Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

Transkript

1 Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

2

3 Polarita σ vazeb v organických sloučeninách V uhlovodíkových řetězcích může být atom uhlíku vázán s jiným atomem prvku s výrazně nižší nebo vyšší elektronegativitou. Takové vazby jsou pak polární. Čím je větší rozdíl elektronegativit obou prvků tím jsou vazby polárnější. Posun elektronové hustoty k elektronegativnějšímu atomu znamená, že na něm vznikne částečný(parciální) záporný náboj a na elektropozitivnějším atomu zase částečný(parciální) kladný náboj. C δ- Li δ+ C δ+ Cl δ-

4 Vliv polárních vazeb na sousední vazby. Část velké elektronové hustoty na uhlíku vázaném k atomu elektropozitivního prvku se posune i na sousední atomy uhlíku. Posun elektronové hustoty σ vazeb s rostoucí vzdáleností od polární vazby klesá. Na atomu uhlíku polární vazby je nejvyšší záporný parciální náboj. Na druhém uhlíku je parciální záporný náboj menší. Na třetím uhlíku ještě menší. C δ- C δ- C δ- Li směr posunu elektronové hustoty δ vazeb (od elektropozitivnějšího atomu)

5 Pokud je atom uhlíku v řetězci vázán k atomu s větší elektronegativitou má parciální náboj kladný. K posunu elektronové hustoty σ vazeb mezi atomy uhlíku dojde také ale opačným směrem. Kladné parciální náboje na uhlících se s rostoucí vzdáleností od polární vazby snižují. C δ+ C δ+ C δ+ Cl směr posunu elektronové hustoty δ vazeb (k elektronegativnějšímu atomu)

6 Posun elektronové hustoty v σ vazbách mezi uhlíky v řetězci vyvolaný přítomností polární kovalentní vazby je indukční nebo jen I efekt. Atomy nebo skupiny, které přitahují vazebné elektrony méně než by je přitahoval vodík vázaný k uhlíku mají kladný indukční efekt +I efekt. Jsou to například atomy alkalických kovů Li, Na, K a dále alkyly. Atomy nebo skupiny, které přitahují vazebné elektrony více než by je přitahoval vodík vázaný k uhlíku mají záporný indukční efekt -I efekt. Jsou to například atomy halogenů F, Cl, Br, I a dále skupiny OR nebo NH 2.

7 Význam indukčního efektu Vliv na sílu organických kyselin. Síla organických kyselin závisí na jejich schopnosti odštěpit proton. Čím snadněji je organická kyselina schopná odštěpit proton, tím je silnější a má větší hodnotu disociační konstanty. Protože alkyly mají +I efekt, posouvá se elektronová hustota do karboxylové skupiny a posiluje se vazba mezi kyslíkem a vodíkem. Tím se schopnost odštěpit proton snižuje. Proto je nejsilnější z monokarboxylových kyselin kyselina mravenčí. Síla potom klesá s rostoucí délkou řetězce a tedy rostoucím +I efektem alkylu. Název kyseliny Vzorec kyseliny K A Kyselina mravenčí HCOOH 0,0002 Kyselina octová CH 3 COOH 0,00002 Kyselina propionová CH 3 CH 2 COOH 0,

8 Vliv na reaktivitu halogenderivátů uhlovodíků Reakcí ethyljodidu s hydroxidem sodným vzniká ethanol a jodid sodný. Jedná se nukleofilní substituci. Při reakci ale vzniká také eliminací ethen. Jeho vznik se dá vysvětlit -I efektem jódu, který odčerpá elektronovou hustotu z vazeb v ethylu. Vodík je pak k uhlíku poután slaběji a silně zásaditý aniont OH -I dokáže z molekuly vytrhnout proton H +I, vzniká voda, ethen a jodid sodný. CH 3 CH 2 I + NaOH CH 3 CH 2 OH + NaI CH 3 CH 2 I + NaOH CH 2 CH 2 + NaI + H 2 O

9 Posun elektronové hustoty v násobných vazbách π způsobuje tak zvaný mezomerní efekt. Týká se sloučenin s konjugovanými násobnými vazbami. Bylo zjištěno, že dochází k pravidelnému rozložení elektronové hustoty (delokalizaci) π elektronů po celé délce řetězce. V benzenovém jádře dochází k delokalizaci π elektronů nad i pod rovinou aromatického cyklu. Systémy s delokalizovanou π vazbou se snaží stabilizovat buď dosycením se elektrony z volných elektronových párů navázaných substituentů nebo naopak snížit elektronovou hustotu přesunutím její části do substituentu. Záporný mezomerní M efekt mají substituenty, které v konjugovaném řetězci π elektronovou hustotu snižují (CN, NO 2 ). Kladný mezomerní +M efekt mají substituenty, které v konjugovaném řetězci π elektronovou hustotu zvyšují (OR, NH 2, halogeny).

10 Význam mezomerního efektu Vliv na zásaditost anilinu. Porovnáme-li zásaditost amoniaku, metylaminu a anilinu zjistíme, že nejsilnější zásadou je metylamin. Amoniak je slabší a anilin nejslabší zásada. Síla zásady je způsobena schopností přijmout proton. Čím je tato síla větší, tím je zásada silnější. +I efekt metylu způsobuje zvětšení elektronové hustoty na dusíku v metylaminu. Ten je proto schopen nejsnadněji přijmout proton H +I. V anilínu způsobí +M efekt aminoskupiny na benzenovém jádře odčerpání elektronové hustoty z dusíku a jeho schopnost přijmout proton se tak sníží. CH 3 NH 2 NH 3 NH 2 metylamin amoniak anilin

11 Vliv prvního substituentu na aromatickém jádře na polohu dalších substituentů. Důsledkem +M efektu aminoskupiny anilinu je i další substituce anilinu. V polohách 2, 4 a 6 dojde ke zvýšení elektronové hustoty a tyto polohy jsou aktivovány pro další substituci. NH 2 NH 2 Cl + Cl 2 + HCl Důsledkem -M efektu nitroskupiny nitrobenzenu je i další substituce nitrobenzenu. V polohách 3 a 5 dojde ke zvýšení elektronové hustoty a tyto polohy jsou aktivovány pro další substituci. NO 2 NO 2 + HNO 3 + H 2 O NO 2

12 Použitá literatura MAREČEK, Aleš a Jaroslav HONZA. Chemie pro čtyřletá gymnázia. 3., přeprac. vyd. Olomouc: Nakladatelství Olomouc, 2005, 227 s. ISBN

13 Registrační číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/ Šablona III/2 INOVACE A ZKVALITNĚNÍ VÝUKY PROSTŘEDNICTVÍM ICT Autor Ing. František Paseka Název materiálu 04. Indukční a mezomerní efekt Ověřeno ve výuce dne Předmět Chemie Ročník Druhý Klíčová slova Polarita vazeb, parciální náboj, indukční efekt, kladný a záporný indukční efekt, posun elektronové hustoty, mezomerní efekt. Anotace Prezentace se zabývá příčinami vzniku a vysvětlením podstaty indukčního a mezomerního efektu. Ve druhé části jsou diskutovány konkrétní příklady vlivu indukčního a mezomerního efektu na vlastnosti a reaktivitu sloučenin. Metodický pokyn Prezentace je určena jako výklad do hodiny i jako materiál k samostudiu Počet stran 13 Pokud není uvedeno jinak, použitý materiál je z vlastních zdrojů autora.