Фактори, що впливають на реакційну здатність органічних сполук
На розривання зв’язку, а таким чином, на реакційну здатність органічних сполук, впливає цілий ряд факторів, а саме: температура, тиск, ступінь подрібненості речовини, наявність каталізатора. Розчинники також можуть суттєво впливати на хімічний процес (ефект розчинника). Ефекти розчинника можуть розглядатися як вплив навколишнього середовища на реакційну здатність молекули. Але на реакційну здатність якої-небудь функціональної групи в молекулі може впливати і безпосереднє оточення цієї функціональної групи в самій молекулі (так зване хімічне оточення). Вплив такого типу називають структурним ефектом.
Структурні ефекти в самій молекулі поділяються на дві різновидності: електронні ефекти та стеричні ефекти.
Електронні ефекти
Електронні ефекти теж бувають декількох типів. Найбільш важливими з них є два: індуктивний та мезомерний (резонансний) ефект.
Індуктивний ефект. Цей ефект виникає тільки в простих ковалентних зв’язках між неоднаковими атомами. Через різну електронегативність таких атомів подібні зв’язки звичайно поляризовані. Наприклад, зв’язок між атомами Карбону і Хлору. Такий зв’язок можна схематично показати таким чином:
С+ СІ-
Замість цього поляризацію зв’язку можна показувати стрілкою:
С
СІ
В даному випадку стрілка показує, що атом Карбону відштовхує сполучені електрони, а атом Хлору з-за більшої електронегативності притягує сполучені електрони. Тому на атомі Хлору зосереджується більша електронна густина, а на атомі Карбону утворюється недостатня електронна густина. Це зміщення (зсув) електронної густини від одного атома до другого і поляризація зв’язку, що виникає в результаті, називається індуктивним ефектом.
Ті атоми і групи атомів, які мають більшу електронегативність, ніж Карбон, в зв’язках з ним відтягують від нього електрони. Це відтягування електронів називається негативним індуктивним ефектом або –I-ефектом. Інші атоми і групи, які менш електронегативні по відношенню до Карбону, навпаки, поступаються елекронами атому Карбону в зв’язках з ним. Така ситуація (а вона зустрічається не так часто) називається позитивним індкутивним ефектом або +I-ефектом. Позитивним індуктивним ефектом володіють алкільні групи. Цей ефект тим більше, чим більше число алкільних груп, що приєднані до атома Карбону.
Мезомерний ефект. Ці ефекти виникають в молекулах з кратними зв’язками і поширюються по -орбіталях. Мезомерний ефект проявляється в перерозподілу -електронів і приводить до стабілізації молекул і деяких радикалів, а також карбаніонів та карбкатіонів. Мезомерний ефект має важливе значення для спряжених систем.
Прикладом може бути 1,3 – бутадієн. В такій системі мезомерний ефект передається по супряженому ланцюгу атомів Карбону. Електронну будову 1,3-бутадієну можна представити як гібрид двох резонансних структур.
Мезомерний ефект також характерний для сполук, що містять карбонільну групу.
Стеричні ефекти
Найбільш важливим прикладом впливу стеричних факторів на реакційну здатність органічних сполук є стерична перешкода. Стерична перешкода може виникнути в тих випадках, коли молекула має об’ємисті групи, які механічно перешкоджають протіканню реакції.
Стеричні перешкоди виключають вільне внутрішньомолекулярне обертання навколо більшості карбон-карбонових зв’язків.
Хімічна реакція між двома реагентами може розглядатися як атака однієї частинки на другу. При такому підході частинка, що атакує, вважається реагентом, а частинка, яку атакують, - субстратом. Субстрат – це реагент, що містить атоми, з якими утворюються нові зв’язки, або у яких розриваються зв’язки.
Р еагенти в органічних реакціях розділяються на нуклеофіли і електрофіли. Слово нуклеофіл означає “той, що любить ядра”, а слово електрофіл означає “той, що любить електрони”.
Нуклеофіл – це частинка, яка атакує атом Карбону, віддаючи йому електронну пару.
Електрофіл – це частинка, яка атакує атом Карбону, віднімаючи від нього електронну пару.