2. Właściwości kwasowo-zasadowe związków organicznych

2. Właściwości kwasowo-zasadowe związków organicznych

2. Właściwości kwasowo-zasadowe
związków organicznych
„Chemia Organiczna”, dr hab. inż. Mariola Koszytkowska-Stawińska, WChem PW; 2016/2017
godzina wykładu: 3
1
Kwas
Zasada
Proton
-
2.1. Teoria Bronsteda-Lowriego
indywiduum chemiczne oddające proton
indywiduum chemiczne przyjmujące proton
kation wodorkowy
Kwasem (potencjalnym) może być indywiduum chemiczne posiadające wiązanie Atom-H.
Zasadą (potencjalną) może być indywiduum chemiczne posiadające wolną parę elektronową.
Reakcje kwasowo-zasadowe są odwracalne.
H2O może pełnić rolę kwasu lub zasady.
Im mocniejszy kwas, tym słabsza zasada z nim sprzężona.
kwas i zasada z nim sprzężona
zasada i kwas z nią sprzężony
zasada i kwas z nią sprzężony
„Chemia Organiczna”, dr hab. inż. Mariola Koszytkowska-Stawińska, WChem PW; 2016/2017
kwas i zasada z nim sprzężona
2
2.1.1. Teoria Bronsteda-Lowriego – pKa i pH
stan równowagi reakcji kwasowo-zasadowej jest przesunięty w stronę słabszego kwasu.
dłuższa strzałka –
• kierunek przesunięcia stanu równowagi,
tj.
• wskazuje indywidua wstępujące w przewadze w stanie
równowagi
pKa
Kwas
<1
bardzo
mocny
1-3
średniej
mocy
3–5
słaby
5 – 15
bardzo
słaby
> 15
ekstremalnie
słaby
Ka - stała dysocjacji
„Chemia Organiczna”, dr hab. inż. Mariola Koszytkowska-Stawińska, WChem PW; 2016/2017
3
2.1.2. Teoria Bronsteda-Lowriego - organiczne kwasy i zasady
pKa~40
pKa~15
pKa~10
pKa~5
pKa<0
R
„Chemia Organiczna”, dr hab. inż. Mariola Koszytkowska-Stawińska, WChem PW; 2016/2017
OH
OH
4
2.1.3. Teoria Bronsteda-Lowriego - stan równowagi r. kwasowo-zasadowej
mocniejszy kwas
oddaje proton
w stronę słabszego kwasu
rola zasady
sól słabszego kwasu
mocniejszy kwas
sól mocniejszego
kwasu
„Chemia Organiczna”, dr hab. inż. Mariola Koszytkowska-Stawińska, WChem PW; 2016/2017
słabszy kwas
5
1
2.1.4. Teoria Bronsteda-Lowriego - budowa kwasu a wartość jego pKa
atom
C
N
O
F
kwas
CH4
NH3
H2O
HF
elektroujemność
moc kwasu
zasada
stabilność zasady
CH3
NH2
OH
F
Tym mocniejszy kwas, im bardziej
elektroujemny atom związany z protonem
Tym mocniejszy kwas, im większy
promień Van der Waalsa atomu
związanego z protonem
3
moc zasady
2
Tym mocniejszy kwas, im większy udział
orbitalu s w hybrydyzacji atomu
związanego z protonem
„Chemia Organiczna”, dr hab. inż. Mariola Koszytkowska-Stawińska, WChem PW; 2016/2017
Przykłady:
6
2.1.5. Teoria Bronsteda-Lowriego - wpływ podstawników na kwasowość
kwasów organicznych
najsłabszy
kwas
najmocniejszy
kwas
najsłabszy
kwas
najmocniejszy
kwas
mocniejszy
kwas
mocniejszy
kwas
„Chemia Organiczna”, dr hab. inż. Mariola Koszytkowska-Stawińska, WChem PW; 2016/2017
7
2.1.6. Teoria Bronsteda-Lowriego - delokalizacja elektronów a kwasowość
kwasów organicznych
elektrony rozproszone
(zdelokalizowane)
elektrony zlokalizowane
na atomie tlenu
hybryda rezonansowa
(struktura rezonansowa)
równowaga rezonansowa
(taka strzałka zawsze wskazuje
przemieszczanie się elektronów, a nie
przemieszczanie się atomów)
Reguły dotyczące struktur rezonansowych (McMurry, rozdział 2.4 i 2.5)
1. Poszczególne struktury rezonansowe nie są rzeczywiste, lecz urojone. Prawdziwa struktura cząsteczki jest złożona z
różnych struktur, inaczej mówiąc jest ich hybrydą rezonansową.
2. Struktury rezonansowe różnią się między sobą jedynie rozmieszczeniem ich elektronów p lub elektronów niewiążących.
3. Struktury rezonansowe związku chemicznego nie muszą być równocenne.
4. Struktury rezonansowe muszą być zgodne ze wzorami Lewisa i muszą spełniać ogólnie przyjęte zasady wartościowości
(walencyjności).
5. Hybryda rezonansowa jest bardziej trwała niż poszczególne struktury rezonansowe.
„Chemia Organiczna”, dr hab. inż. Mariola Koszytkowska-Stawińska, WChem PW; 2016/2017
8
2.2. Teoria Lewisa (1923)
Kwas
Zasada
–
–
przyjmuje parę elektronową
oddaje parę elektronową
wiązanie utworzone przez
elektrony z wolnej pary
elektronowej at. N
wiązanie utworzone przez
elektrony z wolnej pary
elektronowej at. O
Inne kwasy Lewisa: BH3, ZnCl2
„Chemia Organiczna”, dr hab. inż. Mariola Koszytkowska-Stawińska, WChem PW; 2016/2017
9