CÁC HIỆU ỨNG CẤU TRÚC TRONG PHÂN TỬ CHẤT HỮU CƠ
Sự phân cực của nối cộng hóa trị đơn – hiệu ứng cảm (Inductive effect)
Trên nguyên tắc, các nhị liên hóa trị tạo nên do sự góp chung điện tử , thuộc về cả 2 nguyên
tử nối. Tuy nhiên, vân đạo phân tử do các vân đạo nguyên tử tạo nên thường bị biến dạng. Sự
kiện nầy được giải thích bởi sự phân phối không đồng đều của các điện tử trong phân tử . Nếu
sự phân phối nầy liên hệ đến các điện tử của nối
σ
, người ta có hiệu ứng cảm.
1.1. Sự phân cực của nối cộng hóa trị đơn
Xét trường hợp của các nối cộng hóa trị đơn H - H ; Cl - Cl trong các phân tử đơn chất
hydrogen và clor. Đôi điện tử góp chung (nhị liên hóa trị) của 2 nguyên tử bị hút đồng đều
bởi 2 nhân nguyên tử giống nhau nên được xem như cách đều 2 nhân nầy, tạo nối đồng cực.
Với trường hợp các phân tử hợp chất có nối cộng hóa trị đơn giữa 2 nguyên tử khác nhau, đôi
điện tử góp chung thường bị hút hay bị đẩy về một phía do sự khác biệt về độ âm điện của 2
nguyên tử. Mật độ điện tích giữa 2 nguyên tử không đồng đều. Vân đạo phân tử bị kéo lệch
về một phía. Hiện tượng nầy gọi là sự phân cực của nối cộng hóa trị đơn.
Phân tử hợp chất bị phân cực trở thành một lưỡng cực điện thường trực: cực âm ở
nguyên tử có độ âm điện lớn, cực dương ở nguyên tử có độ âm điện nhỏ. Các lượng điện
tích phân phối tại 2 cực thường được biểu diễn bởi chữ
δ
gọi là phân số điện tích (
δ
< 1).
Thí dụ:

1.2. Khái niệm về hiệu ứng cảm
Sự bất đối xứng về phương diện điện tích trên nối đơn giữa 2 nguyên tử còn ảnh hưởng đến
các nối đơn kế cận trong phân tử. Nói cách khác, nguyên tử có độ âm điện lớn không những
chỉ có ảnh hưởng đến các nguyên tử nối trực tiếp với nó mà còn ảnh hưởng đến các
nguyên tử xa hơn.
Ảnh hưởng hỗ tương giữa các nguyên tử nầy gọi là hiệu ứng cảm.

. Các nhóm trung hòa có nguyên tử độ âm điện lớn: có hiệu ứng -I yếu hơn, do âm điện
yếu hơn của các nguyên tử nitrogen, oxygen, lưu huỳnh, phosphor
a
4
. Các nhóm trung hòa có nối lưỡng cực như
đều có hiệu ứng -I mạnh, nhưng yếu hơn hiệu ứng của nhóm ammonium đệ tứ, vì điện
tích dương của nguyên tử nitrogen và lưu huỳnh được đền bù một phần bởi điện tích âm
của nguyên tử oxigen gần kề
a
5
. Độ âm điện của carbon tạp chủng sp lớn hơn carbon tạp chủng sp
2
, nên ta có:
b. Các nhóm gây ra hiệu ứng cảm dương (+I)
b
1
. Các nhóm alkyl có hiệu ứng cảm + I yếu, gia tăng theo thứ tự sau đây:
b
2
. Các nhóm có nguyên tử mang điện tích âm như oxid, sulfur cho điện tử tương đối dễ
dàng: như vậy, gây hiệu ứng + I mạnh. Vì S
-
có kích thước lớn hơn O
-
, điện tử ít bị nhân
hút hơn, nên dễ nhường hơn.
1.6. Bảng xếp hạng một số nhóm gây ra hiệu ứng cảm (Xem bảng 1.1)
* NGUYÊN TẮC
a. Hiệu ứng cảm - I gia tăng với đô âm điện của nguyên tử đơn độc, hoặc thuộc một nhóm:
b. Trong lúc hiệu ứng cảm + I giảm với các ion tương ứng:

hút điện tử (gây hiệu ứng - I) làm gia tăng sự phân cực của liên
kết O- H, H càng linh động, làm acid monocloroacetic có độ mạnh tăng lên so với acid
formic. Mặt khác, nhóm ¾ CH
3
đẩy điện tử (gây hiệu ứng +I) làm giảm sự phân cực của
liên kết O ¾ H, H càng khó bức rời, làm acid acetic có độ mạnh giảm so với acid formic.
Vậy ta có tính acid giảm theo thứ tự sau:
2. Tính acid giảm theo thứ tự sau:
Các kết quả trên hoàn toàn phù hợp với các giá trị thực nghiệm như sau:
BẢNG TRỊ SỐ pKa CỦA MỘT SỐ ACID CARBOXYLIC
TÊN THÔNG THƯỜNG CÔNG THỨC CẤU TẠO pKa
Acid formic HCOOH 3,75
Acid acetic CH
3
COOH 4,75
Acid monocloroacetic ClCH
2
COOH 2,81
Acid butanoic CH
3
CH
2
CH
2
COOH 4,82
Acid a-clorobutanoic CH
3
CH
2
CHClCOOH 2,9

thích thỏa đáng bởi sự lai hoá của nhiều cấu tạo Lewis, gọi là các công thức cộng hưởng,
chúng khác nhau ở vị trí của các điện tử.
2.1. Sự phân cực của nối cộng hóa trị đôi
Xét nối cộng hóa trị đôi C=O trong phân tử formaldehid.
Nguyên tử oxigen có độ âm điện lớn hơn nguyên tử carbon nên hút 2 điện tử của liên kết p về
phía nó. Ta nói liên kết đôi bị phân cực.
Ta đã biết một nối cộng hóa trị đôi gồm: một nối s bền và một nối p kém bền. Các điện tử
của nối p linh động hơn. Do đó, sự phân cực của nối đôi dễ thực hiện hơn sự phân cực
của nối đơn.
2.2. Sự phân cực của nối cộng hóa trị ba
Hiện tượng phân cực nói trên cũng xảy ra dễ dàng với nối tam vì trong nối nầy ta có: một nối
σ (hay s) và 2 nối π (hay p)
Một cách tổng quát, khi có một nối đa giữa 2 nguyên tử có độ âm điện khác nhau, các điện
tử p bị hút về phía nguyên tử có độ âm điện lớn, gây nên sự phân cực của nối.
* CHÚ THÍCH
1. Nối s trong nối đôi cũng bị phân cực khi 2 nguyên tử nối với nhau có độ âm điện
khác nhau. Tuy nhiên, vì các điện tử p linh động hơn điện tử s, sự di chuyển của điện tử p
gây nên sự phân cực quan trọng hơn.
Trong hóa học của carbon, điện tử của nối p là do các điện tử p tạo thành. Tính linh
động của điện tử p ,thực ra là của điện tử p, là do cách phủ bên của vân đạo p với nhau tạo
thành nối p
Khi có điều kiện thích hợp các điện tử p của những nhị liên cô lập cũng có thể bị hút
và di chuyển trong phân tử .
2. Trong trường hợp có liên kết p giữa 2 nguyên tử giống nhau ta vẫn có hiệu ứng
cộng hưởng do 2 nguyên nhân:
a. Sự linh động của điện tử p. Sự phân cực có thể xảy ra theo 2 chiều trong phân tử.
b. Ảnh hưởng của tâm gây hiệu ứng cảm. Thí dụ:
2.3. Định nghĩa hiệu ứng cộng hưởng (Resonance effect)
Hiệu ứng cộng hưởng là hiện tượng xảy ra khi có sự di chuyển của điện tử p hay điện tử p
trong phân tử.

Thí dụ:
b. Hiệu ứng cộng hưởng có thể truyền trong phân tử khi có
b
1
. Nối đa tiếp cách (cộng hưởng p - p)
Ta có nối đa tiếp cách khi nối đa nầy cách với nối đa kia bởi một nối đơn s
b
2
. Nối đa tiếp cách với nguyên tử có nhị liên p cô lập (cộng hưởng p-p)
Điện tử cô lập, còn được gọi là điện tử tự do hoặc điện tử không nối (nonbonding electron)
Điện tử p cô lập: là điện tử của nhị liên thuộc phụ tầng p chưa tham dự vào nối nào.
Ta có nối đa và nhị liên cô lập p tiếp cách khi chúng cách nhau bởi một nối đơn s.
b
3
. Nối đa tiếp cách với nguyên tử có vân đạo p trống (cộng hưởng p - p)
¨ Vân đạo p trống: là vân đạo p không có điện tử
2.5. Quy tắc viết công thức cộng hưởng
a. Trong hiện tượng cộng hưởng, chỉ có sự di chuyển của các điện tử p và điện tử p cô lập,
không có sự di chuyển của các nguyên tử.
(III) không phải là công thức cộng hưởng của aceton.
b. Trong cách viết công thức cộng hưởng phải chú trọng đến cơ cấu điện tử ngoại biên của
mỗi nguyên tử, không một nguyên tử nào có thể vượt quá số điện tử tối đa của từng ngoại
biên
Hydrogen chỉ chứa tối đa 2 điện tử ngoại biên.
Các nguyên tử ở chu kỳ hai của bảng phân loại tuần hoàn chỉ chứa tối đa 8 điện tử ngoại biên.
Tuy nhiên, các nguyên tử thuộc chu kỳ ba, như lưu huỳnh; phosphor, có thể chứa
nhiều hơn 8 điện tử (do chúng có thể sử dụng thêm vân đạo d).c. Chiều di chuyển của điện tử là chiều hướng về nguyên tử có độ âm điện lớn.

oxigen và một liên kết đơn với nguyên tử oxigen còn lại. Mỗi nguyên tử (ngoại trừ hydrogen)
có 8 điện tử xung quanh. Cơ cấu của dạng (III) thì khác hẳn. Nguyên tử carbon chỉ có 6 điện
tử ở tầng ngoại biên và mang điện tích dương. Không có liên kết đôi, và cả 2 nguyên tử
oxigen đều mang điện tích âm. Dạng thứ (III) nầy có năng lượng cao hơn và kém bền hơn 2
dạng (I) và (II), bởi vì nó có ít liên kết hơn và có sự phân ly điện tích. Sự phân ly điện tích:
một nguyên tử mang điện tích dương trong khi một nguyên tử mang điện tích âm, có thể đạt
được chỉ thông qua sự tiêu thụ năng lượng. Do đó, 2 công thức cộng hưởng (I) và (II) là 2
dạng đóng góp chánh, (III) là dạng đóng góp phụ.
2.6. Bảng phân loại các nguyên tử hay nhóm nguyên tử gây hiệu ứng cộng hưởng
Hiệu ứng cộng hưởng tương đối của các nhóm thông thường được ghi trong bảng 1.1.
Đồng thời, một nguyên tử hay nhóm nguyên tử có thể vừa gây hiệu ứng cộng hưởng (R) vừa
gây hiệu ứng cảm (I) (Xem bảng 1.2)
Bảng 1.1. HIỆU ỨNG CỘNG HƯỞNG CỦA VÀI NHÓM THÔNG THƯỜNG
HIỆU ỨNG - R HIỆU ỨNG +R
HIỆU ỨNG - R HIỆU ỨNG +R

Bảng 1.2. HIỆU ỨNG CẢM VÀ HIỆU ỨNG CỘNG HƯỞNG CỦA VÀI NHÓM
THÔNG THƯỜNG
NGUYÊN TỬ HAY NHÓM NGUYÊN TỬ R I
+ +
+ +
+ -
+ -
+ -
- -
- -
2.7. Ứng dụng
Hiệu ứng cộng hưởng cũng có những ứng dụng tương tự như hiệu ứng cảm
a. Giải thích độ mạnh của các acid hữu cơ
Các chất hữu cơ có chứa nhóm -OH có thể phóng thích proton H

2
gây ra hiệu ứng -R và -I, có tác dụng rút điện tử mạnh. Tuy
nhiên, với phân tử p-nitrophenol, hiệu ứng cộng hưởng lan rộng đến nguyên tử O của nhóm
-OH, mật độ điện tử trên O giảm: càng làm nhị liên hóa trị giữa O và H bị kéo về phía O, H dễ
tách rời dưới dạng H
+
.
Trái lại, trong phân tử m-nitrophenol, hiệu ứng cộng hưởng âm do nhóm -NO
2
gây ra
chỉ liên hệ đến nhân benzen và không truyền tới nhóm -OH. Do đó, liên kết O-H khó đứt hơn
và m-nitrophenol có tính acid yếu hơn p-nitrophenol.
b. Giải thích độ mạnh của các baz hữu cơ
Tương tự như trường hợp các acid, baz càng mạnh khi hằng số K
b
càng lớn (hay pK
b
càng
nhỏ)
nghĩa là: mật độ điện tử trên N phải càng quan trọng. Vậy:
Khi phân tử baz có nhóm gây hiệu ứng cộng hưởng dương (+ R), độ mạnh của baz sẽ tăng.
Khi phân tử baz có nhóm gây hiệu ứng cộng hưởng âm (- R), độ mạnh của baz sẽ giảm.

Thí dụ: Ta có thứ tự tính baz như sau:http://NgocBinh.dayhoahoc.com