15
CÁC HIU NG CU TRÚC TRONG PHÂN TCHT HU CƠ Sphân cc ca ni cng hóa trđơn – hiu ng cm (Inductive effect) Trên nguyên tc, các nhliên hóa trto nên do sgóp chung điện t, thuc vc2 nguyên tni. Tuy nhiên, vân đạo phân tdo các vân đạo nguyên ttạo nên thường bbiến dng. Skin nầy được gii thích bi sphân phối không đồng đều của các điện ttrong phân t. Nếu sphân phi ny liên hđến các điện tca ni , người ta có hiu ng cm. 1.1. Sphân cc ca ni cng hóa trđơn Xét trường hp ca các ni cng hóa trđơn H - H ; Cl - Cl trong các phân tđơn chất hydrogen và clor. Đôi điện tgóp chung (nhliên hóa tr) ca 2 nguyên tbhút đồng đều bi 2 nhân nguyên tging nhau nên được xem như cách đều 2 nhân ny, to nối đồng cc. Với trường hp các phân thp cht có ni cng hóa trđơn giữa 2 nguyên tkhác nhau, đôi điện tgóp chung thường bhút hay bđẩy vmt phía do skhác bit vđộ âm điện ca 2 nguyên t. Mật độ điện tích gia 2 nguyên tkhông đồng đều. Vân đạo phân tbkéo lch vmt phía. Hiện tượng ny gi là sphân cc ca ni cng hóa trđơn. Phân thp cht bphân cc trthành mt lưỡng cực điện thường trc: cc âm nguyên tđộ âm điện ln, cực dương ở nguyên tcó độ âm điện nh. Các lượng điện tích phân phi ti 2 cc thường được biu din bi ch gi là phân sđiện tích ( < 1). Thí d: 1.2. Khái nim vhiu ng cm Sbất đối xng vphương diện điện tích trên nối đơn giữa 2 nguyên tcòn ảnh hưởng đến các nối đơn kế cn trong phân t. Nói cách khác, nguyên tcó độ âm điện ln không nhng chảnh hưởng đến các nguyên tni trc tiếp vi nó mà còn ảnh hưởng đến các nguyên txa hơn. Ảnh hưởng htương giữa các nguyên tny gi là hiu ng cm. 1.3. Định nghĩa Hiu ng cm là hiu ứng đặc bit ca nối đơn gây ra do skhác bit vđộ âm điện ca 2 nguyên thay 2 nhóm nguyên tni vi nhau. Hiu ng cm ký hiu là I và được biu din bằng mũi tên đặt gia nối đơn để phân bit vi ni phi trí. Chiều mũi tên chỉ chiu di chuyn của điện t. Để có thphân loi vhiu ng cảm, người ta quy ước chn nguyên thydrogen để so sánh (Ni C ¾ H được xem như không phân cực: I = 0) v Nguyên thay nhóm nguyên tcó khuynh hướng đẩy điện t(hút điện tyếu hơn hydrogen) gây hiu ng cảm dương (+I). v Nguyên thay nhóm nguyên tcó khuynh hướng hút điện t(hút điện tmnh hơn hydrogen) gây hiu ng cm âm (-I). 1.4. Tính cht Hiu ng cm có các tính cht sau: ¨ Chliên quan đến điện tca nối đơn . ¨ Có tính cách thường trc. ¨ Truyn dc theo mch C . ¨ Gim dn ảnh hưởng khi càng xa tâm gây ra hiu ng

Cac Hieu Ung Cau Truc Trong Phan Tu Chat Huu Co

Embed Size (px)

DESCRIPTION

HUHU

Citation preview

Page 1: Cac Hieu Ung Cau Truc Trong Phan Tu Chat Huu Co

CÁC HIỆU ỨNG CẤU TRÚC TRONG PHÂN TỬ CHẤT HỮU CƠ

Sự phân cực của nối cộng hóa trị đơn – hiệu ứng cảm (Inductive effect) Trên nguyên tắc, các nhị liên hóa trị tạo nên do sự góp chung điện tử , thuộc về cả 2 nguyên tử nối.

Tuy nhiên, vân đạo phân tử do các vân đạo nguyên tử tạo nên thường bị biến dạng. Sự kiện nầy được giải

thích bởi sự phân phối không đồng đều của các điện tử trong phân tử . Nếu sự phân phối nầy liên hệ

đến các điện tử của nối , người ta có hiệu ứng cảm.

1.1. Sự phân cực của nối cộng hóa trị đơn

Xét trường hợp của các nối cộng hóa trị đơn H - H ; Cl - Cl trong các phân tử đơn chất hydrogen và clor.

Đôi điện tử góp chung (nhị liên hóa trị) của 2 nguyên tử bị hút đồng đều bởi 2 nhân nguyên tử giống nhau

nên được xem như cách đều 2 nhân nầy, tạo nối đồng cực.

Với trường hợp các phân tử hợp chất có nối cộng hóa trị đơn giữa 2 nguyên tử khác nhau, đôi điện tử góp

chung thường bị hút hay bị đẩy về một phía do sự khác biệt về độ âm điện của 2 nguyên tử. Mật độ điện

tích giữa 2 nguyên tử không đồng đều. Vân đạo phân tử bị kéo lệch về một phía. Hiện tượng nầy gọi là sự

phân cực của nối cộng hóa trị đơn.

Phân tử hợp chất bị phân cực trở thành một lưỡng cực điện thường trực: cực âm ở nguyên tử có

độ âm điện lớn, cực dương ở nguyên tử có độ âm điện nhỏ. Các lượng điện tích phân phối tại 2 cực

thường được biểu diễn bởi chữ gọi là phân số điện tích ( < 1). Thí dụ:

1.2. Khái niệm về hiệu ứng cảm

Sự bất đối xứng về phương diện điện tích trên nối đơn giữa 2 nguyên tử còn ảnh hưởng đến các nối đơn kế

cận trong phân tử. Nói cách khác, nguyên tử có độ âm điện lớn không những chỉ có ảnh hưởng đến các

nguyên tử nối trực tiếp với nó mà còn ảnh hưởng đến các nguyên tử xa hơn.

Ảnh hưởng hỗ tương giữa các nguyên tử nầy gọi là hiệu ứng cảm.

1.3. Định nghĩa

Hiệu ứng cảm là hiệu ứng đặc biệt của nối đơn gây ra do sự khác biệt về độ âm điện của 2 nguyên tử

hay 2 nhóm nguyên tử nối với nhau.

Hiệu ứng cảm ký hiệu là I và được biểu diễn bằng mũi tên đặt giữa nối đơn để phân biệt với nối phối

trí. Chiều mũi tên chỉ chiều di chuyển của điện tử.

Để có thể phân loại về hiệu ứng cảm, người ta quy ước chọn nguyên tử hydrogen để so sánh (Nối

C ¾ H được xem như không phân cực: I = 0)

v Nguyên tử hay nhóm nguyên tử có khuynh hướng đẩy điện tử (hút điện tử yếu hơn hydrogen) gây

hiệu ứng cảm dương (+I).

v Nguyên tử hay nhóm nguyên tử có khuynh hướng hút điện tử (hút điện tử mạnh

hơn hydrogen) gây hiệu ứng cảm âm (-I).

1.4. Tính chất Hiệu ứng cảm có các tính chất sau:

¨ Chỉ liên quan đến điện tử của nối đơn .

¨ Có tính cách thường trực.

¨ Truyền dọc theo mạch C .

¨ Giảm dần ảnh hưởng khi càng xa tâm gây ra hiệu ứng

Page 2: Cac Hieu Ung Cau Truc Trong Phan Tu Chat Huu Co

1.5. Phân loại các nhóm gây ra hiệu ứng cảm

a. Các nhóm gây ra hiệu ứng cảm âm (-I) a1. Các halogen: Các nguyên tử halogen có hiệu ứng -I quan trọng, khi độ âm điện càng lớn hiệu ứng -I

càng mạnh.

a2. Các nhóm mang điện tích dương (thiếu điện tử) do đó, hiệu ứng cảm -I rất mạnh

a3. 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

a4. Các nhóm trung hòa 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

a5. Độ âm điện của carbon tạp chủng sp lớn hơn carbon tạp chủng sp2, nên ta có:

b. Các nhóm gây ra hiệu ứng cảm dương (+I)

b1. Các nhóm alkyl có hiệu ứng cảm + I yếu, gia tăng theo thứ tự sau đây:

b2. Các nhóm có nguyên tử mang điện tích âm như oxid, sulfur... 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.

1.6. Bảng xếp hạng một số nhóm gây ra hiệu ứng cảm (Xem bảng 1.1)

Page 3: Cac Hieu Ung Cau Truc Trong Phan Tu Chat Huu Co

* NGUYÊN TẮC

a. Hiệu ứng cảm - I gia tăng với đô âm điện của nguyên tử đơn độc, hoặc thuộc một nhóm:

b. Trong lúc hiệu ứng cảm + I giảm với các ion tương ứng:

(Vì nguyên tử oxigen giữ điện tích âm dễ dàng hơn nguyên tử nitrogen)

1. Hiệu ứng cảm - I của nhóm metoxil yếu hơn của nhóm hidroxil, vì sức hút điện tử của

nguyên tử oxigen trong nhóm metoxil đươc bù đắp phần nào bởi hiệu ứng cảm + I của nhóm metil:

Như vậy, muốn biết hiệu ứng cảm chung của một nhóm phức tạp, người ta cộng đại số các hiệu ứng

của các thành phần của nó.

Bảng 1.1. HIỆU ỨNG CẢM TƢƠNG ĐỐI CỦA CÁC NHÓM THÔNG THƢỜNG

HIỆU ỨNG - I HIỆU ỨNG + I

Ghi chú Me : CH3

Page 4: Cac Hieu Ung Cau Truc Trong Phan Tu Chat Huu Co

1.7. Ứng dụng

a. Ứng dụng hiệu ứng cảm để giải thích độ mạnh của các acid hữu cơ

Acid càng mạnh khi: Ka càng lớn ([H+] càng lớn), hay pKa càng nhỏ: có nghĩa là khi nhị liên hóa trị

giữa O và H càng bị kéo về phía O, càng làm gia tăng sự phân cực của liên kết O - H: khi đó,H càng dễ

tách rời thành ion H+.

. Do đó:

· Khi acid có nhóm gây hiệu ứng cảm âm, độ mạnh acid sẽ tăng.

· Ngược lại, khi phân tử acid có nhóm gây hiệu ứng cảm 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 monocloroacetic có độ mạnh tăng lên so với acid formic. Mặt khác, nhóm ¾

CH3 đẩy điện tử (gây hiệu ứng +I) làm giảm sự phân cực của liên kết O ¾ 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:

@2. Tính acid giảm theo thứ tự sau:

Các kết quả trên hoàn toàn phù hợp với các giá trị thực nghiệm như sau:

BẢNG TRỊ SỐ pKa CỦA MỘT SỐ ACID CARBOXYLIC

TÊN THÔNG THƢỜNG CÔNG THỨC CẤU TẠO pKa

Acid formic HCOOH 3,75

Acid acetic CH3COOH 4,75

Acid monocloroacetic ClCH2COOH 2,81

Acid butanoic CH3CH2CH2COOH 4,82

Acid a-clorobutanoic CH3CH2CHClCOOH 2,9

Acid b-clorobutanoic CH3CHClCH2COOH 4,1

Acid g-clorobutanoic CH2ClCH2CH2COOH 4,5

b. Ứng dụng hiệu ứng cảm để giải thích độ mạnh của baz hữu cơ

Page 5: Cac Hieu Ung Cau Truc Trong Phan Tu Chat Huu Co

Tương tự như trường hợp các acid, baz 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 dụ: @1. Ta có thứ tự tính baz như sau:

2. Sự phân cực của nối cộng hóa trị đa – hiệu ứng cộng hƣởng

Trong một nối đôi cô lập, sự khác biệt giữa 2 nguyên tử nối hoặc giữa các nhóm thế gắn trên 2 nguyên tử

nối đưa đến một sự bất đối xứng tương tợ như hiệu ứng cảm trong nối s. Nhưng một hiện tượng mới xuất

hiện trong các phân tử có nối đôi tiếp cách (conjugate). Trong trường hợp nầy, sự phân phối điện tử

khác hẳn sự phân phối trong các cơ cấu có nối hóa trị thông thường (cơ cấu Lewis), và không một cơ

cấu nối cộng hóa trị riêng biệt nào thích hợp với tất cả tính chất của phân tử. Một số lý tính và hóa tính

của các chất nầy được giải thích thỏa đáng bởi sự lai hoá của nhiều cấu tạo Lewis, gọi là các công thức

cộng hưởng, chúng khác nhau ở vị trí của các điện tử.

2.1. Sự phân cực của nối cộng hóa trị đôi

Xét nối cộng hóa trị đôi C=O trong phân tử formaldehid.

Nguyên tử oxigen có độ âm điện lớn hơn nguyên tử carbon

nên hút 2 điện tử của liên kết p về phía nó. Ta nói liên kết đôi bị phân cực.

Ta đã biết một nối cộng hóa trị đôi gồm: một nối s bền và một nối p kém bền. Các điện tử của nối p linh

động hơn. Do đó, sự phân cực của nối đôi dễ thực hiện hơn sự phân cực của nối đơn.

2.2. Sự phân cực của nối cộng hóa trị ba

Hiện tượng phân cực nói trên cũng xảy ra dễ dàng với nối tam vì trong nối nầy ta có: một nối (hay s) và

2 nối (hay p)

Page 6: Cac Hieu Ung Cau Truc Trong Phan Tu Chat Huu Co

Một cách tổng quát, khi có một nối đa giữa 2 nguyên tử có độ âm điện khác nhau, các điện tử p bị hút

về phía nguyên tử có độ âm điện lớn, gây nên sự phân cực của nối.

CHÚ THÍCH

1. Nối s trong nối đôi cũng bị phân cực khi 2 nguyên tử nối với nhau có độ âm điện khác nhau. Tuy nhiên, vì các điện tử p linh động hơn điện tử s, sự di chuyển của điện tử p gây nên sự phân cực

quan trọng hơn.

Trong hóa học của carbon, điện tử của nối p là do các điện tử p tạo thành. Tính linh động của

điện tử p ,thực ra là của điện tử p, là do cách phủ bên của vân đạo p với nhau tạo thành nối p

Khi có điều kiện thích hợp các điện tử p của những nhị liên cô lập cũng có thể bị hút và di chuyển

trong phân tử .

2. Trong trường hợp có liên kết p giữa 2 nguyên tử giống nhau ta vẫn có hiệu ứng cộng hưởng do 2 nguyên nhân:

a. Sự linh động của điện tử p. Sự phân cực có thể xảy ra theo 2 chiều trong phân tử.

b. Ảnh hưởng của tâm gây hiệu ứng cảm. Thí dụ:

2.3. Định nghĩa hiệu ứng cộng hưởng (Resonance effect)

Hiệu ứng cộng hưởng là hiện tượng xảy ra khi có sự di chuyển của điện tử p hay điện tử p trong phân

tử.

Tương tự như hiệu ứng cảm, người ta quy ước:

- Nguyên tử hay nhóm nguyên tử hút điện tử gây ra hiệu ứng cộng hưởng âm (- R).

- Nguyên tử hay nhóm nguyên tử đẩy điện tử gây ra hiệu ứng cộng hưởng dương (+ R).

GHI CHÚ: Hiệu ứng cộng hưởng còn có ký hiệu là: M (+M hoặc -M)

1. Sự di chuyển của các điện tử được biểu diễn bằng một mũi tên cong

chỉ rõ vị trí và hướng di chuyển của điện tử (hướng từ nhóm có độ âm điện

nhỏ đến nhóm có độ âm điện lớn) Thí dụ:

Page 7: Cac Hieu Ung Cau Truc Trong Phan Tu Chat Huu Co

2. Trong trường hợp giới hạn, đôi điện tử p hoặc p bị kéo hẳn về một nguyên tử. Ta có các

điện tích (-) và (+) phân phối trên các nguyên tử liên hệ tạo ra sự phân cực của nối.

Thực tế, nhị liên p không bị kéo hoàn toàn về một nhóm, do đó:

- Công thức thực của formaldehid là công thức trung gian giữa 2 công thức giới hạn (I) và (I')

- Công thức thực của acid acetic là công thức trung gian giữa 2 công thức giới hạn (II) và (II').

Các công thức (I) và (I') ; (II) và (II') đều gọi là công thức cộng hưởng của formaldehid và acid acetic.

Công thức thực sự của phân tử là tổ hợp giữa các công thức giới hạn nầy, về cơ học lượng tử, tổ hợp

tuyến tính của 2 công thức giới hạn nầy dẫn đến hóa chất có năng lượng thấp hơn năng lượng tương

ứng với mỗi công thức giới hạn.

3. Để chỉ rõ sự cộng hưởng nầy, người ta đặt mũi tên 2 đầu («) giữa các công thức cộng

hưởng. Thí dụ:

Mũi tên 2 đầu ( ) đặt ở giữa 2 cơ cấu cộng hưởng dùng để biểu thị sự phân phối các điện tử

khác nhau, chứ không phải các hợp chất khác nhau trong sự cân bằng, nó không bao hàm ý nghĩa: đó là

một phản ứng hóa học. Để biểu thị sự cân bằng, người ta dùng 2 mũi tên đặt song song và ngược chiều

nhau, để chỉ một phản ứng hóa học thuận nghịch.

Page 8: Cac Hieu Ung Cau Truc Trong Phan Tu Chat Huu Co

4. Theo thuyết vân đạo, hiện tượng nầy là do sự bất định xứ của các điện tử trong vân đạo

phân tử p và vân đạo nguyên tử p. Các điện tử (nguyên thủy) trong các vân đạo trên có thể che phủ với

nhau, tạo thành vân đạo phân tử lan rộng trên phân tử, trong đó các điện tử di chuyển.

2.4. Đặc tính

a. Hiệu ứng cộng hưởng chỉ xảy ra khi có sự hiện diện của nối p

Thí dụ:

b. Hiệu ứng cộng hưởng có thể truyền trong phân tử khi có

b1. Nối đa tiếp cách (cộng hưởng p - p)

Ta có nối đa tiếp cách khi nối đa nầy cách với nối đa kia bởi một nối đơn s

Page 9: Cac Hieu Ung Cau Truc Trong Phan Tu Chat Huu Co

b2. Nối đa tiếp cách với nguyên tử có nhị liên p cô lập (cộng hưởng p-p)

Điện tử cô lập, còn được gọi là điện tử tự do hoặc điện tử không nối (nonbonding electron)

Điện tử p cô lập: là điện tử của nhị liên thuộc phụ tầng p chưa tham dự vào nối nào.

Ta có nối đa và nhị liên cô lập p tiếp cách khi chúng cách nhau bởi một nối đơn s.

b3. Nối đa tiếp cách với nguyên tử có vân đạo p trống (cộng hưởng p - p)

¨ Vân đạo p trống: là vân đạo p không có điện tử

2.5. Quy tắc viết công thức cộng hưởng

a. Trong hiện tượng cộng hưởng, chỉ có sự di chuyển của các điện tử p và điện tử p cô lập, không có sự

di chuyển của các nguyên tử.

(III) không phải là công thức cộng hưởng của aceton.

b. Trong cách viết công thức cộng hưởng phải chú trọng đến cơ cấu điện tử ngoại biên của mỗi nguyên tử,

không một nguyên tử nào có thể vượt quá số điện tử tối đa của từng ngoại biên

Hydrogen chỉ chứa tối đa 2 điện tử ngoại biên.

Các nguyên tử ở chu kỳ hai của bảng phân loại tuần hoàn chỉ chứa tối đa 8 điện tử ngoại biên.

Tuy nhiên, các nguyên tử thuộc chu kỳ ba, như lưu huỳnh; phosphor, có thể chứa nhiều hơn 8 điện

tử (do chúng có thể sử dụng thêm vân đạo d).

Page 10: Cac Hieu Ung Cau Truc Trong Phan Tu Chat Huu Co

c. Chiều di chuyển của điện tử là chiều hướng về nguyên tử có độ âm điện lớn.

Một cách tổng quát, dạng cộng hưởng bền là dạng ứng với điện tích (-) nằm trên nguyên tử có độ âm

điện lớn nhất trong phân tử .

d. Tuy nhiên, trong sự cộng hưởng p - p, chiều di chuyển của điện tử là chiều từ nguyên tử có nhị liên

cô lập đến nối đa. Nhưng khi vân đạo p là vân đạo p trống, thì chiều di chuyển điện tử sẽ là chiều từ p

đến p (Xem thí dụ @1 và @2 ở trên).

e. Các cơ cấu lưỡng cực ít bền hơn cơ cấu không cực. Số nối cộng hóa trị càng nhiều, cơ cấu cộng

hưởng càng bền và đóng góp càng nhiều trong tạp chủng cộng hưởng.

Hai cơ cấu cộng hưởng (I) và (II) trên của acid acetic có cùng số nối cộng hóa trị, nhưng cơ cấu (II) ít bền

hơn vì có sự phân ly điện tích . Acid acetic giống dạng (I) nhiều hơn dạng (II).

f. Sự phân cách điện tích cùng dấu càng lớn, cơ cấu cộng hưởng càng bền. Và trái lại, sự phân cách

điện tích khác dấu càng lớn, cơ cấu cộng hưởng càng ít bền.

Page 11: Cac Hieu Ung Cau Truc Trong Phan Tu Chat Huu Co

Công thức cộng hưởng với 2 điện tích cùng dấu trên 2 nguyên tử kế cận không bền. Do đó, dạng nầy

không có trong thực tế.

Tính bền: (I) > (II)

g. Hóa chất càng bền, nếu các công thức cộng hưởng càng gần tương đương nhau (những công thức cộng

hưởng càng tương đương thì có năng lượng càng gần nhau), độ cộng hưởng càng cao. Hợp chất càng bền

khi càng có nhiều công thức cộng hưởng.

h. Không phải tất cả các dạng cộng hưởng đều đóng góp như nhau cho cấu trúc thật sự của phân tử:

dạng nào bền nhất thì đóng góp nhiều nhất. Các dạng cộng hưởng không có sự phân ly điện tích, với số

liên kết cộng hóa trị nhiều nhất, và có 8 điện tử xung quanh mỗi nguyên tử (ngoại trừ hydrogen và các

nguyên tử ở chu kỳ ba như: lưu huỳnh, phosphor), các dạng cộng hưởng nầy rất quan trọng và đó chính là

những dạng đóng góp chánh (major contributors). Những dạng có số liên kết cộng hóa trị ít hơn và có sự

phân ly điện tích thì ít ảnh hưởng đến tính chất của phân tử hơn, ta gọi đó là những dạng đóng góp phụ

(minor contributors).

Tóm lại: Cơ cấu cộng hưởng càng bền, đóng góp càng nhiều cho cơ cấu thật sự của

phân tử :ta gọi đó là dạng đóng góp chánh, và ngược lại.

Nguyên tử carbon của hai dạng (I) và (II) đều có một liên kết đôi với một nguyên tử oxigen và một

liên kết đơn với nguyên tử oxigen còn lại. Mỗi nguyên tử (ngoại trừ hydrogen) có 8 điện tử xung quanh.

Cơ cấu của dạng (III) thì khác hẳn. Nguyên tử carbon chỉ có 6 điện tử ở tầng ngoại biên và mang điện tích

dương. Không có liên kết đôi, và cả 2 nguyên tử oxigen đều mang điện tích âm. Dạng thứ (III) nầy có năng

lượng cao hơn và kém bền hơn 2 dạng (I) và (II), bởi vì nó có ít liên kết hơn và có sự phân ly điện tích. Sự

phân ly điện tích: một nguyên tử mang điện tích dương trong khi một nguyên tử mang điện tích âm, có thể

Page 12: Cac Hieu Ung Cau Truc Trong Phan Tu Chat Huu Co

đạt được chỉ thông qua sự tiêu thụ năng lượng. Do đó, 2 công thức cộng hưởng (I) và (II) là 2 dạng đóng

góp chánh, (III) là dạng đóng góp phụ.

2.6. Bảng phân loại các nguyên tử hay nhóm nguyên tử gây hiệu ứng cộng hưởng

Hiệu ứng cộng hưởng tương đối của các nhóm thông thường được ghi trong bảng 1.1.

Đồng thời, một nguyên tử hay nhóm nguyên tử có thể vừa gây hiệu ứng cộng hưởng (R) vừa gây hiệu ứng

cảm (I) (Xem bảng 1.2)

Bảng 1.1. HIỆU ỨNG CỘNG HƢỞNG CỦA VÀI NHÓM THÔNG THƢỜNG

HIỆU ỨNG - R HIỆU ỨNG +R

HIỆU ỨNG - R HIỆU ỨNG +R

Bảng 1.2. HIỆU ỨNG CẢM VÀ HIỆU ỨNG CỘNG HƢỞNG CỦA VÀI NHÓM THÔNG

THƢỜNG

NGUYÊN TỬ HAY NHÓM NGUYÊN TỬ R I

+ +

+ +

+ -

+ -

Page 13: Cac Hieu Ung Cau Truc Trong Phan Tu Chat Huu Co

+ -

- -

- -

2.7. Ứng dụng

Hiệu ứng cộng hưởng cũng có những ứng dụng tương tự như hiệu ứng cảm

a. Giải thích độ mạnh của các acid hữu cơ

Các chất hữu cơ có chứa nhóm -OH có thể phóng thích proton H+, do đó có tính acid.

Acid càng mạnh khi: Ka càng lớn ([H+] càng lớn), hay pKa càng nhỏ: có nghĩa là khi nhị liên

hóa trị giữa O và H càng bị kéo về phía O, càng làm gia tăng sự phân cực của liên kết O ¾ H: khi đó,H

càng dễ tách rời thành ion H+.

. Do đó:

Khi acid có nhóm gây hiệu ứng cộng hưởng âm (-R) làm cho nhị liên của --OH bị kéo về gần O hơn, độ

mạnh acid sẽ tăng.

Ngược lại, khi phân tử acid có nhóm gây hiệu ứng cộng hưởng dương (+R) làm cho nhị liên của --OH ít

bị kéo về O hơn, độ mạnh acid sẽ giảm.

Thí dụ @1: So sánh tính acid của etanol và phenol: ta thấy tính acid của phenol mạnh hơn tính acid của

etanol (pKa của phenol = 10 ; trong khi pKa của etanol = 17)

GIẢI THÍCH

Trong phân tử etanol, nhóm etil gây hiệu ứng + I, đẩy điện

tử về nhóm -OH, làm giảm sự phân cực của liên kết giữa O và H.

Trong phân tử phenol, do hiệu ứng cộng hưởng p - p , đôi điện tử p tự do của oxigen di chuyển về phía

nhân benzen: làm nhân benzen càng dồi dào điện tử đặc biệt ở các vị trí orto và para, O trở nên thiếu điện

tử, càng có khuynh hướng kéo đôi điện tử góp chung với H về phía nó, làm tăng sự phân cực của liên kết

O-H. Do đó, phenol có tính acid mạnh hơn etanol.

Page 14: Cac Hieu Ung Cau Truc Trong Phan Tu Chat Huu Co

Thí dụ @2. So sánh tính acid của p-nitrophenol và m-nitrophenol, người ta nhận thấy p-nitrophenol

(pKa = 7,15) có tính acid mạnh hơn m-nitrophenol.

GIẢI THÍCH

Cả 2 acid đều có nhóm -NO2 gây ra hiệu ứng -R và -I, có tác dụng rút điện tử mạnh. Tuy nhiên, với phân

tử p-nitrophenol, hiệu ứng cộng hưởng lan rộng đến nguyên tử O của nhóm -OH, mật độ điện tử trên O

giảm: càng làm nhị liên hóa trị giữa O và H bị kéo về phía O, H dễ tách rời dưới dạng H+ .

Trái lại, trong phân tử m-nitrophenol, hiệu ứng cộng hưởng âm do nhóm -NO2 gây ra chỉ liên hệ

đến nhân benzen và không truyền tới nhóm -OH. Do đó, liên kết O-H khó đứt hơn và m-nitrophenol có

tính acid yếu hơn p-nitrophenol.

Page 15: Cac Hieu Ung Cau Truc Trong Phan Tu Chat Huu Co

b. Giải thích độ mạnh của các baz hữu cơ

Tương tự như trường hợp các acid, baz càng mạnh khi hằng số Kb càng lớn (hay pKb càng nhỏ)

nghĩa là: mật độ điện tử trên N phải càng quan trọng. Vậy:

Khi phân tử baz có nhóm gây hiệu ứng cộng hưởng dương (+ R), độ mạnh của baz sẽ tăng.

Khi phân tử baz có nhóm gây hiệu ứng cộng hưởng âm (- R), độ mạnh của baz sẽ giảm.

Thí dụ: Ta có thứ tự tính baz như sau: