Efeito Indutivo
Teoria
E aí? Bem vindo ao RespondeAí!
Hoje nós vamos aprender sobre como o efeito indutivo afeta a acidez e a basicidade de compostos orgânicos!
Mas antes de qualquer coisa, o que é o efeito indutivo?
O efeito indutivo é a atração, ou repulsão, dos pares de elétrons que formam ligações simples (ligação
Se você observar a imagem ali em cima, você vai ver que na cadeia de uma das aminas temos um cloro, que é um elemento bastante eletronegativo, certo? Sabia que ele é responsável por diminuir a basicidade da amina?
-Mas como?!
O efeito indutivo ocorre de diferentes formas dependendo da estrutura do composto. A gente vai ver como funciona cada caso, incluindo a desse exemplo!
Presença de um ligante eletronegativo
Ao adicionar um ligante eletronegativo à cadeia ele age com um efeito indutivo retirador de elétrons sobre ela. A cadeia passa então a atrair melhor o par de elétrons da ligação.
O cloro atrai o par de elétrons do nitrogênio, tornando esse par de elétrons menos disponível e consequentemente diminuindo a sua basicidade.
Ou seja, a presença de um ligante mais eletronegativo diminui a basicidade de uma base!
Mas e com ácidos, o que ocorre?!
No caso de ácidos, por exemplo, quando temos a a presença de um ligante mais eletronegativo ele atrai o par de elétrons da ligação
E no nosso exemplo, podemos ver que, em contra partida a base conjugada formada com a presença do
Se você ainda não tiver acreditando, pode comparar o
Beleza, agora que começamos a entender o espírito da coisa, vamos olhar os casos mais específicos!
Eletronegatividade do ligante
Comparando o ácido cloroetanóico com o ácido fluoretanóico verificamos que o
Mas por que isso acontece?
O flúor é mais eletronegativo que o cloro, portanto vai “puxar mais” os elétrons!
De uma forma geral, podemos dizer que quanto mais eletronegativo for o ligante, maior será a acidez. Ou se estivermos falando de uma base, menor será sua basicidade.
Quantidade de ligantes
Se um ligante eletronegativo afeta a acidez imagina com vários?! Quanto maior o número de ligantes eletronegativos, maior será a acidez do composto.
Comparando os ácidos acima, vemos que o ácido dicloetanóico é mais ácido que o cloroetanóico e que o tricloroetanóico é ainda mais ácido.
Posição do ligante
Você já deve imaginar que quanto mais perto o átomo eletronegativo estiver da carga negativa na base conjugada, maior vai ser seu efeito indutivo.
Isso é comprovado pelos dados abaixo, pois a acidez diminui conforme o cloro se afasta da carboxila (aumento do
Cadeia Carbônica
O tamanho e a configuração da cadeia carbônica irão afetar as propriedades do composto. Vamos ver como algumas variações afetam a acidez e a basicidade!
Tamanho da Cadeia
O átomo de carbono não é um átomo muito eletronegativo. Assim, cadeias carbônicas possuem efeito indutivo injetor de elétrons.
Quanto maior for a cadeia carbônica maior será esse efeito. Assim, para um ácido quanto maior for a cadeia menos estável será a carga na sua base conjugada e mais fraco o ácido será.
Como é possível ver acima, o ácido fórmico (matanóico) é mais ácido que o ácido acético (etanoico).
Já em bases, o aumento da cadeia carbônica acarreta um leve aumento na basicidade, pois torna o par de elétrons mais disponível e reativo. Você pode ver aí em baixo que a metilamina é um pouco menos básica que a etilamina, porque a etilamina tem uma cadeia carbônica maior.
Ramificação da Cadeia
Quantidades diferentes de cadeias geram efeitos indutivos diferentes. Comparando a etilamina com a dimetil amina percebemos que etilamina é mais básica, pois a cadeia está mais distribuída em torno do nitrogênio com o par de elétrons disponível.
Efeito Estérico
Para que uma base de Lewis consiga doar seu par de elétrons precisa ter espaço para isso. Se compararmos a dimetilamina com a trimetilamina poderíamos pensar que a trimetilamina seria mas básica, pois ela possui mais carbonos e eles estão mais distribuídos.
Mas vemos que essa última é bem menos básica. Isso acontece porque com três grupos metil em volta do nitrogênio fica difícil acessar o par de elétrons. Esse efeito se chama impedimento estérico.
Hibridização do carbono
Quanto maior o número de ligações duplas
Comparando por exemplo o etano, o eteno e o etino, percebemos que o etino é um ácido mais forte, pois os carbonos mais eletronegativos suportam melhor a carga negativa na sua base conjugada.
Confira mais sobre efeito indutivo no nosso conteúdo em vídeo!
Vamos praticar com exercícios?!
Presença de um ligante eletronegativo
Cadeia Carbônica
Exercícios Resolvidos
Exercício Resolvido #1
UFRJ – Instituto de química – lista de exercícios n° 2 – professor Jorge de Almeida Rodrigues Jr.
Coloque em ordem decrescente de basicidade as anilinas abaixo listadas. Explique.
Passo 1
Nosso primeiro passo aqui é lembrar:
O que é uma anilina?
Anilinas são aminas ligadas diretamente ao anel aromático.
Agora vamos determinar as estruturas dessas anilinas
Passo 2
Agora vamos ver a basicidade dessas moléculas.
Para isso precisamos compreender como que cada um desses ligantes diferentes nas moléculas afeta a basicidade do grupo amino. Isso aí é questão do efeito indutivo gerado por cada um desses grupos. Temos ai a anilina e duas molécualas derivadas dela, sendo que há um grupo que gera efeito indutivo injetor de elétrons, que é o caso da enquanto que a apresenta o grupo nitro que gera um efeito retirador de elétrons.
Passo 3
Então o efeito injetor de elétrons torna a p-metóxi anilina mais básica que a anilina, enquanto que a p-nitro anilina devido ao efeito retirador de elétrons vai ser menos básica que a anilina.
a ordem decrescente de basicidade é:
> >
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)
Exercício Resolvido #2
UFRJ – Química Orgânica I – lista de exercícios n° 1 – professor Jorge de Almeida Rodrigues Jr.
Considerando as moléculas p-nitrofenol, p-metoxifenol, p-metilfenol (p-cresol), discuta o efeito dos substituintes nitro, metóxi e metil como doadores ou retiradores de elétrons. Sabendo que o pKa do fenol é 10, coloque as moléculas em questão em ordem crescente de pKa. Apresente ainda as estruturas de ressonância referentes às bases conjugadas em cada caso.
Passo 1
Nosso primeiro passo aqui é lembrar descobrir as estruturas de cada uma dessas moléculas para que possamos em seguida discutir o efeito de cada ligante sobre a acidez desses fenóis.
Então temos aí as nossas moléculas. Vamos para o próximo passo.
Passo 2
Agora vamos discutir como que cada grupo ligante age em relação ao efeito indutivo.
- Grupo metil é um grupo fracamente doador de elétrons.
- Grupo metóxi é um grupo com alta capacidade de doar elétrons visto que tem o oxigênio com carga parcial negativa ligada ao anel aromático e por isso aumenta a densidade eletrônica na hidroxila fenólica.
- Grupo nitro apresenta o nitrogênio com um elevado nox ligado ao anel aromático, exercendo assim um efeito indutivo retirador de elétrons, reduzindo a densidade eletrônica sobre o grupamento hidroxila do fenol.
Passo 3
Então temos que se o fenol tem pka = 10, logo o p-metilfenol e o p-metoxifenol vão apresentar um pka>10 devido a redução de acidez em função do efeito doador de elétrons dos radicais metil e metóxi.
Enquanto que o p-nitrofenol vai apresentar pka, tendo uma acidez mais elevada em função do efeito retirador de elétrons do grupo nitro.
Passo 4
Estruturas ressonantes de cada base conjugada.
primeira substância a ser analisada é a base do p-metilfenol:
Vejamos as estruturas de ressonância
Todas as outras duas moléculas seguirão o mesmo estilo que o demonstrado aqui em cima. Sendo suas bases conjugadas o respectivos compostos sem o hidrogênio da hidroxila e variando suas cargas da mesma forma.
Resposta
pka p-nitrofenol
Exercício Resolvido #3
UFRJ – Química Orgânica I – lista 1 – professor não identificado
Observe as moléculas a seguir e assinale aquela, em que o carbono em negrito que está
com a densidade eletrônica mais baixa e explique.
Passo 1
Nessas moléculas observamos que a há ligações polarizadas em função dos grupos OH, I e Cl então precisamos prever o efeito de cada um desses grupos ao se ligar ao carbono.
OH a hidroxila apresenta efeito indutivo doador de elétrons e aumenta a densidade eletrônica do carbono.
I o iodo é mais eletronegativo que o carbono e reduz a sua densidade eletrônica.
Cl o cloro é muito mais eletronegativo e reduz bastante a densidade eletrônica do carbono deixando a sua densidade eletrônica ainda mais reduzida.
Passo 2
Dessa forma temos que o composto cloro-etano é o que tem o carbono com menor densidade eletrônica dentre os apresentado.
Resposta
Composto C.
Exercício Resolvido #4
Adaptado de USP - Estrutura e Propriedade de compostos orgânicos - 2013 Lista 04: Ácidos e Bases
Relacione a estrutura com o valor de pKa correspondente. Justifique.
Passo 1
Nessas moléculas observamos que a única diferença entre elas é que há moléculas com duas, uma ou nenhuma ligações . Essas ligações tornam o carbono mais eletronegativo e afetam a acidez dos seus respectivos ácidos carboxílicos. Temos a seguinte situação:
- Ausência de ligações temos aqui apenas carbonos com hibridação e esses átomos com essa hibridação são menos eletronegativos que os demais.
- Presença de uma ligação agora essa molécula já apresenta um carbono com maior capacidade de atrair os elétrons para si e aumenta a acidez da molécula em relação a sem ligações . Essa maior capacidade de atração está relacionada a sua hibridação em que observamos um maior caráter dos orbitais ligantes, o que faz com que os elétrons estejam mais perto do núcleo do carbono.
- Presença de duas ligação uma alta capacidade de atração de elétrons se faz presente deixando a acidez do composto muito mais elevada em carbono com maior capacidade de atrair os elétrons para si e aumenta a acidez da molécula em relação a sem ligações . Essa maior capacidade de atração de elétrons se dá em função da hibridação do tipo do carbono que apresenta um caráter maior de seus orbitais híbridos, aproximando ainda mais os elétrons das ligações do núcleo do carbono.
Passo 2
Agora basta associar os valores de pKa a cada espécie de acordo com o que acabamos de falar.
Resposta
Exercício Resolvido #5
USP - Estrutura e Propriedade de compostos orgânicos - 2013 Lista 04: Ácidos e Bases
O ácido p-hidroxibenzóico é menos ácido que o ácido benzóico, enquanto que o ácido salicílico (o-hidroxibenzóico) é vezes mais ácido que o ácido benzóico. Explique.
Passo 1
Nosso primeiro passo aqui vai ser determinar as estruturas dos compostos mencionados para poder visualizar melhor os efeitos relacionados às propriedades indicadas.
Passo 2
Vemos que o ácido p-hidroxibenzóico é menos ácido que o ácido benzóico, essa relação se deve ao fato da hidroxila presente no primeiro ácido agir como um grupo doador de elétrons por ressonância. Na sequência a seguir pode ver que a hidroxila injeta um par de elétrons no anel aromático deixando-o com maior densidade eletrônica, exemplificando o que foi dito.
Essa maior densidade eletrônica no anel aromático faz com que o ácido se torne menos ionizável reduzindo assim a sua acidez.
Por outro lado o ácido o-hidroxibenzóico é mais ácido que o ácido benzóico por causa do efeito indutivo retirador de elétrons do oxigênio da hidroxila e a proximidade da mesma em relação ao grupo ácido carboxílico.
Esse aumento da densidade eletrônica no grupamento carboxila aumenta a acidez do composto.
Resposta
A distância entre a hidroxila e o grupamento carbonila característico do ácido influencia na deslocalização das cargas, ou seja, aumentando ou diminuindo a densidade eletrônica da estrutura. Quanto mais longe um do outro mais deslocalizada a carga fica e com isso menos ácido o composto é.