězci.

Obr. 2: Záporný mezomerní efekt

 

Kladný mezomerní efekt (+M)

 -F, -Cl, -Br, -I, -OH, -OR, -NH2 , -NHR, -NR2 , -SH, -SR

 Obecně atomy vázané jednoduchou vazbou a nesoucí alespoň jeden volný      elektronový pár.

 

Záporný mezomerní efekt (-M)

  -CH=O, -RC=O, -C(OH)=O, -C(OR)=O, -C(NH2)=O, -NO2 , -SO3H,   -C ≡ H 

  Obecně atomy vázané násobnou vazbou a nesoucí alespoň jeden volný    elektronový pár. 

 

Zdroje

  • HONZA, Jaroslav; MAREČEK, Aleš. Chemie pro čtyřletá gymnázia 2.díl. Brno: DaTaPrint, 1996, ISBN 80-902200-4-5.

Obrázky:

Logolink