Relación entre estructura molecular y reactividad

1. Introducción

Antes de considerar el efecto inductivo te propondremos un ejercicio facil de efectuar hagamos el siguiente análisis:

1. Imagínate un recipiente que contiene agua caliente.

2. Introducele 3 láminas metálicas de diferentes tamaños (pueden ser cuchillos, cucharillas, etc.)

3. Al poco tiempo si tocas cada una de ellas, observarás que el calor se ha transmitido a lo largo de las láminas, pero en la más corta el efecto es mayor en su extremo exterior, y disminuye a medida que aumenta la longitud del material (lámina).

2. Efecto inductivo

Si observas la Tabla 1, te darás cuenta que el F, O, CI, N y Br poseen valores de electronegatividades mayores que la del carbono, por lo tanto, todo enlace covalente que se entre el C y cualquiera de los átomos anteriormente señalados, está polarizado, es decir, los electrones del enlace son atraidos en mayor grado por el átomo más electronegativo, una carga parcial negativa (δ-) y dejando al C deficiente de electrones, con lo cual e una carga parcial positiva (δ+).

Si el átomo de carbono unido al cloro (o a otro átomo más electronegativo que el C) está a su vez unido a otros átomos de carbono, esta acción es transmitida a través de ellos, como es del calor en las láminas metálicas introducidas en el agua caliente.

La acción del átomo de cloro (u otro átomo más electronegativo que el C) en su apropia parcial de los electrones del enlace C-Cl, conduce al C, a un débil déficit electrónico, este a su vez, intenta recuperar su estado original atrayendo hacia él los electrones que forman enlace que lo une al C₂, y asi se continúa a lo largo de la cadena. Es lógico suponer y así sucede, que el efecto del Cl sobre el C es mayor, menor sobre el C1 y así sucesivamente, debilitándose rápidamente a través de la cadena, dejando de ser perceptible a partir del C₂.

Lo considerado anteriormente se conoce con el nombre de efecto inductivo, es decir, «el proceso por el cual un elemento más electronegativo que el carbono, atrae los electrones de los enlaces a través de la cadena carbonada».

La mayoría de los átomos o grupos atómicos que pueden sustituir hidrógeno en una molécla orgánica, son más electronegativos que el carbono y, en consecuencia, ejercen el efecto inductivo. Estos átomos o grupos de átomos son aceptores de electrones, por ejemplo.

Es conveniente señalarte que los radicales alquilos (-R, -CH₃ - CH₂CH₃, etc.) y los metálicos en los compuestos de Grignard son dadores de electrones, polarizando negativamente a los átomos de carbono a los cuales están unidos.

En este caso el efecto inductivo lo ejerce el átomo de C.

Cualquiera que sea el efecto inductivo experimentado por el átomo de carbono, afecta la reactividad química del compuesto en el cual se encuentre. Asi vemos que:

a) Una región de la molécula de elevada densidad electrónica dificilmente es atacada por un ion negativo (ejemplo OH-), pero lo es facilmente por un ion positivo (ejemplo H+).

b) Una región de la molécula de baja densidad electrónica es atacada con facilidad por un ión positivo.

Preguntas de control:

1. Usa la Tabla de Electronegatividades y organiza de mayor a menor polaridad los enlaces C-F, C-N, C-Br, y C-Cl.

2. El F está unido a una cadena de 4 átomos de C. Explica qué sucede con los enlaces. Representa tu explicación con un gráfico.

3. Define efecto inductivo.

4. Escribe 6 átomos o grupos de átomos que acepten electrones.

5. Explica cómo actúan los grupos alquílicos y los compuestos de Grignard cuando están unidos a un átomo de carbono.

6. Explica cómo el ion OH- atacaría al enlace C→F