Efeito indutivo - Inductive effect
Em química , o efeito indutivo é um efeito relacionado à transmissão do compartilhamento desigual do elétron de ligação através de uma cadeia de átomos em uma molécula , levando a um dipolo permanente em uma ligação. Ele está presente em uma ligação σ (sigma) , ao contrário do efeito eletromérico que está presente em uma ligação π (pi) .
Os átomos de halogênio em halogeneto de alquila são retirantes de elétrons, enquanto os grupos alquil têm tendências de doação de elétrons. Se o átomo eletronegativo (faltando um elétron, portanto tendo uma carga positiva) é então unido a uma cadeia de átomos, geralmente carbono, a carga positiva é retransmitida para os outros átomos da cadeia. Este é o efeito indutivo de retirada de elétrons, também conhecido como efeito - I. Em suma, os grupos alquil tendem a doar elétrons, levando ao efeito + I. Sua base experimental é a constante de ionização . É distinto e frequentemente oposto ao efeito mesomérico .
Polarização de ligação
As ligações covalentes podem ser polarizadas dependendo da eletronegatividade relativa dos dois átomos que formam a ligação. A nuvem de elétrons em uma ligação σ entre dois átomos diferentes não é uniforme e é ligeiramente deslocada em direção ao mais eletronegativo dos dois átomos. Isso causa um estado permanente de polarização da ligação , onde os átomos mais eletronegativos têm uma carga fracionária negativa (δ–) e o átomo menos eletronegativo tem uma carga fracionária positiva (δ +).
Por exemplo, a molécula de água H
2O tem um átomo de oxigênio eletronegativo que atrai uma carga negativa. Isso é indicado por δ- na molécula de água na vizinhança do átomo de O, bem como por um δ + próximo a cada um dos dois átomos de H. A adição do vetor dos momentos de dipolo da ligação individualresulta em um momento de dipolo líquido para a molécula. Uma ligação polar é uma ligação covalente em que há uma separação de carga entre uma extremidade e a outra - em outras palavras, em que uma extremidade é ligeiramente positiva e a outra ligeiramente negativa. Os exemplos incluem a maioria das ligações covalentes. A ligação hidrogênio-cloro no HCl ou as ligações hidrogênio-oxigênio na água são típicas.
Efeito indutivo
O efeito do deslocamento do elétron sigma em direção ao átomo mais eletronegativo pelo qual uma extremidade torna-se carregada positivamente e a outra negativamente carregada é conhecido como efeito indutivo. " - O efeito I é um efeito permanente e geralmente representado por uma seta no vínculo."
No entanto, alguns grupos, como o grupo alquil , retiram menos elétrons do que o hidrogênio e, portanto, são considerados liberadores de elétrons. Este é o personagem libertadora de electrões e é indicado pelo + Eu efeito . Em suma, os grupos alquil tendem a dar elétrons, levando ao efeito de indução. No entanto, tal efeito foi questionado.
Como a mudança induzida na polaridade é menor do que a polaridade original, o efeito indutivo morre rapidamente e é significativo apenas em uma curta distância. Além disso, o efeito indutivo é permanente, mas fraco, uma vez que envolve a mudança de elétrons de ligação σ fortemente mantidos e outros fatores mais fortes podem ofuscar este efeito.
Efeitos indutivos relativos
Os efeitos indutivos relativos foram medidos experimentalmente com referência ao hidrogênio, em ordem crescente do efeito + I ou ordem decrescente do efeito - I , como segue:
E em ordem crescente de efeito + I , onde H é Hidrogênio e D é Deutério e T é Trítio. Todos são isótopos de hidrogênio. A força do efeito indutivo também depende da distância entre o grupo substituinte e o grupo principal que reage; quanto maior a distância, mais fraco é o efeito.
Os efeitos indutivos podem ser expressos quantitativamente por meio da equação de Hammett , que descreve a relação entre as taxas de reação e as constantes de equilíbrio em relação ao substituinte.
Fragmentação
O efeito indutivo pode ser usado para determinar a estabilidade de uma molécula dependendo da carga presente no átomo e dos grupos ligados ao átomo. Por exemplo, se um átomo tem uma carga positiva e está ligado a um grupo - I , sua carga se torna "amplificada" e a molécula se torna mais instável. Da mesma forma, se um átomo tem uma carga negativa e está ligado a um grupo + I , sua carga se torna "amplificada" e a molécula se torna mais instável. Em contraste, se um átomo tem uma carga negativa e está ligado a um grupo - I , sua carga torna-se 'desamplificada' e a molécula se torna mais estável do que se o efeito I não fosse levado em consideração. Da mesma forma, se um átomo tem uma carga positiva e está ligado a um grupo + I , sua carga torna-se 'desamplificada' e a molécula torna-se mais estável do que se o efeito I não fosse levado em consideração. A explicação para o acima é dada pelo fato de que mais carga em um átomo diminui a estabilidade e menos carga em um átomo aumenta a estabilidade.
Acidez e basicidade
O efeito indutivo também desempenha um papel vital na decisão da acidez e basicidade de uma molécula. Grupos com efeito + I (efeito indutivo) ligados a uma molécula aumentam a densidade geral do elétron na molécula e a molécula é capaz de doar elétrons, tornando-a básica. Da mesma forma, os grupos com efeito - I ligado a uma molécula diminuem a densidade geral do elétron na molécula, tornando-a deficiente em elétrons, o que resulta em sua acidez. Conforme o número de grupos - I ligados a uma molécula aumenta, sua acidez aumenta; conforme o número de grupos + I em uma molécula aumenta, sua basicidade aumenta.
Formulários
Ácidos carboxílicos
A força de um ácido carboxílico depende da extensão de sua constante de ionização : quanto mais ionizado, mais forte ele é. À medida que um ácido se torna mais forte, o valor numérico de seu pK a diminui.
Nos ácidos, o efeito indutivo de liberação de elétrons do grupo alquil aumenta a densidade do elétron no oxigênio e, portanto, impede a quebra da ligação OH, o que consequentemente reduz a ionização. Devido à sua maior ionização, o ácido fórmico (pK a = 3,74) é mais forte que o ácido acético (pK a = 4,76). O ácido monocloroacético (pK a = 2,82), entretanto, é mais forte do que o ácido fórmico, devido ao efeito de retirada de elétrons da ionização de promoção do cloro.
No ácido benzóico , os átomos de carbono que estão presentes no anel são hibridizados sp 2 . Como resultado, o ácido benzóico (pK a = 4,20) é um ácido mais forte do que o ácido ciclohexanocarboxílico (pK a = 4,87). Além disso, em ácidos carboxílicos aromáticos, grupos de retirada de elétrons substituídos nas posições orto e para podem aumentar a força do ácido.
Uma vez que o grupo carboxila é ele próprio um grupo que retira elétrons, os ácidos dicarboxílicos são, em geral, ácidos mais fortes do que seus análogos monocarboxílicos. O efeito indutivo também ajudará na polarização de uma ligação formando certos átomos de carbono ou outras posições de átomos.
Comparação entre efeito indutivo e efeito eletromérico
Efeito indutivo | Efeito eletromérico |
---|---|
A polarização de uma única ligação covalente σ devido à diferença de eletronegatividade. | A formação instantânea de um dipolo na molécula de um composto orgânico devido à transferência completa de pares de elétrons pi compartilhados para um dos átomos sob a influência de um reagente de ataque |
É um efeito permanente. | É um efeito temporário. |
Não necessita da presença de reagente. | Necessita da presença de um reagente eletrofílico. |
Cargas induzidas aparecem como cargas parciais (δ + ou δ−) | Cargas induzidas são números inteiros como + 1, -1 |
Veja também
- Efeito mesomérico
- Pi backbonding
- Efeito Baker-Nathan : a ordem observada nos substituintes básicos que liberam elétrons é aparentemente invertida.
Referências
- Stock, Leon M. (1972). “A origem do efeito indutivo”. Journal of Chemical Education . 49 (6): 400. bibcode : 1972JChEd..49..400S . doi : 10.1021 / ed049p400 . ISSN 0021-9584 .