INDUKČNÍ  a  MEZOMERNÍ  EFEKT

INDUKČNÍ EFEKT

V řadě organických sloučenin se vyskytují polární vazby. Vazba je tím polárnější, čím je rozdíl elektronegativit obou vázaných prvků větší.

A – prvek Li má menší elektronegativitu                              B – Cl má větší elektronegativitu

Li má malou elektronegativitu, se stává ochotně kationtem. Svůj elektron ochotně nabízí. Viz elektronová konfigurace a jeho postavení v I.A skupině.

A:  (+I ef.)

Šipkami se označuje vliv na sousední atomy a posun elektronů. Je jasné snižování parciálního náboje v řadě uhlíků v závislosti na vzdálenosti od navázaného prvku M  resp. X.

B:  (-I ef.)

Sousední atom uhlíku je zde nejvíce „okrádán“  o elektron, čili je kladnější než ostatní.

Místo šipek používáme obvykle vyplněné trojúhelníčky rozšířené na stranu elektronegativnějího prvku.

+I  EFEKT :  jeví atomy nebo atomové skupiny, které přitahují vazebné elektrony méně , než by je přitahoval atom vodíku, kdyby byl na jejich místě.
-I  EFEKT :  jeví atomy nebo atomové skupiny, které přitahují vazebné elektrony silněji , než by je přitahoval atom vodíku, kdyby byl na jejich místě.

Příklad:
 Vliv substituentů  s kladným a záporným indukčním efektem na konstantu acidity KA kyseliny octové. (čím ochotněji kyselina odštěpuje vodíkový kationt (podle Arh.t.), tím je silnější a má hodnotu KA větší)  
				CH3COOH  -  slabá kyselina

Charakteristická i pro anorganické kyseliny je skupina OH, kde se vodík ochotně odštěpuje. 

V kys.octové je vázána CH3- skupina, která jeví +I efekt, zvyšuje tedy elektronovou hustotu na uhlíku skupiny  -COOH. Díky posunu parciílního náboje i dále na kyslík v –OH skupině (kyslík je o něco zápornější než obvykle), tudíž kyslík sám nemá potřebu odtrhávat elektron z pozitivnějšího vodíku a ten se tím stává měně kyselý – méně se snaží odtrhávat se. Dochází k poklesu polarity mezi O a H  ve skupině  -OH. Vodík v kyselině mravenčí takovémuto efektu nepodléhá, tudíž je kyselina mravenčí silnější než octová.

Obdobně, ale opačně,  lze vysvětlit situaci se –I efektem a kyselinou octovou substituovanou fluorem – částicí jevící  -I ef.

Je důležité si uvědomit, že se vzrůstající vzdáleností od polární vazby se  účinky efektu rychle vytrácejí. 

Pokud je substituentů více, záleží na tom, jakým efektem jednotlivé substituenty působí. Pokud je jejich působení stejné, je celkový indukční efekt výraznější.Pokud působí různě, výsledný efekt je dán jejich součtem.

ZÁVĚR:  - I efekt   -  např. halogeny – mají větší elektronegativitu než C             
                 +I efekt   -  např. methyl – alkyl, kov  - mají menší elektronegativitu než C             
Probíhá jen na jednoduchých vazbách, na vazbách sigma.
                                                                                    (více str.  101 – 104 zelená učebnice)

MEZOMERNÍ EFEKT

Je pozorován u sloučenin s násobnými vazbami nebo tam,kde se podílejí na vazbě nevazebné elektronové páry.

Zopakujme stav rozložení pí elektronů v konjugovaných dienech. 

Dochází k rozdělení  elektronů podél celé molekuly   -   delokalizace    – elektronů. 

Rovnoměrné rozdělení je jen u cyklických konjugovaných systémů, u lineárních k úplnému vyrovnání stejné délky vazeb nedochází.

Kekuleho struktury: 

Aromatický systém je cyklický a má zcela rovnocenné vazby. Aromatické systémy mají 4n + 2   elektronů, kde n = 0 nebo celé kladné číslo. Pro n = 1 , pí elektronů je 6, je to  benzen.  Ten se skládá z 6 uhlíků v hybridizaci sp2, orbitaly svírají úhly 120o .Vše je v rovině – planární. Na každém z atomů uhlíku se kromě tří hybridních orbitalů nachází ještě 1 nehybridizovaný pz orbital – kolmo. Vytváří oblak    elektronů nad a pod rovinou uhlíkových atomů.

Sloučeniny s delokalizovanými elektrony jsou energeticky chudší (výhodnější) než by měly nedelokalizovné sloučeniny ( benzen x cyklohexa-1,3,5-trien).  Rozdíl energie takových sloučenin se nazývá delokalizační energie. Čím je větší, tím je sloučenina stálejší. 
Pro benzen je 151 kJ.mol-1. Délka vazeb v benzenu (0,139nm) je menší než (-)(0,154nm) a delší než (=)(0,134nm).

Je-li v konjugovaném systému připojen substituent, který snižuje nebo zvyšuje elektronovou hustotu v systému, dochází k posunu elektronů na   vazbách.

1. + M efekt

A – Cl nevazebné el.páry poskytuje do konjugace       B – NH2 je substituent +Mefektu
+M efekt jeví částice zvyšující  elektronovou hustotu v konjug.systému

Cl poskytuje elektrony, tím se zvyšuje elektronová hustota vazby C-Cl a tím i její pevnost. Současně se vytváří parciální záporný náboj na uhlíku koncové skupiny CH2-.(jakoby byl elektron (=) vazby vytlačen kvůli čtyřvaznosti uhlíku)
Pokud je substituent poskytující  elektrony vázán na benzenovém jádře, dochází k zvýšení elektronové hustoty  na uhlíkových atomech v polohách 2,4,6. Tím roste jejích reaktivita.

2. - M efekt

A – -CN skupina snižuje  el.hustotu       B – NO2 nese parciální kladný náboj na dusíku
Vysvětlení je obdobné, ale dochází k odčerpávání  elektronů. U arenů vede do poloh 3,5 a snižuje se reaktivita benzenového jádra vůči elektrofilním napadením.(odčerpaly se elektrony)

ZÁVĚR:  -  M efekt   -  např. kyanidová skupina – dusík si stahuje pro sebe elektrony            
                 + M efekt   -  např. halogeny -  vnášejí elektrony z nevazebných el. párů
Probíhá jen v konjugovaných systémech obsahujících  elektrony
                                                                               (více str.  111 – 112 zelená učebnice)