Un efecto eléctrico influye en la estructura , reactividad o propiedades de una molécula , pero no es un enlace tradicional ni un efecto estérico . [1] En química orgánica , el término efecto estereoelectrónico también se utiliza para enfatizar la relación entre la estructura electrónica y la geometría ( estereoquímica ) de una molécula.
El término efecto polar se utiliza a veces para referirse a efectos electrónicos, pero también puede tener una definición más estrecha de efectos resultantes de sustituyentes no conjugados. [2]
La inducción es la redistribución de la densidad de electrones a través de una estructura tradicional de enlaces sigma de acuerdo con la electronegatividad de los átomos involucrados. El efecto inductivo cae en todos los enlaces sigma involucrados, limitando su efecto a solo unos pocos enlaces.
La conjugación es una redistribución de la densidad electrónica similar a la inducción pero transmitida a través de enlaces pi interconectados. La conjugación no sólo se ve afectada por la electronegatividad de los átomos conectados, sino también por la posición de los pares de electrones solitarios con respecto al sistema pi. Los efectos electrónicos se pueden transmitir a través de un sistema pi permitiendo que su influencia se extienda más allá de la inducción.
En el contexto de la redistribución electrónica, un grupo aceptor de electrones (EWG) extrae electrones de un centro de reacción. Cuando este centro es un carbanión rico en electrones o un anión alcóxido , la presencia del sustituyente aceptor de electrones tiene un efecto estabilizador. De manera similar, un grupo liberador de electrones (ERG) o un grupo donador de electrones (EDG) libera electrones en un centro de reacción y, como tal, estabiliza los carbocationes deficientes en electrones .
En la sustitución aromática electrófila y la sustitución aromática nucleófila , los sustituyentes se dividen en grupos activadores y grupos desactivadores . Los grupos liberadores de electrones de resonancia se clasifican como activadores, mientras que los grupos aceptores de electrones de resonancia se clasifican como desactivadores.
La hiperconjugación es la interacción estabilizadora que resulta de la interacción de los electrones en un enlace sigma (generalmente CH o CC) con un orbital p adyacente vacío (o parcialmente lleno) no enlazante o un orbital π antienlazante o un orbital sigma antienlazante para dar un orbital molecular extendido que aumenta la estabilidad del sistema. [3] La hiperconjugación se puede utilizar para explicar fenómenos como el efecto gauche y el efecto anomérico .
La simetría orbital es importante cuando se trata de orbitales que contienen componentes direccionales como p y d. Un ejemplo de tal efecto son los complejos de metales de transición d 8 planos, cuadrados y de bajo espín . Estos complejos existen como complejos planos cuadrados debido a la direccionalidad de los orbitales d del centro metálico a pesar de una menor congestión estérica en una estructura geométrica tetraédrica. Este es un simple ejemplo de muchos ejemplos variados, incluidos aspectos de reacciones pericíclicas como la reacción de Diels-Alder , entre otras.
Las interacciones electrostáticas incluyen fuerzas de atracción y repulsión asociadas con la acumulación de carga en una molécula. Las interacciones electrostáticas son generalmente demasiado débiles para considerarse enlaces tradicionales o se les impide formar un enlace tradicional, posiblemente por un efecto estérico. Un enlace generalmente se define como dos átomos que se acercan más que la suma de sus radios de Van der Waal . Los enlaces de hidrógeno rayan en ser un "enlace" real y una interacción electrostática. Mientras que una interacción electrostática atractiva se considera un "vínculo" si se vuelve demasiado fuerte, una interacción electrostática repulsiva es siempre un efecto electrostático independientemente de su fuerza. Un ejemplo de efecto repulsivo es una molécula que se contorsiona para minimizar las interacciones culombicas de átomos que tienen cargas similares .
El estado de espín electrónico en su forma más simple describe la cantidad de electrones desapareados en una molécula. La mayoría de las moléculas, incluidas las proteínas , los carbohidratos y los lípidos que constituyen la mayor parte de la vida, no tienen electrones desapareados, incluso cuando están cargadas. Estas moléculas se denominan moléculas singlete, ya que sus pares de electrones tienen un solo estado de espín. Por el contrario, el dioxígeno en condiciones ambientales tiene dos electrones desapareados. El dioxígeno es una molécula triplete , ya que los dos electrones desapareados permiten tres estados de espín. La reacción de una molécula triplete con una molécula singlete está prohibida por el espín en la mecánica cuántica. Esta es la razón principal por la que existe una barrera de reacción muy alta para la reacción termodinámicamente favorable de las moléculas orgánicas singletes con el oxígeno triplete. Esta barrera cinética evita que la vida estalle en llamas a temperatura ambiente.
Los estados de espín electrónicos son más complejos para los metales de transición . Para comprender la reactividad de los metales de transición, es esencial comprender el concepto de configuración electrónica d , así como la configuración de alto y bajo espín. Por ejemplo, un complejo de metal de transición d 8 de bajo espín suele ser cuadrado plano sustitucionalmente inerte y no tiene electrones desapareados. Por el contrario, un complejo de metal de transición d 8 de alto espín suele ser octaédrico, sustitucionalmente lábil y con dos electrones desapareados.
El efecto Jahn-Teller es la distorsión geométrica de moléculas no lineales en determinadas situaciones. Cualquier molécula no lineal con un estado fundamental electrónico degenerado sufrirá una distorsión geométrica que eliminará esa degeneración. Esto tiene el efecto de reducir la energía general. La distorsión de Jahn-Teller es especialmente común en ciertos complejos de metales de transición; por ejemplo, complejos de cobre (II) con 9 electrones d.
La influencia trans es la influencia que tiene un ligando en un complejo cuadrado u octaédrico sobre el enlace al ligando trans. Es causada por efectos electrónicos y se manifiesta como un alargamiento de los enlaces trans y como un efecto sobre la energía general del complejo.
La estructura, las propiedades y la reactividad de una molécula dependen de interacciones de enlace sencillas, incluidos enlaces covalentes , enlaces iónicos , enlaces de hidrógeno y otras formas de enlace. Este enlace proporciona un esqueleto molecular básico que es modificado por fuerzas repulsivas generalmente consideradas efectos estéricos . Los enlaces básicos y los efectos estéricos son a veces insuficientes para explicar muchas estructuras, propiedades y reactividad. Por lo tanto, los efectos estéricos a menudo se contrastan y complementan con efectos electrónicos, lo que implica la influencia de efectos como la inducción, la conjunción, la simetría orbital, las interacciones electrostáticas y el estado de espín. Hay efectos electrónicos más esotéricos, pero estos se encuentran entre los más importantes al considerar la estructura química y la reactividad.
Se desarrolló un procedimiento computacional especial para separar los efectos estéricos y electrónicos de un grupo arbitrario en la molécula y revelar su influencia en la estructura y la reactividad. [4]