19 votos

¿Por qué la velocidad de reacción de los EAS polares se ve favorecida por los efectos inductivos y la de los EAS menos polares por la hiperconjugación?

enter image description here 1. Las reacciones en las que intervienen electrófilos fuertes (nitración) se se dice que se rigen por Efectos inductivos, por lo que el orden de nitración es
D>C>B>A
2. La cloración es una reacción menos polar, por lo que se dice que se rige por la hiperconjugación.
A>B>C>D

Mi pregunta es, por qué ?

Los factores que controlan el EAS en ambos casos serán los mismos para los dos sustitutos.
Los efectos de hiperconjugación e inducción operarán indistintamente en ambos casos.

Entonces, ¿por qué
La velocidad de reacción de los EAS polares favorecida por efectos inductivos y la velocidad de reacción de los EAS menos polares mediante hiperconjugación.


FUENTE Guía del mecanismo Peter Sykes

enter image description here


EDITAR He estado buscando por ahí una respuesta a esta pregunta.

Nadie ha sido capaz de responder de forma concluyente, la principal escuela de pensamiento es que

En las reacciones altamente polares , los efectos inductivos dominan ya que hay más densidad de electrones disponible , la hiperconjugación por otro lado es sólo redistribución de electrones.

En primer lugar, ¿es correcto?

Aunque sea correcto, ¿cómo explica los órdenes de velocidad opuestos para la nitración y la bromación?

5voto

dev gr Puntos 6

Puede que esté simplificando demasiado las cosas.


Una mirada a la densidad electrónica

Retomemos los casos extremos de los bencenos sustituidos . $$\ce{A -> ArCH3}$$
$$\ce{D -> Ar(CH3)_3}$$
El caso A muestra el máximo hiperconjugación .
Por otro lado, el caso D tiene el máximo +I efecto.
Imaginemos por un momento que los electrones son monedas.
Caso D tiene más monedas, más grupos metilo (digamos 3).
Caso A , por otro lado tiene 1 moneda , la hiperconjugación significaría simplemente que estoy moviendo esa moneda en círculos. Es simplemente la redistribución de electrones.en realidad no aumenta la densidad.

Así que el primer punto que voy a utilizar para responder a la pregunta es que -

  • Los efectos inductivos aumentan la densidad electrónica, la hiperconjugación simplemente redistribuye la densidad electrónica.

La ley de Coulomb

$$\ce{ F \propto Q_1*Q_2}$$

  • Los reactivos más polares tendrán una carga mayor que los reactivos menos polares.
  • Dado que los efectos inductivos concentran la densidad de electrones en una zona, la concentración de carga negativa será mayor.

HOMO/LUMO

Los orbitales desocupados son de alta energía y los ocupados de baja energía. Para obtener el mejor solapamiento, la brecha energética entre el HOMO y el LUMO debe ser pequeña.


Orden de velocidad para reacciones más polares

En las reacciones más polares, las fuerzas electrostáticas de atracción desempeñan el papel principal, ya que los reactivos polares están muy cargados. Como ya se ha dicho, los efectos inductivos conducen a una mayor densidad de electrones y, por tanto, a una mayor atracción.
Las interacciones Homo/Lumo son secundarias, ya que el solapamiento se produce después de una colisión.

  • Las fuerzas electrostáticas son tirando de el benceno y el reactivo. Esto aumentaría por sí mismo el número de colisiones.

  • Una mayor densidad de electrones conduce a una mejor estabilización de la carga +tiva del reactivo.

los efectos inductivos favorecen las reacciones más polares


Orden de velocidad para reacciones menos polares

Las fuerzas electrostáticas de atracción son menores en el caso como como el reactivo es menos cargado .
Así que el control de la reacción se realiza principalmente a través de las interacciones Homo/Lumo.

  • Los orbitales desocupados del reactante son alta en energía.( Están Desocupados).

  • Para salvar la brecha HOMO/LUMO, el Lumo del carbono benceno debe tener una energía elevada. Los electrones no enlazados o los electrones deslocalizados por hiperconjugación son de alta energía, ya que están en manos de un solo átomo.

  • Por lo tanto, la brecha HOMO/Lumo se reduce en el caso de hiperconjugación así la hiperconjugación favorece las reacciones menos polares .

3voto

JakaQuan Puntos 61

La nitración (electrófilo fuerte, ácido de Lewis "duro") tiene una energía de activación baja, por lo que los efectos sobre el estado de transición tendrán una contribución relativa menor al paso que controla la velocidad.

La cloración (electrófilo más débil, ácido de Lewis "más blando", más polarizable) tiene una energía de activación más alta y una velocidad de reacción más lenta. El estado de transición es más importante en la determinación de la velocidad.

Un compuesto aromático tiene una cara "dura" y otra "blanda": los enlaces sigma (efecto inductivo) son más estables, menos polarizables. El sistema pi es menos estable, menos energético (¡nivel de energía diagráticamente más alto!), más polarizable y más directamente relacionado con el efecto de hiperconjugación.

La nitración (catión muy polar y "duro") está influenciada por efectos inductivos que hacen que el anillo aromático sea más negativo en el orden D>C>B>A. La velocidad de nitración aumenta al pasar de A a D. En comparación con la nitración, el estado de transición en la cloración es más importante y, por tanto, está más estabilizado por la hiperconjugación. En la cloración, la hiperconjugación disminuye en la serie A>B>C>D, lo que da una energía de activación más elevada y una velocidad de reacción más lenta a medida que se pasa de A a D.

-1voto

Jeff Olson Puntos 2118

El cloro es un electrófilo débil, mientras que el ion nitronio es un electrófilo fuerte. Los grupos metilo son grupos +I y son grupos liberadores de electrones.

El grupo NO2 atacará fácilmente a un carbono cargado negativamente. El efecto +I es permanente, y su magnitud disminuye con el aumento de la distancia, y por lo tanto, el ion nitronio atacará al carbono más cercano de los grupos metilo.

El cloro no será atraído por un átomo de carbono cargado negativamente con la misma fuerza que el NO2. En hiperconjugación. la carga es deslocalizado es decir, se distribuye por toda la estructura, en diversas formas de resonancia. Por lo tanto, el efecto de la hiperconjugación es débil. Por lo tanto, el átomo de cloro será atraído por un átomo de carbono débilmente cargado, determinado por la hiperconjugación.

La hiperconjugación no atraerá NO2, ya que la carga está deslocalizada, y no un átomo de carbono específico, o no hay ningún átomo de carbono que esté más cargado que los demás.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X