Кислотные и основные свойства органических соединений.

Кислотность и основность органических соединений.

Ионная теория кислот и оснований сформировалась после появления ТЭД Аррениуса (1887). согласно этой теории кислота – это вещество, при диссоциации которого в водных растворах образуются катионы водорода, а основания – вещества, диссоциирующие с образованием гидроксид-ионов. В дальнейшем появились теории, применимые к неводным растворителям и к органическим веществам. В 1923 году были предложены две теории: протонная теория Бренстеда и электронная теория Льюиса.

Теория Бренстеда

Согласно теории Бренстеда кислоты – это соединения (молекулы или ионы), которые являются донорами протонов. Основания по Бренстеду – это соединения, способные присоединять протон (акцепторы протонов). Для взаимодействия с протоном основание должно иметь пару электронов (неподеленная электронная пара или электроны p-связи). Протон от кислоты переходит к основанию, при этом оставшаяся частица сохраняет электронную пару, которая ранее образовывала связь с протоном. Эта частица теоретически также может присоединять протон, т.е. является сопряженным основанием.

Между кислотой и основанием сопряженной пары существует взаимосвязь: чем сильнее кислота, тем слабее образуемое ею основание, и наоборот. Например, уксусная кислота слабее, чем соляная, и, соответственно ацетат-ион – более сильное основание, чем анион хлора.

Константа такого равновесия выражается уравнением:

Константа кислотности:

Для уксусной кислоты эти уравнения примут следующий вид:

Значения К_а очень малы, оперировать ими неудобно, поэтому применяют отрицательный логарифм от величины К_а.

рК_а = lgК_а

рК_а(СН₃СООН) = -lg1, 79 ^. 10^-5 = 4, 76

Чем выше величина К_а и чем ниже величина рК_а, тем сильнее кислота.

В большинстве органических соединений содержится водород, поэтому потенциально все они являются кислотами Бренстеда.

В зависимости от того, с каким атомом связан отщепляемый протон, кислоты можно разделить на несколько групп:

О-Н – кислоты (карбоновые кислоты, спирты, фенолы и т.д.)

S-H – кислоты (тиолы)

N-H – кислоты (аммиак, амины, амиды)

C-H – кислоты (насыщенные и ненасыщенные углеводороды)

Основания Бренстеда для образования связи с протоном должны содержать электронную пару, поэтому основными свойствами обладают соединения, в состав которых входят атомы со свободной электронной парой (О, N, S, Hal), или содержащие p-связи.

В соответствии с этим основания Бренстеда можно разделить на 2 группы:

Основания Бренстеда

n – основания содержат неподеленную пару электронов

p - основания содержат электроны p-связи

p - основания p - комплекс

Чем стабильнее анион, тем сильнее сопряженная кислота.

Стабильность аниона зависит от:

1. ЭО и поляризуемости атома в кислотном центре;

2. наличия сопряжения;

3. характера заместителей в органическом радикале;

4. влияния растворителя.

Рассмотрим каждый фактор подробно:

1) ЭО и поляризуемость атома в кислотном центре

Кислотный центр – это элемент и связанный с ним атом водорода.

Для СН - кислот:

Поляризуемость элемента возрастает с увеличением радиуса атома и расстояния электронов от ядра.

То есть тиолы более сильные кислоты, чем спирты

2) Наличие сопряжения

Фенол и карбоновые кислоты по кислотности значительно превосходят спирты, т.к. их анионы стабилизированы за счет р - p - сопряжения и делокализации отрицательного заряда:

Ацилат-ион и феноксид-ион стабилизированы за счет наличия сопряжения:

3) Характер заместителей в органическом радикале:

ЭА – заместители в радикале увеличивают силу кислоты, т.к. способствуют делокализации отрицательного заряда в анионе.

Действие ЭД – заместителей – противоположно

Для ароматических соединений:

4) Влияние растворителя

Чем больше сольватация (гидратация) аниона, тем он более устойчив. Сольватация (гидратация) аниона растет с уменьшением его размера, т.к. увеличивается делокализацияя заряда.

Трет-бутиловый спирт Изопропиловый спирт Этиловый спирт Метиловый спирт

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒