Кислотность и основность органических соединений

Кислотность и основность – важнейшие понятия, определяющие многие физико-химические свойства и реакционную способность органических соединений. Для оценки кислотности и основности органических соединений наибольшее значение имеют две теории – теория Бренстеда и теория Льюиса.

Кислотность и основность по Бренстеду.

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

К ислота Н⁺ + Основание

Кислоты – вещества, способные отдавать протон (доноры протонов).

Основания –вещества, способные присоединять протон (акцепторы протона).

Кислота и основание образуют сопряженную кислотно-основную пару. Кислотные свойства проявляются в присутствии основания, основные – в присутствии кислоты. Между кислотой и основанием сопряженной пары существует взаимосвязь: чем сильнее кислота, тем слабее сопряженное основание, и наоборот. Например, уксусная кислота слабее, чем соляная, и, соответственно, ацетат-анион – более сильное основание, чем анион хлора.

Кислоты Бренстеда. Сила кислот Бренстеда зависит от растворителя. Это связано с тем, что молекулы растворителя сами являются кислотами или основаниями Бренстеда. Например, при растворении кислоты Н-А в воде происходит ионизация этих веществ:

Н -А + Н₂О А^ + Н₃О⁺

Константа равновесия этой реакции выражается уравнением:

[А^][Н₃О⁺]

К_р = 

[НА][Н₂О]

Концентрация воды – величина постоянная. Произведение К_р[Н₂О]= К_а – константа кислотности. Чем больше величина К_а, тем сильнее кислота. Значения К_а для большинства органических веществ имеют маленькие значения, поэтому удобнее использовать отрицательный логарифм от величины К_а: рК_а = - lg К_а. Чем меньше величина рК_а, тем сильнее кислота.

В зависимости от природы элемента, с которым связан отщепляемый протон, бренстедовские кислоты делятся на ОН-кислоты (карбоновые кислоты, спирты, фенолы), SH-кислоты (тиолы), NH-кислоты (аммиак, амины, амиды), СН-кислоты (углеводороды и их производные).

По возрастанию кислотности кислоты Бренстеда располагаются в ряд:

СН-кислоты  NH-кислоты  ОН-кислоты  SH-кислоты

Основания Бренстеда. Основания для образования связи с протоном должны содержать либо неподеленную пару электронов, либо электроны -связи. В соответствии с этим основания Бренстеда делятся на две группы: n-основания (содержат свободную электроную пару) и -основания.

К -основаниям относят алкены, алкадиены, арены, т.е. соединения, содержащие -связи. -Основания за счет электронной пары -связи могут присоединять протон (s-орбиталь протона перекрывается с -орбиталью). Эта неустойчивая частица носит название -комплекса. Протон при этом не присоединяется ни к одному из атомов:

Н₂С=СН₂ + Н⁺  Н₂С=СН₂

Н⁺

-комплекс

В дальнейшем -комплекс преобразуется в -комплекс.

n-Основания связь с протоном образуют за счет свободной электронной пары атома азота (в аминах, гетероциклических соединениях), атома кислорода (в спиртах, простых эфирах, карбоновых кислотах, альдегидах, кетонах), атома серы (в тиоспиртах, тиоэфирах).

Сила n-оснований уменьшается в ряду: RNH₂  ROH  RSH.

На силу кислот и оснований влияют строение вещества и природа растворителя. Кислотность органических соединений зависит:

• От электроотрицательности атомов, ответственных за проявление кислотных свойств,

• От поляризуемости связей в кислотном центре;

• От факторов, которые определяют высокую стабильность образующихся при диссоциации.