Apuntes, Química Orgánica I EFECTOS INDUCTIVO Y CONJUGATIVO O DE RESONANCIA PDF

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EFECTOS INDUCTIVO Y CONJUGATIVO O DE RESONANCIATal como se indica en la página 33 de las UUDD, el efecto inductivo consiste en undesplazamiento de la nube electrónica de los enlaces de una molécula a través de toda lacadena de átomos. Este desplazamiento surge como consecuencia de la polarización de...

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EFECTOS INDUCTIVO Y CONJUGATIVO O DE RESONANCIA

Tal como se indica en la página 33 de las UUDD, el efecto inductivo consiste en un desplazamiento de la nube electrónica de los enlaces de una molécula a través de toda la cadena de átomos. Este desplazamiento surge como consecuencia de la polarización de enlaces covalentes en la molécula y, por tanto, está provocado (inducido) por la presencia de un átomo electronegativo que atrae hacia sí la nube electrónica del enlace con el átomo de carbono al que está unido. El efecto, por tanto, se transmite a lo largo de toda la cadena, aunque su intensidad decrece drásticamente con la distancia al átomo electronegativo que lo provoca. Dicho efecto es responsable de que en la molécula aparezca una polarización permanente. Es importante tener en cuenta aquí que, tal como se indica en la página 34, este desplazamiento electrónico supone una deformación de la nube electrónica de los enlaces, pero los electrones siguen perteneciendo al mismo octete. Así, en una molécula orgánica, el efecto inductivo se transmite tal como se indica en el siguiente ejemplo:  +  + CH3 CH2

+ CH2

X

nubes el ectróni cas de los enlaces

El dibujo muestra cómo las nubes electrónicas de los enlaces sigma se deforman como consecuencia de la presencia del elemento electroatrayente. Ello da lugar a que los átomos de carbono de la cadena presenten una fracción de carga positiva que disminuye progresivamente con la distancia. A este efecto se le llama efecto –I y, dado que produce una polarización permanente en la molécula, es responsable de que tengan lugar ciertas reacciones orgánicas como la sustitución nucleófila; una especie con carga negativa o rica en electrones atacará al átomo de carbono más cargado positivamente, es decir, al que está directamente unido al grupo electronegativo. El efecto inductivo también puede ser positivo (efecto + I). Por ejemplo, los grupos alquilo, a través de las nubes electrónicas de sus enlaces, aportan carga a un átomo de carbono deficiente en ella. Por ello, debido a este efecto, los carbocationes de la serie alquílica se estabilizan tanto más cuantos más grupos alquilo estén unidos al carbono con carga positiva:

H

H

H

C

H C

C

H

H estabilización por efecto I+

C H

H

H

Es decir, el efecto +I se manifiesta principalmente frente a una carga positiva que tiende a ser compensada por las nubes electrónicas de los enlaces adyacentes. Resulta así, como generalización, que todos aquellos átomos electronegativos o grupos que los contengan inducirán efecto –I, mientras que el efecto +I sólo será producido por grupos alquilo o átomos o grupos que posean una carga negativa formal. En lo concerniente al efecto conjugativo o de resonancia, éste tiene lugar en moléculas o especies químicas con enlaces múltiples. También se pone de manifiesto en especies químicas que posean átomos con pares de electrones sin compartir en posición adyacente a una carga positiva. Por tanto constituye una expresión del concepto de resonancia o mesomería. En los siguientes ejemplos de moléculas neutras, donde se manifiesta este efecto, o de especies químicas cargadas, que se estabilizan como consecuencia del mismo, trataré de aclararle todo lo anteriormente expuesto.

Estructuras resonantes de algunas moléculas: efecto +M Br CH CH R

Br CH CH R

O

O

R CH2 N O

R CH2 N O

efecto -M

efecto -M R C

N

efecto -M O R CH CH C R´

R C

N

O R CH CH C

O R CH CH C

R´

R´

Estabili zación por efecto conjugativo: efecto +M R O CH R´

R O CH R´

efecto +M R NH CH R´

R NH CH R´

H2C CH CH2

H2C CH CH2

Como puede verse, aquellos grupos con enlaces múltiples unidos a elementos electronegativos presentan efecto –M, dado que dicho elemento tiende a llevarse un par de electrones del enlace para completar su octete. Por otra parte, frente a una fuerte demanda electrónica, como es una carga positiva adyacente, los átomos electronegativos que poseen pares electrónicos sin compartir pueden cederlos para compensar ese defecto de carga. También pueden compensar el defecto de carga los enlaces múltiples en posición  respecto de la carga positiva. El efecto conjugativo, por tanto consiste en una deslocalización de la carga y aquí sí que los electrones cambian de octete. Asimismo, en el caso de carbaniones la carga negativa puede deslocalizarse por efecto conjugativo. A efectos de estabilización, salvo alguna excepción, el efecto conjugativo es más efectivo que el inductivo. Las especies cargadas se estabilizan mejor siempre que pueda deslocalizarse dicha carga. Así pues, un determinado grupo puede presentar los dos efectos, conjugativo e inductivo. Por ejemplo, el grupo CH 3—O presentará efecto +M (frente a una carga positiva adyacente) y efecto –I. Ello resultará en una estabilización de esa carga positiva cuando ésta está en , pero una desestabilización cuando dicha carga esté en :

efecto +M H3C O CH R´ H3C O CH R´

H3C O CH R´ más estable que

efecto -I H3C O CH2 CH CH3

la carga se estabiliza po deslocalización

H3C CH R´ (no puede estabilizarse por efecto conjugativo)

más inestable que

H3C

CH2 CH CH3

(como en posición no puede haber efecto conjugativo + M, sólo actúa el I- desestabilizando la carga)

Si en dicho grupo el elemento electronegativo se halla unido a un enlace múltiple existirán los dos efectos, -M y -I, debido a la electronegatividad del heteroátomo. Estos grupos con ambos efectos negativos desestabilizan cargas positivas tanto si están en  como si están en , pero estabilizan cargas negativas (por ejemplo en carbaniones):

efecto -M O R CH2 CH C R´

O R CH2 CH C

carbanión estabilizado por resonancia

R´...