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【化学の難問】ハロゲンはなぜ「電子吸引基」なのに「オルト・パラ配向性」なのか?

「ニトロ基(電子吸引基)はメタ配向性」「フェノール(電子供与基)はオルト・パラ配向性」。前回の記事でこのルールを完璧に理解した人が、必ずぶつかる壁があります。

それがハロゲン(-Cl, -Br, -I)です。

  • ハロゲンは電気陰性度が大きいから、電子を吸い取る(電子吸引基)はず。
  • だったらニトロ基と同じ「メタ配向性」じゃないの?
  • でも、教科書には「オルト・パラ配向性」と書いてある……なぜ!?

この矛盾、実はハロゲンが隠し持っている「ツンデレな性質(2つの相反する効果)」を理解すれば、すっきり解決します。

目次

ハロゲンの「2つの顔」を知ろう

大学化学では、置換基の効果を2つのルートで考えます。ハロゲンはこの2つの力が逆方向に働いているのが特徴です。

① 誘起効果(Inductive Effect):電子を強く引っ張る「ツン」

ハロゲン原子は電気陰性度が非常に大きいです。そのため、単結合($\sigma$結合)を通して、ベンゼン環から電子をグイグイ引っ張ります。

  • 結果: ベンゼン環全体の電子が不足し、反応が起きにくくなる(反応速度が遅くなる)。

② 共鳴効果(Resonance Effect):電子を貸してくれる「デレ」

一方で、ハロゲンには「非共有電子対(ローンペア)」があります。いざという時、この電子をベンゼン環に貸し出すことができます。

  • 結果: 特定の場所にプラス電荷が来た時だけ、助けてくれる(配向性を決める)。

ここがポイント!

  • 反応の「速さ」を決めるのは、常に働いている①誘起効果(引っ張る力)です。だからハロゲンの反応は遅い(不活性化)です。
  • 反応の「場所」を決めるのは、緊急時に働く②共鳴効果(貸す力)です。これがオルト・パラ配向性を生みます。

なぜオルト・パラに行きたがるのか?(中間体の安定性)

では、反応の途中(中間体)で何が起きているか見てみましょう。

求電子試薬($E^+$)がベンゼン環を攻撃し、ベンゼン環がプラスに帯電した瞬間です。

オルト・パラ位を攻撃した場合

プラスの電荷がベンゼン環上を移動し、ハロゲン原子(-Clなど)が結合している炭素の真上にやってきます。

本来、電気陰性度の高いハロゲンの隣にプラスが来るのは嫌なことです(誘起効果による不安定化)。

しかし、ここでハロゲンの「非共有電子対」が火消しに走ります!

  • ハロゲン:「普段は電子を吸い上げてるけど、今だけは余ってる電子を貸してあげるよ!」
  • これによって、炭素とハロゲンの間で二重結合のような状態ができ、「全ての原子がオクテット則を満たす」という特別な安定構造が生まれます。

この「緊急時の援助」があるため、中間体はなんとか持ちこたえることができます。

オルト位のとき

パラ位のとき

メタ位を攻撃した場合

メタ位を攻撃すると、プラスの電荷は移動しますが、ハロゲンの真上には来ません。

これだとハロゲンからの「電子の貸し出し(共鳴効果)」は届きません。

残るのは「ハロゲンが遠くから電子を吸い取っている(誘起効果)」という嫌な状況だけです。助けは来ません。


結論:ハロゲンは「不活性」だけど「オルト・パラ配向」

以上の話をまとめると、ハロゲンの挙動は次のように説明できます。

  1. 全体としては反応しにくい(不活性化)ハロゲンが常に電子を吸い取っている(誘起効果 > 共鳴効果)ため、ベンゼン環は電子不足。だから、ベンゼンそのものより反応は遅いです。
  2. でも、あえて反応するなら「オルト・パラ」「メタ位」に行くと、ただ電子を吸い取られるだけで救いがない。「オルト・パラ位」に行けば、最後にハロゲンが非共有電子対で助けてくれる(共鳴効果による安定化構造がある)。「どっちも辛いけど、最後に助けがあるオルト・パラの方がまだマシ」という消去法に近い選択なのです。

まとめ:配向性マスターへの道

置換基性質配向性理由を一言で
-OH, -NH2電子をくれるオルト・パラ電子を貸して超安定にしてくれるから
-NO2電子を吸うメタオルト・パラだと大反発して最悪だから
-Cl, -Br吸うけど持ってるオルト・パラ全体的に嫌だけど、オルト・パラなら最後の援助があるから

最後に

「例外」として丸暗記していたハロゲンも、「引っ張る力(電気陰性度)」と「貸す力(非共有電子対)」の綱引きとして見れば、非常に論理的な動きをしています。

大学に入ると、この考え方は有機化学のあらゆる反応で使う「最強の武器」になります。今のうちにイメージを掴んでおきましょう!

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