Effet inductif - Inductive effect

En chimie , l' effet inductif est un effet concernant la transmission du partage inégal de l' électron de liaison à travers une chaîne d' atomes dans une molécule , conduisant à un dipôle permanent dans une liaison. Il est présent dans une liaison (sigma) , contrairement à l' effet électromérique qui est présent dans une liaison π (pi) .

Les atomes d'halogène dans l'halogénure d'alkyle sont attracteurs d'électrons tandis que les groupes alkyle ont des tendances à donner des électrons. Si l'atome électronégatif (manquant un électron, ayant donc une charge positive) est ensuite joint à une chaîne d'atomes, généralement du carbone, la charge positive est relayée aux autres atomes de la chaîne. Ceci est l'effet électro-attracteur inductif, également connu sous le nom - I effet. En bref, les groupes alkyle ont tendance à donner des électrons, ce qui conduit à l' effet +I . Sa base expérimentale est la constante d'ionisation . Il est distinct et souvent opposé à l' effet mésomère .

Polarisation de liaison

les liaisons dans une molécule d'eau sont légèrement plus chargées positivement à proximité des atomes d'hydrogène et légèrement plus chargées négativement à proximité de l'atome le plus électronégatif.

Les liaisons covalentes peuvent être polarisées en fonction de l' électronégativité relative des deux atomes formant la liaison. Le nuage d'électrons dans une liaison entre deux atomes différents n'est pas uniforme et est légèrement déplacé vers le plus électronégatif des deux atomes. Cela provoque un état permanent de polarisation des liaisons , où les atomes les plus électronégatifs ont une charge négative fractionnelle (δ–) et l'atome le moins électronégatif a une charge positive fractionnelle (δ+).

Par exemple, la molécule d'eau H
2O a un atome d'oxygène électronégatif qui attire une charge négative. Ceci est indiqué par un - dans la molécule d'eau à proximité de l'atome O, ainsi que par un + à côté de chacun des deux atomes H. L'addition vectorielle des moments dipolaires de liaison individuels setraduit par un moment dipolaire net pour la molécule. Une liaison polaire est une liaison covalente dans laquelle il existe une séparation de charge entre une extrémité et l'autre, c'est-à-dire dont une extrémité est légèrement positive et l'autre légèrement négative. Les exemples incluent la plupart des liaisons covalentes. La liaison hydrogène-chlore dans HCl ou les liaisons hydrogène-oxygène dans l'eau sont typiques.

Effet inductif

L'effet du déplacement d'électrons sigma vers l'atome le plus électronégatif par lequel une extrémité devient chargée positivement et l'autre extrémité chargée négativement est connu sous le nom d'effet inductif. " - L' effet I est un effet permanent & généralement représenté par une flèche sur le lien."

Cependant, certains groupes, tels que le groupe alkyle , sont moins électroattracteurs que l' hydrogène et sont donc considérés comme libérant des électrons. Ceci est un caractère libérant des électrons et est indiqué par l' effet + I . En bref, les groupes alkyle ont tendance à donner des électrons, conduisant à l'effet d'induction. Cependant, un tel effet a été remis en question.

Comme le changement de polarité induit est inférieur à la polarité d'origine, l'effet inductif s'éteint rapidement et n'est significatif que sur une courte distance. De plus, l'effet inductif est permanent mais faible car il implique le déplacement d'électrons de liaison σ fortement maintenus et d'autres facteurs plus puissants peuvent éclipser cet effet.

Effets inductifs relatifs

Relatives effets inductifs ont été mesurées expérimentalement en faisant référence à un atome d' hydrogène, dans l'ordre croissant de + I effet ou l' ordre décroissant de - I effet, comme suit:

Et dans l'ordre croissant de l' effet +I , où H est l'hydrogène et D est le deutérium et T est le tritium. Tous sont des isotopes de l'hydrogène. La force de l'effet inductif dépend également de la distance entre le groupe substituant et le groupe principal qui réagissent ; plus la distance est longue, plus l'effet est faible.

Les effets inductifs peuvent être exprimés quantitativement par l' équation de Hammett , qui décrit la relation entre les vitesses de réaction et les constantes d'équilibre par rapport au substituant.

Fragmentation

L'effet inductif peut être utilisé pour déterminer la stabilité d'une molécule en fonction de la charge présente sur l'atome et des groupes liés à l'atome. Par exemple, si un atome a une charge positive et est attaché à un groupe - I , sa charge devient « amplifiée » et la molécule devient plus instable. De même, si un atome a une charge négative et est attaché à un groupe + I , sa charge devient « amplifiée » et la molécule devient plus instable. En revanche, si un atome a une charge négative et est attaché à un groupe - I , sa charge devient « désamplifiée » et la molécule devient plus stable que si l'effet I n'était pas pris en compte. De même, si un atome a une charge positive et est attaché à un groupe + I , sa charge devient « désamplifiée » et la molécule devient plus stable que si l'effet I n'était pas pris en considération. L'explication de ce qui précède est donnée par le fait que plus de charge sur un atome diminue la stabilité et moins de charge sur un atome augmente la stabilité.

Acidité et basicité

L'effet inductif joue également un rôle essentiel dans la détermination de l'acidité et de la basicité d'une molécule. Les groupes ayant un effet + I (effet inductif) attachés à une molécule augmentent la densité électronique globale sur la molécule et la molécule est capable de donner des électrons, la rendant basique. De même, les groupes ayant un effet - I attachés à une molécule diminuent la densité électronique globale sur la molécule la rendant déficiente en électrons, ce qui se traduit par son acidité. Au fur et à mesure que le nombre de groupes - I attachés à une molécule augmente, son acidité augmente ; à mesure que le nombre de groupes + I sur une molécule augmente, sa basicité augmente.

Applications

Acides carboxyliques

La force d'un acide carboxylique dépend de l'étendue de sa constante d'ionisation : plus il est ionisé, plus il est fort. En tant que l' acide devient plus forte, la valeur numérique de son pK une baisse.

Dans les acides, l'effet inductif libérateur d'électrons du groupe alkyle augmente la densité électronique sur l' oxygène et empêche ainsi la rupture de la liaison OH, ce qui réduit par conséquent l'ionisation. En raison de sa plus grande ionisation, l'acide formique (pK a =3,74) est plus fort que l'acide acétique (pK a =4,76). L'acide monochloroacétique (pK a = 2,82), cependant, est plus fort que l'acide formique, en raison de l'effet attracteur d'électrons du chlore favorisant l'ionisation.

Dans l' acide benzoïque , les atomes de carbone qui sont présentes dans le noyau sont sp 2 hybridée . En conséquence, l'acide benzoïque (pK a = 4,20) est un acide plus fort que l' acide cyclohexanecarboxylique (pK a = 4,87). De plus, dans les acides carboxyliques aromatiques, les groupes électroattracteurs substitués aux positions ortho et para peuvent augmenter la force de l'acide.

Puisque le groupe carboxyle est lui-même un groupe électroattracteur, les acides dicarboxyliques sont, en général, des acides plus forts que leurs analogues monocarboxyliques. L'effet inductif aidera également à polariser une liaison en créant certains atomes de carbone ou d'autres positions d'atomes.

Comparaison entre effet inductif et effet électromérique

Effet inductif Effet électromérique
La polarisation d'une seule liaison covalente due à la différence d'électronégativité. La formation instantanée d'un dipôle dans la molécule d'un composé organique due au transfert complet de paires d'électrons pi partagés à l'un des atomes sous l'influence d'un réactif d'attaque
C'est un effet permanent. C'est un effet temporaire.
Il n'a pas besoin de la présence d'un réactif. Il nécessite la présence d'un réactif électrophile.
Les charges induites apparaissent sous forme de charges partielles (δ+ ou δ−) Les charges induites sont des nombres entiers tels que +1,-1

Voir également

Les références

Liens externes