Номер 3, страница 122 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 19. Электронные эффекты в молекулах органических соединений. Глава 2. Основные понятия органической химии - номер 3, страница 122.

Условие.

3. Приведите пример группы атомов, индуктивный и мезомерный эффекты которых имеют: а) одинаковые знаки; б) разные знаки.

Решение.

Решение 2.

Электронные эффекты заместителей (групп атомов) в органических молекулах, такие как индуктивный и мезомерный, определяют перераспределение электронной плотности и, как следствие, реакционную способность соединений. Они могут действовать в одном направлении (согласованно) или в противоположных (несогласованно).

а) одинаковые знаки

Примером группы, у которой индуктивный и мезомерный эффекты имеют одинаковые знаки, является нитрогруппа ($-NO_2$). У этой группы оба эффекта отрицательны (акцепторные).

• Отрицательный индуктивный эффект ($-I$): Атомы кислорода и азота в нитрогруппе значительно более электроотрицательны, чем атом углерода. Поэтому они оттягивают на себя электронную плотность по системе $\sigma$-связей от остальной части молекулы.
• Отрицательный мезомерный эффект ($-M$): Если нитрогруппа связана с сопряженной системой (например, с бензольным кольцом), она оттягивает на себя $\pi$-электронную плотность. Это происходит за счет смещения $\pi$-электронов на электроотрицательные атомы кислорода. Эффект проявляется в делокализации электронов по всей сопряженной системе с участием заместителя.

Таким образом, нитрогруппа является сильным электроноакцептором как по индуктивному, так и по мезомерному механизму.

Ответ: Нитрогруппа ($-NO_2$), у которой и индуктивный ($-I$), и мезомерный ($-M$) эффекты являются отрицательными (электроноакцепторными).

б) разные знаки

Примером группы, у которой индуктивный и мезомерный эффекты имеют разные знаки, является атом галогена, например, хлора ($-Cl$), или гидроксильная группа ($-OH$). У этих групп индуктивный эффект отрицательный, а мезомерный – положительный.

Рассмотрим на примере гидроксильной группы ($-OH$):

• Отрицательный индуктивный эффект ($-I$): Атом кислорода обладает высокой электроотрицательностью, поэтому он оттягивает на себя электронную плотность от связанного с ним атома углерода по $\sigma$-связи.
• Положительный мезомерный эффект ($+M$): Атом кислорода имеет неподеленные электронные пары, одна из которых может вступать в сопряжение с $\pi$-системой молекулы (например, бензольного кольца). За счет этого происходит донирование электронной плотности в сопряженную систему.

В случае гидроксильной группы и аминогруппы ($ -NH_2 $) положительный мезомерный эффект ($+M$) преобладает над отрицательным индуктивным ($-I$), поэтому эти группы в целом являются электронодонорами и активируют ароматическое кольцо. В случае галогенов, наоборот, преобладает сильный индуктивный эффект ($-I$), поэтому они являются дезактивирующими заместителями, несмотря на наличие $+M$-эффекта.

Ответ: Гидроксильная группа ($-OH$) или атом галогена (например, $-Cl$), которые проявляют отрицательный индуктивный эффект ($-I$) из-за высокой электроотрицательности гетероатома и положительный мезомерный эффект ($+M$) за счет донирования неподеленной электронной пары в сопряженную систему.