ГДЗ по химии, 10 класс, Еремин, номер 20.3: Основные классы органических соединений. Гомологические ряды

Знаки эффектов считаются одинаковыми, если оба эффекта либо оттягивают электронную плотность на себя (отрицательные эффекты: -I и -M), либо оба отдают электронную плотность в систему (положительные эффекты: +I и +M).

Пример с отрицательными эффектами (-I и -M):

Рассмотрим группу -NO₂ (нитрогруппа) или -CHO (альдегидная группа).

• Индуктивный эффект: Азот в группе -NO₂ имеет высокую электроотрицательность и положительную формальную зарядность, поэтому он сильно притягивает электроны по σ-связи. Это эффект -I.
• Мезомерный эффект: Группа содержит кратную связь N=O, сопряжённую с системой. Электроны π-связи смещаются к более электроотрицательному кислороду, уводя плотность из кольца или цепи. Это эффект -M.

Таким образом, для группы -NO₂ оба эффекта имеют знак «минус».

Пример с положительными эффектами (+I и +M):

Рассмотрим группу -NH₂ (аминогруппа) или -OH (гидроксигруппа).

• Индуктивный эффект: В случае -NH₂ азот менее электроотрицателен, чем углерод? Нет, азот (3.04) более электроотрицателен, чем углерод (2.55), поэтому у -NH₂ эффект -I. Однако, если взять алкильную группу, например метил -CH₃, то у неё есть только +I (так как водород менее ЭО, чем углерод, но обычно рассматривают относительно скелета). Но классический пример совпадения знаков + — это галогены? Нет, у галогенов -I и +M.
  Давайте уточним. У группы -OH: кислород более ЭО, чем углерод, значит -I. Но у него есть неподелённая пара, которая может отдаваться в π-систему, значит +M. Знаки разные.
  Где же одинаковые положительные? Обычно в школьной программе чаще всего приводят примеры с отрицательными знаками (-I,-M). Если искать +I и +M, то это сложно найти среди простых функциональных групп, так как атомы, способные к +M (кислород, азот, галогены), всегда имеют -I из-за высокой электроотрицательности. Атомы с +I (металлы, алкильные группы) не имеют π-электронов для проявления +M.
  Поэтому наиболее корректным ответом для пункта «а)» являются группы с отрицательными эффектами.

Вывод для а): Группы -NO₂, -CN, -COOH, -CHO, -SO₃H. У них -I и -M.

Разные знаки означают, что один эффект является донорным (+), а другой акцепторным (-).

Пример 1: Галогены (-F,-Cl,-Br,-I)

• Индуктивный эффект: Галогены обладают высокой электроотрицательностью и сильно притягивают электронную плотность по σ-связи. Эффект -I.
• Мезомерный эффект: У атома галогена есть три неподелённые электронные пары. Одна из них может перекрываться с π-системой бензольного кольца или двойной связи, отдавая туда электронную плотность. Эффект +M.
• Итог: Знаки разные (-I и +M).

Пример 2: Гидроксильная (-OH) и аминогруппа (-NH₂)

• Индуктивный эффект: Кислород и азот более электроотрицательны, чем углерод, поэтому они притягивают электроны по σ-связи. Эффект -I.
• Мезомерный эффект: Наличие неподелённых электронных пар позволяет им быть донорами в π-систему. Эффект +M.
• Итог: Знаки разные (-I и +M).

Пример 3: Алкильная группа (-R, например -CH₃)

• Индуктивный эффект: Алкильные группы являются донорами электронов по σ-связям (эффект +I).
• Мезомерный эффект: У насыщенных углеводородных радикалов нет π-связей или неподелённых пар для полноценного мезомерного взаимодействия в классическом понимании (хотя существует гиперконъюгация, которую иногда приравнивают к слабому +M, но в базовой теории чаще говорят об отсутствии выраженного M или его малости). Однако, если строго следовать определению «разные знаки», то лучше использовать примеры с галогенами или -OH, где оба эффекта явно выражены и противоположны.

Вывод для б): Наиболее яркие примеры — галогены (-Cl,-Br), гидроксигруппа (-OH), аминогруппа (-NH₂). У них -I и +M.

Проверим логику:

• Группа -NO₂: Атом N тянет на себя (-I). Система N=O тянет π-электроны на O (-M). Знаки одинаковы (оба минус). Пункт а) выполнен.
• Группа -Cl: Атом Cl тянет на себя (-I). Неподелённая пара отдается в кольцо (+M). Знаки разные. Пункт б) выполнен.

Ответы соответствуют стандартной теории электронных эффектов в органической химии.