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


2.1.4. 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

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 tự sau đây:

2.2.2. Các nhóm có nguyên tử 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 ([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 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 ; CH
3
COOH ;
ClCH
2
COOH ?
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 - CH
3
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 các giá trị thực nghiệm như
sau:

Acid formic HCOOH 3,75
Acid acetic CH
3

COOH 4,75
Acid monocloroacetic ClCH
2
COOH 2,81
Acid butanoic CH
3
CH
2
CH
2
COOH 4,82
Acid α-clorobutanoic CH
3
CH
2
CHClCOOH 2,9
Acid β-clorobutanoic CH
3
CHClCH
2
COOH 4,1
Acid γ-clorobutanoic CH
2
ClCH
2
CH
2
COOH 4,5
BẢNG TRỊ SỐ pKa CỦA MỘT SỐ ACID CARBOXYLIC


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.

@1
Thí dụ: Ta có thứ tự tính baz như sau:

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 .10
5
•
CH
3
CH
2
CH
2
COOH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,5
•
CH

3
CH
2
CHClCOOH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139,0
•
CH
3
CHClCH
2
COOH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8,9
•
CH
2
ClCH
2
CH
2
COOH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3,0
•
Qua các giá trị Ka ta thấy : Nguyên tử Cl ở vị trí α đối với
COOH làm tăng lực axit khoảng 87 lần; nhưng khi chuyển Cl sang
vị trí β ảnh hưởng đó chỉ còn 6 lần; còn nguyên tử Cl ở vị trí γ chỉ
làm 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
Dùng để giải thích tính chất bất thường hoặc
tính chất của các hợp chất hữu cơ như tính axit,
tính chất của các hợp chất hữu cơ như tính axit,
tính baz,
tính baz,
•
Dùng để giải thích hướng phản ứng và cơ chế
Dùng để giải thích hướng phản ứng và cơ chế
xảy ra phản ứng.
xảy ra phản ứng.

•
TÀI LIỆU THAM KHẢO
•
1. Đào Hùng Cường, Đại cương hóa hữu cơ, nhà
xuất bản khoa học và kỹ thuật,HN 2009
•
2. Trần Quốc Sơn, Cơ sở lý thuyết hóa hữu cơ, tập
1, NXB giáo dục 1979
•
3. Thái Doãn Tĩnh, Cơ sở hóa hữu cơ, Tập 1, 2,
NXB khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 2006