Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, 566 01 Vysoké Mýto

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, 566 01 Vysoké Mýto

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-

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)

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)

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.

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 0,0000132

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

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).

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

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

Použitá literatura MAREČEK, Aleš a Jaroslav HONZA. Chemie pro čtyřletá gymnázia. 3., přeprac. vyd. Olomouc: Nakladatelství Olomouc, 2005, 227 s. ISBN 80-7182-141-1

Registrační číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0951 Šablona III/2 INOVACE A ZKVALITNĚNÍ VÝUKY PROSTŘEDNICTVÍM ICT Autor Ing. František Paseka Název materiálu 04. Indukční a mezomerní efekt Ověřeno ve výuce dne 25. 02. 2014 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.