Rūgštys ir bazės organinėje chemijoje

RŪGŠTYS IR BAZĖS ORGANINĖJE CHEMIJOJE 1. Brǿnsted-Lowry rūgščių-bazių teorija. Pagal šią teoriją, rūgštys, tai medžiagos galinčios duoti protoną (protonų donorės), o bazės - galinčios priimti protoną (protonų akceptorės). Atidavusios protoną rūgšties liekana vadinama konjuguota baze. Šiuo atveju Cl- yra HCl konjuguota bazė. Molekulė ar jonas, kuris susidaro prijungdamas protoną, vadinamasi bazės konjuguota rūgštimi. Oksonio jonas yra vandens konjuguota rūgštis. Oksonio jonas tai stipriausia rūgštis, o hidroksido jonas - stipriausia bazė, kokie tik gali egzistuoti vandeniniuose tirpaluose. NaOH vandeninis tirpalas turi solvatuotus Na+ ir -OH jonus. Sujungus jį su vandeniniu HCl tirpalu (druskos rūgštimi), įvyksta reakcija tarp oksonio ir hidroksido jonų, o Na+ ir -Cl jonai lieka tik "stebėtojais", nes jie šioje reakcijoje nedalyvauja: Tai tinka visoms stiprių bazių ir stiprių rūgščių reakcijoms, vykstančioms vandeniniuose tirpaluose: H3O+ + -OH  2H2O 2. Lewis rūgščių-bazių teorija. Brǿnsted-Lowry rūgščių-bazių teoriją 1923 m. praplėtė G.N.Lewis. Pagal jį, rūgštys, tai elektronų porų akceptoriai, o bazės - elektronų porų donorai. Pvz., aliuminio chloridas ir boro trifluoridas reaguoja su amoniaku kaip protonas: Al ir B atomai, turėdami tik elektronų sekstetą, elgiasi kaip rūgštys ir yra linkę prisijungti azoto elektronų porą. Reakcijos metu susidaro kovalentinis ryšys su azotu. Bazių samprata abejose teorijose sutampa, nes bazė, norėdama prisijungti protoną, turi turėti laisvą elektronų porą. Lewis teorija apima ir Brǿnsted-Lowry teoriją. Lenktos rodyklės žymi tiktai elektronų migraciją reakcijos metu. Jos nerodo atomų judėjimo. Paprastai tokia rodyklė prasideda nuo kovalentinio ryšio arba nepadalintos elektronų poros (vietos su didesniu elektronų tankiu) ir nukreipta į elektronų deficitinę vietą: 3. Rūgščių ir bazių stiprumas Organinė acto rūgštis yra daug silpnesnė už HCl ar H2SO4­. Acto rūgštis vandenyje disocijuoja nepilnai: Kadangi ši reakcija yra pusiausvyrinė, galima apskaičiuoti jos pusiausvyros konstantą: Praskiestuose vandeniniuose tirpaluose vandens koncentracija yra pastovi - apie 55,5 M. Mes galime perrašyti pusiausvyros konstantą į naują - rūgštingumo konstantą Ka: Acto rūgščiai 25oC temperatūroje ji lygi 1,76*10-5. Galima užrašyti bendrą formulę, tinkančią daugeliui atvejų: Didesnės Ka reikšmės reiškia, kad rūgštis yra stipri, o mažesnės - silpna. Jei Ka yra didesnė už 10, rūgštis yra pilnai disocijavusi vandenyje. Chemikai, dažniausiai, naudoja rūgštingumo konstantos atvirkštinį logaritmą pKa (kodėl?): pKa = -logKa Tai analogiška oksonio jono koncentracijos išraiškai pH = -log[H3­O+]. Acto rūgšties pKa = -log(1,76*10-5) = -(-4,76) = 4,76. Vanduo yra silpna rūgštis. Gryname vandenyje 25oC temperatūroje oksonio ir hidroksido jonų koncentracija yra apie 10-7M: Kai junginio pKa reikšmė artima pH, tirpale tokio junginio bus jonizuotos ir nejonizuotos formos po lygiai (vienodos koncentracijos). Kuo didesnė pKa reikšmė, tuo silpnesnė rūgštis. Kai kurių rūgščių ir jų konjuguotų bazių pKa reikšmės: Rūgštis Apytikr. pKa Konjuguota bazė HSbF6 H2C=CH2 > H3C-CH3 Kadangi sp-hibridizuotas anglies atomas etine yra elektroneigiamesnis, C-H ryšys yra labiau poliarizuotas. Todėl etino jonas – silpnesnė bazė, nes neigiamas krūvis labiau stabilizuotas: H3C-CH2- > H2C=CH- > HCC- Indukcinis efektas: Etano C-C ryšys visiškai nepolinis. Kitaip yra etilo fluoride: Indukcinis efektas veikia per ryšius ir per erdvę. Efektas silpnėja, tolstant nuo pakaito. Šiuo atveju teigiamesnis yra anglies atomas, esantis arčiau F atomo. Efekto poveikis per erdvę yra paprasta elektrostatinė sąveika. Indukcinis efektas padeda suprasti, kodėl karboksirūgštys yra stipresnės už alkoholius. Abiejuose junginiuose O-H ryšys poliarizuotas dėl didelio deguonies elektroneigiamumo, tačiau acto rūgštyje elektronus traukia ir C=O (karbonilo) grupė, kuri yra labai poliarizuota. Čia anglis įgauna didelį teigiamą krūvį dėl deguonies elektroneigiamumo ir dėl galimos rezonansinės struktūros: Tokia anglis, turėdama didelį teigiamą krūvį, skirtingai nei alkoholiuose, atitraukia elektronus nuo –OH grupės. Didesnis teigiamas krūvis ant protono rūgštyje reiškia, kad protonas atskyla lengviau: Susidariusio karboksirūgšties anijono stabilizacijai nemažą reikšmę turi ir rezonansinis efektas, ko negalima pasakyti apie alkoholius: Jei bus dar viena indukciniu efektu pasižyminti grupė, rūgštis bus dar stipresnė: Tirpiklio įtaka Nesant tirpiklio (dujų fazėje), daugumas rūgščių yra daug silpnesnės nei tirpale. Dujinės acto rūgšties pKa yra ~130. Čia susidarę jonai daug blogiau izoliuojami nei tirpaluose, kur jie gerai atskiriami vienas nuo kito. Labai svarbus vandenilinių ryšių susidarymas protoniniuose tirpaluose. Vandens molekulės solvatuoja ir nedisocijuotą rūgštį, ir susidarantį anijoną, sudarydamos vandenilinius ryšius. Su anijonu vandeniliniai ryšiai yra stipresni. 6, Organinės bazės Jei organinis junginys turi nepadalintą elektronų porą, jis gali reaguoti kaip bazė, pvz., aminai. Taip gali veikti ir junginiai, turintys deguonies atomą, pvz., tirpinant dujinį HCl metanolyje: Susidariusi alkoholio konjuguota rūgštis dažnai vadinama alkiloksonio jonu. Panašiai reaguoja ir junginiai, turintys karbonilo ar eterio grupes: Protono perdavimas dažnai yra pirmas žingsnis daugelyje reakcijų, kuriose dalyvauja alkoholiai, eteriai, aldehidai, ketonai, esteriai, amidai ir karboksirūgštys. Tačiau tai dar ne visos organinės bazės. Junginiai, turintys -ryšius, pvz., alkenai, taip pat pasižymi bazingumu. Šioje reakcijoje -ryšio elektronų pora sudaro ryšį tarp alkeno anglies atomo ir stiprios rūgšties protono. Šiame procese kitas anglies atomas lieka trivalenčiu, turinčiu formalų teigiamą krūvį. Tokio tipo anglies atomai yra vadinami karbokatijonais. 7, Rūgštys ir bazės nevandeniniuose tirpaluose Jei vandenyje ištirpinsim natrio amidą NaNH2, gausim labai stiprią bazę H2N- - amido joną, tačiau jis iš karto reaguos su vandeniu, sudarydamas daug silpnesnę bazę hidroksido joną HO- ir amoniaką: Vandeniniuose tirpaluose neįmanoma turėti stipresnės bazės nei hidroksido jonas. Tokias bazes galima gauti tirpikliuose, kurie yra silpnesnės rūgštys už vandenį. Tokiais tirpikliais gali būti heksanas, dietileteris, suskystintos NH3 dujos. Galime gauti etino konjuguotą bazę, veikiant jį NaNH2 skystame NH3: Organinėse reakcijose dažnai tirpikliais naudojami alkoholiai, kadangi jie mažiau poliniai už vandenį ir lengviau tirpina organinius junginius. Naudojant alkoholius, baze dažnai pasirenkamas alkoksido ( RO-) jonas. Tai stipresnė bazės už HO-, nes alkoholiai yra silpnesnės rūgštys už vandenį. Pvz., galima pagaminti natrio etoksidą, pridedant natrio hidrido į etanolį: Tuo pat būdu susintetintas tret-butoksido jonas tretiniame butanolyje yra dar stipresnė bazė už etoksido joną etanolyje. Konjuguotas alkanų bazes galima gauti iš alkilličio darinių, kurie sintetinami iš alkilhalogenidų ir metalinio ličio. Tokios bazės (karbanijonai) reaguoja su etinu: Tokie alkilličio dariniai naudojami sintetinant organinius junginius, vietoj vandenilio turinčius deuterio ar tričio atomą:

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!