*Hiệu ứng cảm
--> Khái niệm.
Hiệu ứng cảm (I) là sự phân cực của liên kết gây nên sự do sự chệnh lệch về độ âm điện của 2 nguyên tử hay 2 nhóm nguyên tử tạo nhóm liên kết. ( nói cách khác hiệu ứng cảm là sự dịch chuyển cặp electron trong nối đơn do nhóm thế X hút hay đẩy cặp electron đó).
Hiệu ứng cảm được biểu diễn bằng hướng theo chiều di chuyển của đôi điện tử dùng chung.
Ví dụ:
Nếu nhóm thế X đẩy electron, ta nói X gây ra hiệu ứng cảm dương (+I). Nếu nhóm thế X hút electron, ta nói X gây ra hiệu ứng cảm âm. ( -I).
Ví dụ: Nếu ta lấy liên kết đơn ( -C-H) làm chuẩn. Nếu nguyên tử hay nhóm nguyên tử hút e mạnh hơn H thì sẽ gây hiệu ứng cảm âm. Nếu nguyên tử hay nhóm nguyên tử đẩy e mạnh hơn H thì sẽ gây hiệu ứng cảm dương.
Sau đây là nhóm thế X gây ra hiệu ứng cảm thường gặp:
(-I): -NO2 > -F > -Cl > -Br> -I > -OH
(+i): -C(CH3)3 > -CH(CH3)2 > -C2H5 > -CH3> -H
*Ứng dụng
_ Hiệu ứng cảm dùng để giải thích và so sánh tính axit hay tính bazơ của các chất hữu cơ hoặc dùng giải thích cơ chế của phản ứng….
Ví dụ: So sánh tính linh động của nguyên tử H trong nhóm (-OH) của Phenol và rượu?
Trong khi nhóm Phenyl hút e thì gốc ankyl trong phân tử rựơu đẩy e về phía nguyên tử O. Do vậy mật dộ e trên nguyên tử O tăng lên, sự phân cực của liên kết trong nhóm (-OH) giảm đi, tính linh động của nguyên tử H giảm theo:
R O H , C6H5 O H
Hoặc theo sách giáo khoa Hóa Học11 nâng cao trang 231 có giải thích như sau ( theo chương trình phân ban- Khoa học tự nhiên).
Vì sao phenol có lực axit mạnh hơn ancol? Vì sao phản ứng thế vào nhân thơm phenol dễ hơn ở benzen? Đó là do ảnh hưởng qua lại giữa gốc phenyl và nhóm hydroxyl như sau:
Cặp electron chưa tham gia liên kết của nguyên tử oxi do ở cách các electron của vòng benzen chỉ một liên kết nên tham gia liên hợp với các electron của vòng benzen làm cho mật độ electron dịch chuyển vào vòng benzen. Điều đó dẫn đến hệ quả sau:
+Liên kết O-H trở nên phân cực hơn, làm cho nguyên tử H linh động hơn.
+Mật độ electron ở vòng benzen tăng lên, nhất là ở vị trí ortho và para( vị trí ortho-vị trí cacbon thứ 6 và 2,para-cacbon thứ 4, meta -cacbon thứ 3 và 5 ….. xem SGK Hóa học 11 nâng cao trang 187), làm cho phản ứng thế dễ dàng hơn so với benzen và đồng đẳng của nó.
+Liên kết C-O trở nên bền vững hơn so với ancol, vì thế nhóm OH phenol không bị thế bởi gốc axit như nhóm OH ancol
--> Dùng hiệu ứng cảm để so sánh độ mạnh yếu của các axit hữu cơ:
Trong phân tử axit hữu cơ , do sự có mặt của nhóm cacbonyl nên liên kết O- H vốn phân cực trở nên phân cực rất mạnh. Kết quả là phân tử RCOOH dễ dàng phóng thích H+, thể hiện tính axit.
Axit hữu cơ càng mạnh thì nó phóng thích H+ càng dễ. Điều này xảy ra khi trên R có các nhóm thế gây hiệu ứng cảm âm.
Ví dụ: So sánh tính axit của rượu etylic với nước:
Trong phân tử rựơu etylic và nước xảy ra các hiệu ứng cảm
C2H5 O –H H O –H
Kết quả là liên kết O –H trong nước linh động hơn trong rượu nên nước có tính axit mạnh hơn rượu.
Ví dụ 2: So sánh tính axit của:
a) axit fomic; axit axetix; axit propionic
b) axit axetic; axit monoclo axetic; axit điclo axetic.
a. Trong phân tử axit trên xảy ra các hiệu ứng cảm :
Kết quả là liên kết O –H trong axit formic linh động nhất, rồi đến axit axetic và axit propionic. Vậy tính axit của axit formic > axit axetix> axit propionic.
b. Trong các phân tử axit trên xảy ra hiệu ứng cảm:
Kết quả là liên kết O –H trong axit điclo axetic linh động nhất rồi đến axit monoclo axetic và đến axit axetic. Do đó tính axit của axit điclo axetic > axit monoclo axetic > axit axetic.
--> Dùng hiệu ứng cảm để so sánh độ mạnh yếu của các bazơ hữu cơ.
Các amin đều có tính bazơ.
Tính bazơ càng mạnh thì khả năng thâu nhận H+ càng dễ. Điều này xảy ra khi các gốc R gắn trên nguyên tử N của amin là các gốc gây hiệu ứng cảm dương mạnh.
Ví dụ: So sánh tính bazơ của metylamin với amoniac và đimetylamin.
Trong các phân tử amin trên xảy ra các hiệu ừng cảm:
Kết quả là mật độ điện tích âm trên nguyên tử N của (III) > (I)>(II
--> Dự đoán sản phẩm phản ứng- khả năng phản ứng.
Dựa vào sự hút hoặc đẩy electron của nhóm thế X, ta có thể dự đoán được sản phẩm phản ứng, hoặc khả năng phản ứng của một chất.
Ví dụ
ự đoán sản phẩm phản ứng ( sản phẩm chính ) của phản ứng: CH3 –CH =CH2+HCl .
Do CH3 – là nhóm đẩy electron nên trong phân tử propen xảy ra sự phân cực: .
Kết quả là phần cation của tác nhân tấn công vào nhóm CH2, còn phần anion của tác nhân kết hợp vào nhóm CH như sau:
CH3 –CH =CH2 + HCl CH3 –CHCl –CH3
Ví dụ 2: Dự đoán khả năng phản ứng của benzen và toluen với Br2 ( bột sắt xúc tác).
Trong phân tử toluen, do CH3 – là nhóm đẩy electron làm tăng mật độ electron trong vòng thơm khiến phản ứng thế Brom xảy ra dễ hơn so với benzen.
[TẶNG BẠN] TRỌN BỘ Bí kíp học tốt 08 môn