Лекция n 8.

Тема: кислотно-основные свойства органических соединений.

П Л А Н

1.Теория кислот и оснований Бренстеда

а) кислоты Бренстеда

б) основания Бренстеда.

2.Кислоты и основания Льюиса

3.Принцип жестких и мягких оснований.

Литература: Н.А.Тюкавкина "Органическая химия"

Москва "Медицина" 1989г.

1. Важнейшими свойствами органических соединений является и кислотность и основность. Эти свойства часто обуславливают существование большинства органических биомолекул, а также лекарственных препаратов в условиях организма в ионном состоянии. Переноспротона, например, между атомами кислорода, азота и серы, наблюдается в ходе многих биохимических реакций.

Для описания кислотных и основных свойств органических соединений существует несколько теорий. Наибольшее значение имеют две теории теория Бренстеда и теория Льюиса.

Кислоты и основания бренстеда.

По теории Бренстеда (протолитической теории) кислотность и основность соединений связывается с переносом протона H⁺

---->

КИСЛОТА <---- H⁺ + ОСНОВАНИЕ

Кислота и основание образуют сопряженную кислотно-основную пару, в которой чем сильнее кислота, тем слабее сопряженное ей основание,и наоборот. Например, HCI сильнее, чем CH3COOH и соответственно ацетат ион CH3COO^- будет более сильным основанием, чем хлорид ион CI^- .

Кислоты Бренстеда (протонные кислоты) - нейтральные молекулы или ионы, способные отдавать протон (доноры протонов).

Основания Бренстеда - нейтральные молекулы или ионы, способные присоединять протон (акцепторы протонов).

Кислотные свойства обнаруживаются лишь в присутствии основания; основные только в присутствии кислоты.

В качестве растворителя при изучении кислотно-основных свойств обычно используется вода.

АН (кислота) + В (основ.) ↔ А ^- (сопр. основ.) + [ВН]⁺ (сопр. к-та)

Кислоты бренстеда.

Для слабых электролитов кислотность количественно оценивается величиной рКа (показатель кислотности). Чем меньше величина рКа тем сильнее кислота. В зависимости от природы элемента, с которым связан протон, бренстедовские кислоты делятся на OH-кислоты (карбоновые кислоты, фенолы, спирты),SH-кислоты (тиолы),NH-кислоты (амины, амиды, имиды),CH-кислоты (углеводороды и их производные).

Для качественной оценки силы кислоты в качестве важнейшего критерия используется стабильность аниона. Сила кислоты определяется стабильностью аниона (сопряженного основания, образующего в результате отрыва протона). Чем стабильней анион, тем сильнее кислота.

Обычно при изучении стабильности учитываются следующие факторы:

1. Электроотрицательность элемента отдающего протон.

2. Поляризуемость атома, отдающего протон.

3. Электронные эффекты углеводородных радикалов и заместителей в них.

4. Способность аниона к сольватации, т. е. взаимодействие с молекулами растворителя.

Эти факторы должны рассматриваться в совокупности.

Чем больше электроотрицательность элемента в кислотном центре, тем сильнее он притягивает к себе общую пару электронов и тем сильнее поляризована его связь с атомом водорода. В связи с этим возрастает вероятность гетеролит. разрыва связи с образованием

+

протона H

------------------------------> увеличение электроотрицательности

C N O

CH-к-ты < NH-к-ты < OH-к-ты < HF

---------------------------------------------------->

увеличение стабильности аниона и соотношение силы кислот.

Т.к. на электроотрицательность атомов влияет гибридное состояние то среди CH-кислот при переходе от алканов ---> аминов --->

алкинам кислотность возрастает.

C sp³ C sp² C sp

CH₃-CH₃ CH₂=CH₂ HC≡ CH

рКа-42 рКа-36,5 рКа-25

----------------------------------------------------->

увеличение стабильности аниона и силы кислоты.

Этан и этилен не взаимодействуют ни со щелочными металлами, ни их гидроксидами. Ацетилен и его гомологи проявляют кислотные свойства.

CH₃-C CH + NаNH₂ ------> CH₃-C C-Nа + NH₃

Поляризуемость элемента кислотного центра имеет даже большее значение, чем его электроотрицательность.

Так атом серы обладающей меньшей электроотрицательностью, чем атом кислорода, за счет большей по объему электронной оболочки (большей поляризуемости) легче распределяет (делокализует) заряд, чем атом кислорода. Поэтому только тиолы, как SH кислоты болеесильные, чем спирты, являются OH кислотами.

------->---------------------> увеличение поляризуемости

O, S F, CI, Br, I

------->--------------------->

увеличение стабильности аниона и силы кислоты.

Поэтому в отличии от спиртов тиолы образуют соли(тиоляты) с водными растворами щелочей, оксидами, гидроксидами и солями тяжелыхметаллов.

C₂H₅SH + NaOH -----> C₂H⁵SNa + H₂O

этантиолят

натрия