Chương 2: Các hiệu ứng điện tử trong hóa hữu cơ

Tham khảo tài liệu chương 2: các hiệu ứng điện tử trong hóa hữu cơ, kỹ thuật - công nghệ, điện - điện tử phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 2: Các hiệu ứng điện tử trong hóa hữu cơ Ch−¬ng 2 C¸c HIÖU øNG §IÖN Tö TRONG HãA H÷U C¬Môc tiªu 1. Nªu ®−îc c¸c lo¹i hiÖu øng c¶m øng, hiÖu øng liªn hîp, hiÖu øng siªu liªn hîp vµ tÝnh chÊt cña chóng. 2. BiÕt ®−îc mét sè øng dông cña c¸c hiÖu øng trªn.Néi dung MËt ®é ®iÖn tö trong liªn kÕt céng hãa trÞ th−êng ®−îc ph©n bè kh«ng ®ång®Òu gi÷a 2 nguyªn tö cña liªn kÕt, khi Êy ph©n tö chÊt h÷u c¬ bÞ ph©n cùc. Sùph©n cùc ®ã cã thÓ x¶y ra ngay ë tr¹ng th¸i tÜnh hoÆc còng cã thÓ chØ xuÊt hiÖnnhÊt thêi ë tr¹ng th¸i ®éng (khi ph©n tö bÞ t¸c ®éng bëi c¸c yÕu tè cña m«itr−êng). B¶n chÊt cña sù ph©n cùc kh¸c nhau cßn tuú thuéc vµo cÊu t¹o ph©n tö(ph©n tö cã hÖ thèng liªn kÕt nh− thÕ nµo). Nh− vËy cÊu t¹o ph©n tö cã ¶nhh−ëng ®Õn sù ph©n bè mËt ®é ®iÖn tö. ¶nh h−ëng ®ã gäi lµ hiÖu øng ®iÖn tötrong ph©n tö. Cã c¸c lo¹i hiÖu øng: − HiÖu øng c¶m øng I − HiÖu øng liªn hîp C, M − HiÖu øng siªu liªn hîp H1. HiÖu øng c¶m øng (Inductive effect): Ký hiÖu lµ I Kh¶o s¸t ph©n tö n -propan C3H8 vµ ph©n tö n-propylclorid C3H7Cl H H H H H+ H δ+ δ+ δ1 δ− 3 2 C3 C 2 C1 H H C C C Cl H 3 2 1 H H H H H H n--propan n pr opa n n- ppropylclod r n- rop yclori ru Trong ph©n tö n -propylclorid, liªn kÕt C1 − Cl bÞ ph©n cùc vÒ phÝa nguyªntö clor v× nguyªn tö clor cã ®é ©m ®iÖn lín h¬n. Nguyªn tö clor mang mét phÇn®iÖn tÝch ©m δ− vµ nguyªn tö carbon mang mét phÇn ®iÖn tÝch d−¬ng δ+. V× C1mang ®iÖn tÝch d−¬ng nªn cÆp ®iÖn tö liªn kÕt cña liªn kÕt C2 − C1 bÞ dÞch chuyÓnvÒ phÝa carbon C1. KÕt qu¶ lµ liªn kÕt C2 − C1 còng bÞ ph©n cùc theo. Nguyªn tö C2mang mét phÇn ®iÖn tÝch d−¬ng. §Õn l−ît liªn kÕt C3 − C2 còng chÞu ¶nh h−ëngnh− vËy vµ kÕt qu¶ nguyªn tö carbon C3 mang mét phÇn ®iÖn tÝch d−¬ng. Nh−ngδ1+ >δ2+ >δ3+. C¸c liªn kÕt còng chÞu ¶nh h−ëng nh− thÕ vµ kÕt qu¶ cã sù ph©n cùc22cña liªn kÕt C ← H. Hydro trë nªn linh ®éng h¬n. HiÖn t−îng nµy kh«ng chØ x¶yra víi ph©n tö propan. Nh− vËy ¶nh h−ëng sù ph©n cùc cña liªn kÕt C -Cl lµm choc¸c liªn kÕt kh¸c bÞ ph©n cùc theo vµ toµn ph©n tö bÞ ph©n cùc. Nguyªn tö clor lµ nguyªn tö g©y ¶nh h−ëng c¶m øng. Sù ph©n cùc hay sù chuyÓn dÞch mËt ®é ®iÖn tö trong c¸c liªn kÕt σ gäi lµ hiÖuøng c¶m øng. HiÖu øng c¶m øng ký hiÖu lµ I hoÆc Iσ (ch÷ ®Çu cña inductive) §Ó ph©n lo¹i c¸c nhãm nguyªn tö theo hiÖu øng c¶m øng ng−êi ta quy −ícr»ng nguyªn tö hydro liªn kÕt víi carbon trong C __ H cã hiÖu øng I = 0. Nh÷ngnguyªn tö hay nhãm nguyªn tö X cã kh¶ n¨ng hót ®iÖn tö (C→X) m¹nh h¬nhydro ®−îc coi lµ cã hiÖu øng - I (hiÖu øng c¶m øng ©m). Nh÷ng nguyªn tö haynhãm nguyªn tö Y cã kh¶ n¨ng ®Èy ®iÖn tö (Y→C) m¹nh h¬n hydro ®−îc coi lµnh÷ng nhãm cã hiÖu øng +I (hiÖu øng c¶m øng d−¬ng) C X Y C C H -I I=0 +I1.1. HiÖu øng c¶m øng + I Th−êng thÊy ë c¸c nhãm alkyl (R-) vµ c¸c nhãm mang ®iÖn tÝch ©m. Trong d·y c¸c nhãm alkyl, hiÖu øng c¶m øng +I t¨ng theo ®é ph©n nh¸nhhay lµ bËc cña nhãm . CH3 +I CH3 CH2 CH3 CH CH3 C CH3 CH3 CH3 Trong d·y c¸c nhãm mang ®iªn tÝch ©m, nhãm cã ®é ©m ®iÖn nhá h¬n lµnhãm cã hiÖu øng + I lín h¬n . -O- < -S- < -Se-1.2. HiÖu øng c¶m øng - I Lµ hiÖu øng rÊt phæ biÕn ë c¸c nhãm kh«ng no, c¸c nhãm mang ®iÖn tÝchd−¬ng vµ c¸c nhãm øng víi nh÷ng nguyªn tè cã ®é ©m ®iÖn lín (nh− c¸c halogen,oxy, nit¬). Sù biÕn thiªn møc ®é m¹nh yÕu cña hiÖu øng - I trong c¸c nhãm nguyªn tötu©n theo mét sè quy luËt: • Nguyªn tö carbon lai hãa sp cã -I lín h¬n nguyªn tö carbon lai hãa sp2 vµ sp3 -C≡CR > -CR1=CR2 > -CR2_CR3. • Nhãm mang ®iÖn tÝch d−¬ng cã hiÖu øng -I lín h¬n nhãm cã cïng cÊu t¹o nh−ng kh«ng mang ®iÖn tÝch. + + -OR2 > -OR -NR3 > -NR2 23 • C¸c ...