Phần lớn những tính chất quan trọng của chất hữu cơ như quang phổ , momen điện, khả năng phản ứng, vv. . .đều có nguồn gốc liên quan đến sự phân bố mật độ electron. Sự biến đổi những hợp chất đó khi đi từ những hợp chất này sang hợp chất khác là do sự phân bố khác nhau về mật độ electron. Vì vậy trong mấy chục năm gần đây một trong những vấn đề quan trọng nhất của hóa hữu cơ lý thuyết là : Xác định mật độ electron của phân tử ở trạng thái bình thường cũng như trong lúc phản ứng. Xác định ảnh hưởng của cấu tạo đến sự phân bố mật độ electron và do đó đến tính chất của phân tử.
Hiệu ứng cảm ứng Hiệu ứng cảm ứng Đề tài: MỞ ĐẦU MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài 1. Lí do chọn đề tài Phần lớn những tính chất quan trọng của chất hữu cơ như quang phổ , momen điện, khả năng phản ứng, vv. . .đều có nguồn gốc liên quan đến sự phân bố mật độ electron. Sự biến đổi những hợp chất đó khi đi từ những hợp chất này sang hợp chất khác là do sự phân bố khác nhau về mật độ electron. Vì vậy trong mấy chục năm gần đây một trong những vấn đề quan trọng nhất của hóa hữu cơ lý thuyết là : - Xác định mật độ electron của phân tử ở trạng thái bình thường cũng như trong lúc phản ứng. - Xác định ảnh hưởng của cấu tạo đến sự phân bố mật độ electron và do đó đến tính chất của phân tử. MỞ ĐẦU MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài 1. Lí do chọn đề tài Đó chính là vấn đề ảnh hưởng qua lại giữa các nguyên tử trong phân tử. Sự ảnh hưởng đó gây ra các hiệu ứng như hiệu ứng cảm ứng, hiệu ứng liên hợp, hiệu ứng không gian. Mỗi loại hiệu ứng nêu trên đều gây ra những ảnh hưởng nhất định đến cấu tạo và tính chất của phân tử.Vì vậy việc nghiên cứu các loại hiệu ứng trên để xác định được tính chất của các hợp chất hữu cơ là cần thiết nhằm phục vụ tốt trong nghiên cứu, học tập và trong quá trình công tác. Trong tiểu luận này chỉ trình bày về ảnh hưởng của các nguyên tử, nhóm nguyên tử trong phân tử gây ra hiệu ứng cảm ứng trong các hợp chất hữu cơ. 2. Mục tiêu nghiên cứu Tìm hiểu quy luật về hiệu ứng cảm ứng của các nguyên tử và nhóm nguyên tử So sánh tính axit tính bazơ của các chất hữu cơ Đặc điểm của hiệu ứng cảm ứng 3. Phương pháp nghiên cứu. Nghiên cứu tài liệu và tham khảo các nguồn thông tin trên internet 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Các nguyên tử (nhóm nguyên tử) gây ra hiệu ứng cảm ứng trong các chất hữu cơ - Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng cảm ứng đến tính axit và tính bazơ của một số hợp chất hữu cơ (thường gặp trong chương trình phổ thông) NỘI DUNG I – Định nghĩa và phân loại. 1. Định nghĩa. Xét hai phân tử đơn giản là propan và n-proplyclorua : H – C 1 – C 2 – C 3 ; Cl C 1 C 2 C 3 Ta thấy rằng khác với prôpan, n-prôpylclorua có liên kết bị phân cực mạnh về phía nguyên tử Cl là nguyên tử có độ âm điện lớn hơn. Do đó, trong phân tử n-propylclorua nguyên tử Cl mang một phần điện tích âm, còn nguyên tử C1 mang một phần điện tích dương. Vì Cl mang một phần điện tích dương nên liên kết C 1 – C 2 cũng bị phân cực về phía Cl . Đến lượt liên kết C 2 – C 3 cũng lại bị phân cực về phía C 2 mặc dù là sự phân cực đã yếu hơn nhiều. Ngoài ra, sự phân cực cũng còn xảy ra ở các liên kết C - H trong phân tử. Kết quả chung là phân tử trở nên phân cực và xuất hiện momen lưỡng cực, còn các nguyên tử H trở nên linh động hơn (so với nguyên tử H trong propan). Dạng phân cực vừa xét gọi là phân cực cảm ứng hay hiệu ứng cảm ứng. Nguyên tử clo là nguyên nhân chính gây ra sự phân cực đó, Ta nói : clo đã gây ảnh hưởng cảm ứng trong phân tử n-propyl clorua Vậy hiệu ứng cảm ứng là sự phân cực của các liên kết, lan truyền theo mạch các liên kết δ (ngoài ra còn có hiệu ứng lan truyền trên liên kết π) gây ra bởi sự khác nhau về độ âm điện của các nguyên tử hay nhóm nguyên tử Hiệu ứng cảm ứng ký hiệu là I và được biểu diễn bằng mũi tên → hoặc mũi tên đặt giữa nối đơn . Chiều mũi tên chỉ chiều di chuyển của điện tử. Ví dụ: X → Y 2. Phân loại. Hiệu ứng cảm ứng có thể được gây ra bởi nguyên tử hay nhóm nguyên tử hút electron, ta gọi là hiệu ứng cảm ứng âm (-I ). Ngược lại nếu nguyên tử hay nhóm nguyên tử gây hiệu ứng bằng cách nhường electron, ta gọi là hiệu ứng cảm ứng dương ( +I ) Sự phân cực cảm ứng được mô tả ở trên luôn có sẵn trong phân tử vì nó do các yếu tố cấu tạo trong phân tử gây nên. Đó là sự phân cực tĩnh. Cho nên hiệu ứng cảm ứng ấy được gọi là hiệu ứng cảm ứng tĩnh (Is). Bên cạnh đó còn có sự phân cực động do trường bên ngoài gây nên nhất thời. Trong trường hợp này có hiệu ứng cảm ứng động ( Iđ ). Tuy nhiên liên kết δ là những liên kết bền cho nên ta ít gặp hiệu ứng Iđ và trên thực tế người ta thường dùng và hiểu hiệu ứng cảm ứng về phương diện tĩnh. • * Ngoài hiệu ứng cảm ứng I σ còn có hiệu ứng Iπ và hiệu ứng trường kí hiệu là F (Field Effect) • Hiệu ứng cảm ứng Iπ : là sự phân cực cảm ứng nhưng được truyền trên hệ liên hợp , gây nên sự luân phiên điện tích trên mạch liên hợp. Các hệ liên hợp thường gặp: -Liên hợp π - π VD: CH2=CH-CH=CH2 CH2=CH-CH=O -Liên hợp π - e VD:CH2=CH→Cl: Nguyên tử Cl liên kết chặt với gốc vinyl => vinyl clorua khó bị thế nhóm -Cl -Siêu liên hợp: Các liên kết C-H ở cạnh liên kết đôi tạo thành hiệu ứng liên hợp giống như một liên kết π VD:CH2=CH←CH3 Hiệu ứng trường : là hiệu ứng cảm ứng đặc biệt, truyền lực tĩnh điện qua khỏang không gian giữa các nhóm nguyên tử ở gần nhau mà không có liên kết hóa học trực tiếp. Hiệu ứng trường đóng vai trò quan trọng trong việc giải thích tính axit cao bất thường khi nhóm thế đính ở vị trí ortho- trong vòng benzen ( axit đang xét là axit benzôic chẳng hạn ). 2.1.Các nhóm gây ra hiệu ứng cảm ứng âm (-I) 2.1.1. Các halogen: Các nguyên tử halogen có hiệu ứng –I, khi độ âm điện càng lớn hiệu ứng -I càng mạnh. 2.1.2. Các nhóm mang điện tích dương (thiếu điện tử): Hiệu ứng cảm -I rất mạnh 2.1.3. Các nhóm trung hòa có nguyên tử độ âm điện lớn: có hiệu ứng -I yếu hơn, do âm điện yếu hơn của các nguyên tử nitrogen, oxygen, lưu huỳnh, phosphor [...]... mang điện tích âm như oxit, sunfuar cho điện tử tương đối dễ dàng: như vậy, gây hiệu ứng + I mạnh Vì S - có kích thước lớn hơn O-, điện tử ít bị nhân hút hơn, nên dễ nhường hơn HIỆU ỨNG CẢM TƯƠNG ĐỐI CỦA CÁC NHÓM THÔNG THƯỜNG HIỆU ỨNG - I HIỆU ỨNG + I Ghi chú Me : CH3 II ỨNG DỤNG CỦA HIỆU ỨNG CẢM ỨNG • 1 Ứng dụng hiệu ứng cảm để giải thích độ mạnh của các acid hữu cơ Acid càng mạnh khi: Ka càng lớn... có nối lưỡng cực như đều có hiệu ứng -I mạnh, nhưng yếu hơn hiệu ứng của nhóm ammonium đệ tứ, vì điện tích dương của nguyên tử nitrogen và lưu huỳnh được đền bù một phần bởi điện tích âm của nguyên tử oxigen gần kề 2.1.5 Độ âm điện của carbon tạp chủng sp lớn hơn carbon tạp chủng sp2, nên ta có: 2.2 Các nhóm gây ra hiệu ứng cảm dương (+I) 2.2.1 Các nhóm alkyl có hiệu ứng cảm + I yếu, gia tăng theo thứ... O - H: khi đó,H càng dễ tách rời thành ion H+ Do đó: · Khi acid có nhóm gây hiệu ứng cảm ứng âm, độ mạnh acid sẽ tăng · Ngược lại, khi phân tử acid có nhóm gây hiệu ứng cảm ứng dương, độ mạnh acid sẽ giảm Thí dụ 1: So sánh tính acid của các acid: HCOOH ; CH3COOH ; ClCH2COOH ? Giải thích: Nhóm Cl - CH2 hút điện tử (gây hiệu ứng - I) làm gia tăng sự phân cực của liên kết O- H, H càng linh động, làm acid... Acid γ-clorobutanoic CH2ClCH2CH2COOH 4,5 2 Ứng dụng hiệu ứng cảm để giải thích độ mạnh của bazo hữu cơ Tương tự như trường hợp các acid, bazo càng mạnh khi hằng số Kb càng lớn (hay pKb càng nhỏ) nghĩa là mật độ điện tử trên N càng quan trọng Vậy: · Khi phân tử baz có nhóm gây hiệu ứng cảm dương (+ I), độ mạnh của baz sẽ tăng · Khi phân tử baz có nhóm gây hiệu ứng cảm âm (- I), độ mạnh của baz sẽ giảm Thí... I), độ mạnh của baz sẽ tăng · Khi phân tử baz có nhóm gây hiệu ứng cảm âm (- I), độ mạnh của baz sẽ giảm Thí dụ: Ta có thứ tự tính baz như sau: @1 III ĐẶC ĐIỂM CỦA HIỆU ỨNG CẢM ỨNG • • • • • • • Đặc điểm nổi bật nhất của hiệu ứng cảm ứng là sự giảm sút rất nhanh khi kéo dài mạch truyền ảnh hưởng Để minh họa đặc điểm này ta có thể coi thí dụ về ảnh hưởng của Cl đến lực axit butyric Ka 105 CH3CH2CH2COOH... tăng Ka có 2 lần Cần chú ý rằng sự phân cực cảm ứng Iσ không bị cản trở bởi các yếu tố không gian KẾT LUẬN Qua việc nghiên cứu và tìm hiểu về hiệu ứng cảm ứng ta có thể rút ra được ý nghĩa : • Dùng để giải thích tính chất bất thường hoặc tính chất của các hợp chất hữu cơ như tính axit, tính baz, • Dùng để giải thích hướng phản ứng và cơ chế xảy ra phản ứng • • • • TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Đào Hùng Cường,... CH2 hút điện tử (gây hiệu ứng - I) làm gia tăng sự phân cực của liên kết O- H, H càng linh động, làm acid monocloroacetic có độ mạnh tăng lên so với acid formic Mặt khác, nhóm - CH3 đẩy điện tử (gây hiệu ứng +I) làm giảm sự phân cực của liên kết O – H , H càng khó bức rời, làm acid acetic có độ mạnh giảm so với acid formic Vậy ta có tính acid giảm theo thứ tự sau: Kết quả trên hoàn toàn phù hợp với . ta ít gặp hiệu ứng Iđ và trên thực tế người ta thường dùng và hiểu hiệu ứng cảm ứng về phương diện tĩnh. • * Ngoài hiệu ứng cảm ứng I σ còn có hiệu ứng Iπ và hiệu ứng trường kí hiệu là F. phân cực cảm ứng hay hiệu ứng cảm ứng. Nguyên tử clo là nguyên nhân chính gây ra sự phân cực đó, Ta nói : clo đã gây ảnh hưởng cảm ứng trong phân tử n-propyl clorua Vậy hiệu ứng cảm ứng là. các nguyên tử trong phân tử. Sự ảnh hưởng đó gây ra các hiệu ứng như hiệu ứng cảm ứng, hiệu ứng liên hợp, hiệu ứng không gian. Mỗi loại hiệu ứng nêu trên đều gây ra những ảnh hưởng nhất định đến