Effet inductif - Définition

Introduction

Au sein d'un composé chimique, l'effet inductif consiste en la propagation d'une polarisation électronique au fil des liaisons chimiques, due à la différence d'électronégativité des différents éléments liés entre eux.

Électronégativité

Définition

L'électronégativité est la capacité d'un élément à attirer les électrons, donc leur charge électrique, lorsqu'il est lié à un autre atome. L'électronégativité est relative : un élément A est électronégatif par rapport à un autre élément B si A attire de façon plus forte les électrons, B sera alors dit électropositif par rapport à A. L'électronégativité est généralement notée χ.

Molécule A₂

Dans une molécule de type A₂ la liaison des deux atomes A est purement covalente : les électrons sont équitablement répartis au sein de la liaison puisqu'il n'y a pas de différence d'électronégativité. Les deux atomes A sont donc électriquement neutres. Deux éléments A et B ayant la même électronégativité seront aussi liés par une liaison purement covalente, et électriquement neutre. La molécule A-A n'est donc pas polarisée.

Molécule A-B

Dans une molécule de type A-B, où l'électronégativité des deux éléments A et B est différente, la liaison A-B est iono-covalente. Les électrons ne sont pas équitablement répartis puisque l'élément ayant l'électronégativité la plus élevée va attirer les électrons. Les deux atomes sont partiellement chargés. Plus la différence d'électronégativité est élevée, plus les charges partielles sont importantes. Ces deux charges sont dites partielles car ce sont des fractions (comprises entre 0 et 1), positives ou négatives, de la charge élémentaire. Elles sont généralement notées δ+ ou δ-. On parle alors de degré d'ionicité de la liaison (ou à l'inverse de degré de covalence).

Par exemple, si χ_B > χ_A, alors B sera partiellement chargé négativement puisqu'il attire les électrons, A sera au contraire partiellement chargé positivement. Par ailleurs, la liaison A-B est polarisée.

Effet inductif – cas général

Définition

Lorsque deux atomes A et B, d'électronégativités différentes, sont liés il y a déplacement des électrons vers le composé le plus électronégatif, polarisation de la liaison, les atomes A et B sont alors partiellement chargés et il y a donc un moment dipolaire électrique. La polarisation de la liaison, et ses conséquences, est appelée effet inductif.

Il peut aussi y avoir effet inductif lorsqu'un atome A est lié à un groupe d'atomes globalement électroattracteur (et inversement, si A est plus électroattracteur). A sera alors chargé partiellement positivement (et inversement, A sera chargé partiellement négativement).

Plus la différence d'électronégativité entre les éléments en présence est importante, plus la polarisation de la liaison sera importante, et plus l'effet inductif sera important.

Propagation

Globalement, au sein d'un composé chimique, l'effet inductif se transmet le long des liaisons σ. On considère généralement que l'effet inductif, dû à un élément très électronégatif (ou électropositif), devient négligeable, voire inexistant, après une suite de trois liaisons σ. Ceci explique que l'effet inductif peut aussi être dû à un groupement d'atomes. Les liaison pi, en raison de leur forte densité en électrons, sont plus aptes a transmettre l'effet inductif d'un atome ou d'un groupe d'atomes. En effet, une liaison double sera plus facilement polarisable, et donc le déficit ou excédent d'électron sera d'autant plus marquée d'un bout a l'autre de la liaison.

Addition

Les effets inductifs peuvent s'additionner. Ainsi dans un composé du type B-A-B, avec χ_B > χ_A, on aura δ_A = -2δ_B (δ_B < 0 et δ_A > 0 ). En fait A bénéficie deux fois de l'effet inductif de B.

Dans le dioxyde de carbone (CO₂) le carbone bénéficie deux fois de l'effet inductif des atomes d'oxygène, élément plus électronégatif que le carbone.

Le même raisonnement s'applique pour un composé du type A-B-C, ou les électronégativités des trois éléments sont différents. Les réactifs de Grignard sont un bon exemple de ce type de composés. Les réactifs de Grignard sont des organomagnésiens mixtes, du type C-Mg-X, avec X un halogène (généralement le chlore). Le magnésium est plus électropositif que le carbone qui porte donc une charge partielle légèrement négative. Les réactifs de Grignard sont très utilisés en chimie organique, notamment pour la synthèse d'alcanes non-linéaires.

Effet inductif donneur – attracteur

Si par effet inductif un atome A au sein d'un composé est partiellement chargé positivement (si le moment dipolaire dû à cet effet inductif part de A vers l'atome -ou le groupe d'atomes- plus électroatracteur), on parle d'effet inductif attracteur, parfois noté -I.

À l'inverse, si par effet inductif un atome A au sein d'un composé est partiellement chargé négativement (si le moment dipolaire dû à cet effet inductif part vers A depuis l'atome -ou le groupe d'atomes- moins électroatracteur), on parle d'effet inductif donneur, parfois noté +I.

Conséquences générales de l'effet inductif

Réactivité

Par effet inductif, un atome A au sein d'un composé chimique devient partiellement chargé électriquement, soit positivement, soit négativement. Cette charge partielle peut modifier la réactivité de A, et par conséquent des atomes qui lui sont directement liés.

Ainsi, si A est partiellement chargé positivement il attirera des composés chargés négativement, ou ayant un excès d'électrons, et réagira plus facilement avec ces composés. Si A bénéficie d'un effet inductif attracteur, A sera électrophile. Un groupement -I est donc activant pour les réactions nucléophiles, désactivant pour les réactions électrophiles.

De même, si A est partiellement chargé négativement il attirera des composés chargés positivement, ou ayant un déficit en électrons, et réagira plus facilement avec ces composés. Si A bénéficie d'un effet inductif donneur, A sera nucléophile. Un groupement +I est donc activant pour les réactions électrophiles, désactivant pour les réactions nucléophiles.

Stabilité des ions

Les ions sont des composés chimiques qui ont un excès (ou un défaut) de charges électriques. De ce fait, ils sont notoirement réactifs, donc peu stables. Or l'effet inductif charge électriquement les atomes au sein de composés chimiques.

Si par effet inductif on compense la charge électrique de l'ion, celle-ci sera moins importante et l'ion sera donc plus stable. Inversement, si par effet inductif on rend la charge de l'ion encore plus importante, il sera plus instable.