Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лекция № 3.
Кислотность, основность. Теория Бренстеда.
Кислотно-основные свойства веществ определяют их реакционную способность, метаболизм, растворимость.
Кислоты (НА) – вещества, способные отдавать протон Н+ (доноры Н+).
. .
Основания (В) – способны присоединять протон (акцепторы Н+).
Кислотность и основность – это относительные свойства.
..
Н+А + В А– + ВН+
кислота основание сопряженные
основание кислота
Типы к.ц. (кислот):
СН – углеводороды: СН4 …, их производные …
NH – амины R – NH2, амиды карбоновых кислот
ОН – спирты R – OH, фенолы , карбоновые кислоты
SH – тиолы R – SH
Чем легче кислота отдает Н+, тем она сильнее.
Количественно сила кислот оценивается константой равновесия (Кравн.) = константой кислотности (Ка).
СН3СООН СН3СОО– + Н+
[CH3COO–]·[H+]
Ка = Кравн. =
[CH3COOH]
pКа = –lgКа , рКа –показатель кислотности.
Чем сильнее кислота, тем больше Ка, а рКа меньше.
Сила кислот зависит от факторов:
ЭО ↑ (увеличивается)
ЭО C < N < O > S
к.ц. CH < NH < OH < SH
кислотность ↑ (увеличивается)
по силе кислоты CH4 < CH3–NH2 < CH3–OH
рКа=40 рКа=35 рКа=16
2) поляризуемость атома в к.ц. ЭО О > S, но R атома, поляризуемость S > O.
к.ц. OH < SH
устойчивость аниона ↑
сила кислот ↑
Чем более равномерное распределение отрицательного заряда – делокализация, тем более устойчивый анион.
C2H5OH C2H5O– + H+ C2H5SH C2H5S– + H+
к.ц. этилат к.ц. этилтиолят
этанол анион этантиол анион
рКа=18 менее устойчив рКа=10,5 более устойчив
слабая кислота сильная кислота
Тиолы – более сильные кислоты, чем спирты.
Химические свойства:
2C2H5OH + 2Na → 2C2H5ONa + H2 2C2H5SH + 2Na → 2C2H5SNa + H2
соль соль
этилат Na этантиолят Na
C2H5OH + NaOH → C2H5SH + NaOH → C2H5SNa + H2O
слабая кислота
C2H5ONa + H2O → C2H5OH + NaOH 2C2H5SH + Hg2+O → (C2H5S)2Hg + H2O
pKa=15,7 pKa=18
Н2О С2Н5 ОН
Кислотные свойства позволяют применять тиолы (БАЛ, УНИТИОЛ) при отравлении соединениями тяжелых металлов (Hg2+, Pb2+, Cd2+…)
БАЛ УНИТИОЛ
ЭД заместители => ↓ кислотности ЭА заместители => ↑ кислотности
Пример 1.
фенол
C2H5 → OH (карболовая
к.ц. кислота)
ЭД (+I) рКа=18 ЭА(–М) рКа=9,9
кислотность ↑ (увеличивается)
Фенолы – более сильные кислоты, чем алифатические спирты.
C2H5OH + NaOH → 2 + 2Na → 2 + H2
слабая кислота > сильная соль
кислота фенолят Na
+ NaOH → + H2O
+ HCl → + NaCl
на фенолы: 3 + Fe+3Cl3 → Fe + 3HCl
фенолят Fe
темно-фиолетовый
Пример 2.
C2H5 → OH ЭА (–I)
к.ц.
ЭД (+I) рКа=18 рКа=15,1
этандиол–1,2 (этиленгликоль)
сила кислот ↑
Многоатомные спирты ( ≥ 2ОН) – более сильные кислоты, чем одноатомные спирты.
+ 2NaOH → + 2H2O
соль
этиленгликолят Na
+ 2NaOH –2
2 + Cu(OH)2 ↓ • 2Na+ + 4H2O
голубой
Качественная реакция этиленгликолят Cu
ярко-синий раствор
Пример 3.
рКа=9,9 рКа=4,7
+ Н+ СН3СООН + Н+
феноксид анион карбоксилат анион
устойчивость аниона ↑
сила кислот ↑ более устойчивый анион
Карбоновые кислоты – более сильные кислоты, чем фенолы.
..
π–основания n–основания
содержат = связь (алкены, арены…) содержат атом с неподеленной
>C=C< + H+ → >C=C< π–комплексы парой ē (n) – основный центр (о.ц.)
H+ аммониевые сульфониевые оксониевые
. . . . . .
+ H+ → → H+ >N– .. –S– .. –O– ..
(амины R–NH2 (тиолы R–SH (спирты R–OH
.. R–S–R) R–O–R)
В + Н+ ВН+
основание сопряженная кислота
Количественной характеристикой силы оснований является рКвн+ (показатель кислотности сопряженной кислоты). Чем сильнее основание, тем больше рКвн+.
Сила основания определяется факторами:
ЭО N < O поляризуемость O < S
Основность N > O > S
N – основания (амины) – самые сильные основания.
ЭД заместитель => ↑ основности ЭА заместитель => ↓ основности
Пример 1. Амины
.. .. ЭД CH3 → N ← CH3 ЭД
СН3 → NH2 CH3 → NH← CH3 ↑
ЭД (+I) ЭД ЭД CH3 ЭД
метиламин диметиламин триметиламин
сила оснований ↑
Третичные алифатические амины – более сильные основания, чем вторичные и первичные.
Пример 2.
..
СН3 → NH2 > Аминобензол (анилин)
ЭД ЭА (–М)
рКавн+=10,6 рКавн+= 4,6
сила основания ↓
Ароматические амины – более слабые основания, чем алифатические амины.
Химические свойства.
..
СН3 – NH2 + H+ – OH– [ CH3–NH3 ]+OH– [CH3–N+H3 ]+OH–
основание ↑ кислота гидроксид метиламмония
место протонизации (присоединения Н+)
..
СН3 – NH2 + H+Cl– [CH3–NH3 ]+Cl–
по донорно-акцепторному комплексная соль
механизму
+ Н2О
слабое основание
+
+ H+Cl– Сl–
III. Вещества, обладающие и кислотными и основными свойствами – амфотерные вещества.
о.ц. ___ + NaOH → + H2O
к.ц. основание
___ о.ц.
к.ц. аминокислоты соль
имидазол
+ H+Cl– → Сl–
кислота
комплексная соль