Scopul lecției:
Formează studenții despre influența proprietăților bazate pe acizi ai compușilor organici asupra multor procese fizico-chimice și biologice care au loc în condițiile organismului.
Învățați elevii să determine proprietățile acido-bazice ale alcoolilor. fenoli, tioli și amine, în funcție de structura lor.
Studentul ar trebui să știe: tipurile de acizi și bazele Bronsted.
Studentul trebuie să poată: determina proprietățile acide și de bază ale compușilor organici.
Idei moderne despre acizi și baze.
Bronsted și Lowry
Aspectele importante ale reactivității compușilor organici sunt proprietățile lor acide și de bază. Pentru a descrie proprietățile acide și bazice ale compușilor chimici, există mai multe teorii - teoria lui Bronsted și Lowry, teoria lui Lewis și a altora. Cea mai comună teorie este teoria lui Bronsted și Lowry sau teoria protolitică.
Conform Bronsted Theory - Lourikisloty - o moleculă neutră sau ion capabil să doneze un proton (donori de protoni), iar baza - este molecule neutre sau ioni capabili de proton atașarea (proton acceptorii).
Conform teoriei Lewis a acizilor - sunt molecule neutre sau ioni capabile atașarea unei perechi de electroni (pereche de electroni acceptori), iar baza - este molecule neutre sau ioni capabili de a da o pereche de electroni (pereche de electroni donatori).
Din aceasta rezultă că, teoretic, orice compus care include un atom de hidrogen îl poate da sub forma unui proton și prezintă proprietățile unui acid. Abilitatea de a renunța la un proton poate manifesta nu numai molecule neutre, ci particule încărcate - cationi (NH4 +) și anioni de acizi, de exemplu HCI, ROH, HSO4 - etc.
Rolul bazelor poate fi anionii - particule care poartă o sarcină negativă, de exemplu, C1 -. OH -. HSO4. NH3. Moleculele neutre, inclusiv heteroatomul, pot fi, de asemenea, baze. de exemplu, azot, sulf, oxigen, conținând o pereche de electroni neparate, de exemplu alcooli ROH.
Moleculele neutre sau ionii încărcați, capabili de a manifesta proprietățile acizilor sau bazelor în funcție de natura celei de-a doua componente, se numesc amfoterici.
Teoria lui Bronsted este Lowry. Concentrate acizi și baze.
Acizii și bazele prezintă proprietățile lor numai în prezența celuilalt, nici una veschesvto nu va dona un proton în cazul în care sistemul nu are acceptor de protoni - bază și naoborot.t.e. ele formează o pereche acid-bază conjugată în care acidul mai puternic, cu atât mai slab este baza sa conjugată și mai puternică bază, cu atât mai slab acidul său conjugat.
Acidul, renunțând la proton, se transformă într-o bază conjugată, iar baza ia un proton, se transformă într-un acid conjugat. Acidul este de obicei desemnat AH, iar baza este B
De exemplu: НС1↔ Н + + С1 -. HCI este un acid puternic; Bază C1 - ion - conjugat slab;
CH3COOH ↔ CH3COO - + H +. CH3COOH este un acid slab și CH3COO este o bază tare conjugată cu ioni.
la-că baza sopr. interfațare.
la principalele
Am spus deja că proprietățile acide ale compușilor se găsesc numai în prezența bazei. și principalele proprietăți - în prezența acidului, adică în compuși există un echilibru definit acid-bază, pentru care se folosește H 2 O ca solvent. în ceea ce privește acidul sau ca bază, se determină proprietățile de bază ale acidului.
Pentru electroliții slabi, aciditatea este estimată cantitativ prin reacția Krav, care constă în transferul de H + din acid în H20 ca bază.
la acel acid de bază
CH3COO - acetat ion, bază conjugată;
H3O + - hidroxoniu, acid conjugat.
Folosind valoarea constantei de echilibru a acestei reacții și ținând seama de faptul că concentrația H2O este practic constantă, putem defini produsul K · [H2O] numit constanta de aciditate (Ka).
Mai mult Ka. cu atat mai puternic este acidul. Pentru CH3COOH, Ka = 1,75 · 10-5. astfel de valori mici sunt incomode în munca practică, deci Ka este exprimată în termeni de pKa (pK = -lgKa). Pentru CH3COOH pKa = 4,75. Cu cât valoarea pKa este mai mică. cu atat mai puternic este acidul.
Rezistența bazelor este determinată de valoarea pKBH +.
Proprietățile acide ale compușilor organici cu grupări funcționale conținând hidrogen (alcooli, fenoli, tioli, acizi carboxilici, amine).
În compuși organici, în funcție de natura elementului la care este legat H +. se disting următoarele acizi:
OH - acizi (acizi carboxilici, fenoli, alcooli)
CH - acizi (hidrocarburi și derivații acestora)
NH acizii (amine, amide, imide)
SH-acizi (tioli).
Centrul acid este un element și atomul de hidrogen asociat cu acesta.
Rezistența acidului va depinde de stabilitatea anionului, adică de din baza de conjugat, care se formează după detașarea H + din moleculă. Cu cat anionul este mai stabil, cu atat este mai mare aciditatea compusului.
Stabilitatea anionului depinde de o serie de factori care contribuie la delocalizarea sarcinii. Cu cât delocalizarea încărcării este mai mare, cu atât anionul este mai stabil, cu atât sunt mai puternice proprietățile de aciditate.
Factorii care afectează gradul de delocalizare:
Natura heteroatomului din centrul acid
Efecte electronice ale atomilor de radicali de hidrocarburi și substituenții acestora
Abilitatea anionilor la solvatare.
Dependența acidității de heteroatom.
Natura unui heteroatom este înțeleasă ca electronegativitatea (EO) și polarizabilitatea sa. Cu cât mai mult (EO) cu atât este mai ușor ruptura heterolitică din moleculă. În perioadele de la stânga la dreapta, cu o creștere a încărcăturii nucleului, crește (EO), adică capacitatea elementelor de a deține o încărcare negativă. Ca rezultat al deplasării densității electronice, legătura dintre atomi este polarizată. Cei mai mulți electroni și mai mare raza atomică, electronii suplimentare la nivelul energiei exterioare sunt din nucleu, polarizabilitatea mai mare și aciditate mai mare.
Exemplu: CH-NH-OH-SH-
creștere în E.O. și aciditate
C, N și O sunt elemente ale aceleiași perioade. EO perioada crește, crește aciditatea. În acest caz, polarizabilitatea nu va afecta aciditatea.
Polarizabilitatea atomilor în perioada variază nesemnificativ, prin urmare factorul principal care determină aciditatea este E.O.
Acum, luați în considerare SH-
O, S - sunt în același grup, raza din grup creste de sus în jos, de unde și polarizabilitatea atomului crește, ceea ce duce la o creștere a acidității. În S, raza atomului este mai mare decât cea a lui O, astfel încât tiolii prezintă proprietăți acide mai puternice decât alcoolii.
Comparați cei trei compuși: etanol, etantiol și amino-etanol:
H3C-CH2-OH. H3C-CH2-SH și H3C-CH2-NH2
Comparăm radicalul - ele sunt la fel;
Prin natura heteroatomilor grupării funcționale: S și D sunt în același grup, dar S raza atomic mai mare polarizabilitatea mai mare în mod corespunzător etantiol are proprietăți mai puternic acide
Acum, să comparăm O și N. O are un OE mai mare. prin urmare, aciditatea alcoolilor va fi mai mare.
Influența radicalului hidrocarbonat și a substituenților prezenți în el
Este necesar să atragem atenția studenților asupra faptului că compușii comparați trebuie să aibă același centru acid și un solvent.
Substituenții de electroni (EA) contribuie la delocalizarea densității electronilor, ceea ce conduce la o stabilitate a anionilor și, în consecință, la o creștere a acidității.
Substituenții de donare electronică (ED), dimpotrivă, contribuie la concentrația de densitate electronică în centrul acidului, ceea ce duce la o scădere a acidității și la o creștere a bazicității.
De exemplu: alcoolii monohidrici prezintă proprietăți acide mai slabe decât fenolii.
Exemplu: H3C → CH2- OH
Centrul acid este același
Solventul este același
Deplasările de densitate de electroni din alcooli monohidroxilici hidrocarburii radical grupei OH, adică, exponatele radicale a + I efect, apoi se concentrează asupra grupării OH număr mare de densitate de electroni rezultând H + este mai puternic asociat cu O și ruperea legăturii OH are loc este dificil, alcooli monohidroxilici totuși prezintă proprietăți acide slabe.
În fenol, dimpotrivă, inelul benzenic este EA. și grupa OH - - E.D.
Datorită faptului că gruparea hidroxil intră în conjugarea generală p-p cu inelul benzenic, delocalizarea densității electronice are loc în moleculă de fenol și crește aciditatea; conjugarea este întotdeauna însoțită de o creștere a proprietăților acide.
Creșterea radicalului de hidrocarbură din acizii monocarboxilici afectează, de asemenea, modificarea proprietăților acide și când substituenții sunt introduși în hidrocarbură, proprietățile de acid se schimbă.
Exemplu: în acizii carboxilici, în timpul disocierii se formează ioni carboxilați, anionii organici cei mai stabili.
În ionul carboxilat, sarcina negativă datorată conjugării p, p este distribuită în mod egal între doi atomi de oxigen, adică el este delocalizat și, prin urmare, mai puțin concentrat, prin urmare, în acizii carboxilici, centrul acid este mai puternic decât în alcooli și fenoli.
Odată cu creșterea radicalului de hidrocarburi, care îndeplinește rolul lui E.D. aciditatea acizilor monocarboxilici scade datorită scăderii δ + pe atomul de carbon al grupării carboxil. Prin urmare, în seria omologă de acizi, acidul formic este cel mai puternic.
Când E.A. substituent în radicalul hidrocarbonat, de exemplu, aciditatea clorului a compusului este crescută. deoarece datorită delocalizării efectului de densitate electronică și a valorii δ + pe atomul C al grupului carboxilic, deci în acest exemplu acidul tricloracetic va fi cel mai puternic.
Influența solventului.
Interacțiunea moleculelor sau a ionilor dintr-o substanță dizolvată cu un solvent se numește procesul de solvație. Stabilitatea Anion depinde în mod esențial de solvatare în soluție: cu cât ionul solvatat, deci este stabilă și solvatare a mai mare, mai mică dimensiunea ionică și cea mai mică delocalizarea sarcina negativă în acesta.
Proprietățile de bază ale compușilor organici. p-bază și n-bază.
Basicitatea compușilor organici.
Compușii organici, ale căror molecule includ atomi de azot, oxigen, sulf, pot acționa ca baze, atașând un proton de hidrogen datorită unei perechi de electroni împărțită la un nivel de energie extern. Un heteroatom dintr-o moleculă de materie organică care atașează un proton este numit centrul bazicității.
Bazele Bronsted sunt împărțite în n-baze și baze π.
Bazele pot fi particule încărcate neutru sau negativ. Acestea includ: amoniu (R3 N, R = NH, RCN), oxoniu (RC (O) R 1. R-O-R1), sulfoniu (R-S-R 1. RC (S) R 1)
Bazele bazelor (alchinele, alchenele, dieniile, arenele) în ele centrul de bază sunt electronii π-legați. Acestea sunt baze foarte slabe, deoarece perechile de electroni protonate nu sunt libere.
Rezistența bazei este determinată de stabilitatea cationului rezultat (acidul conjugat). Cu cât cationul este mai stabil, cu atât este mai puternică baza.
Valoarea Pentru a cuantifica caracteristicile bazicitatea este utilizat în general pK BH + - constantele figura bazicitate ale acizilor conjugați. Cu cât mai mult pK BH +, cu atât este mai puternică baza.Factori care afectează bazicitatea
Natura heteroatomului din centrul principal
H3C-NH2> H3C-OHH3C-OH> H3C-SH Rezistența bazelor depinde de electronegativitatea heteroatomului din centrul principal. Cu cât este mai atom EO, cele mai slabe proprietăți de bază, totuși alcooli și eteri sunt baze mai slabe în comparație cu amine.
Structura radicalului asociat cu centrul principal.
anilină H3C → CH2 → NH2 etilamină Aminele alifatice prezintă proprietăți de bază mai pronunțate. decât aromatică, deoarece densitatea electronică din radicalul hidrocarbonat se deplasează la NH2. și cu cât densitatea electronului este mai mare la centrul principal, cu atât este mai bună H +. în aminele aromatice, NH2 intră în conjugarea generală cu inelul benzenic și dă densitatea electronică inelului, deci H + este mai dificil de atașat, proprietățile de bază sunt mai slabe.
Influența substituenților. Substituenții donor de electroni sporesc proprietățile de bază, iar substituenții de eliberare de electroni reduc, de exemplu:
4-cloranilin anilină 4-nitroanilină reducerea bazicității
Efectul solventului
În mediul acvatic, un rol important îl joacă reducerea obstacolelor spațiale la hidratare, prin urmare aminele secundare sunt mai bine hidratate decât cele terțiare, care sunt dificil de accesat din punct de vedere spațial.
bazicitatea scade
Gazoase crește odată cu creșterea medie bazicitatea radicalii hidrocarbonați au fost îmbunătățite prin efectul lor de stabilizare datorită + I-efect asupra acidului conjugat cation, aminele terțiare prezintă totuși un proprietăți bazice, în comparație cu alte amine.
Reducerea scade
Teoria lui Lewis.
J. Lewis (1923) a propus o teorie mai generală a acizilor și a bazelor, bazată pe structura cojilor de electroni ai atomilor. Conform teoriei lui Lewis, proprietățile acide și bazice ale compușilor sunt determinate de capacitatea lor de a primi sau de a da o pereche de electroni cu formarea unei legături.
Acizii Lewis pot fi un atom, o moleculă sau un cation care are un orbital vacant și capabil să accepte o pereche de electroni pentru a forma o legătură covalentă. Exemplele servesc aogut halogenuri ale elementelor din al doilea și al treilea grup de PSE (BF3. AlCl3. FeCl3. ZnCl2. Cationi metalici, acid reacții heterolitice H +. Lewis, care implica reactivi electrofili cum ar fi.
Bazele Lewis pot fi un atom, o moleculă sau un anion având o pereche de electroni de valență. pe care trebuie să le ofere partenerului pentru a forma o legătură covalentă. Bazele Lewis sunt reactivi nucleofili. Acestea includ amine, alcooli, eteri, tioli, tioeteri, compuși care conțin legături π sau un sistem de legături p-conjugate.
O consecință importantă a teoriei lui Lewis este că orice compus organic poate fi reprezentat ca un complex bazic acid. De exemplu, iodura poate fi privit ca un complex format din etil-C2 H5 + cation (acid Lewis) și un ion de iodură -I (Lewis bază). Prin urmare, cele mai multe reacții cu iodură de etil poate fi clasificat ca un schimb de ioni de iodură de la alte baze Lewis (OH -. CN. - NH2. - H3 CO -) sau schimb de etil cation alt acid Lewis, (K +, H +, etc.). .Întrebări pentru autocontrol
Idei moderne despre acizi și baze.
Teoria lui Bronsted-Lowry. Concentrate acizi și baze.
Proprietățile acide ale compușilor organici cu grupări funcționale conținând hidrogen (alcooli, fenoli, tioli, acizi carboxilici, amine).
Proprietățile de bază ale compușilor organici. p-bază și n-bază. Teoria lui Lewis.
Factorii care afectează reactivitatea acizilor și a bazelor.
Explicați care dintre compuși prezintă proprietăți mai puternice ale acidului și de ce?
a) CH3-SH, b) CH3-NH2. c) CH3-OH.
Ce acid este mai puternic și de ce?
a) CH3COOH, b) Cl-CH2COOH, c) Cl2-CH-COOH.
Explicați de ce anilina prezintă proprietăți de bază mai slabe, comparativ cu etilamină.
9. Scrieți care reacții demonstrează proprietățile mai puternice ale acidului fenol în comparație cu alcoolii:
10. Ca un antidot pentru otrăvirea cu săruri de arsen, a fost propus 2,3-dimercaptopropanol. Explicați ce determină aciditatea sa ridicată în comparație cu propantriolul.