2. Химические свойства органических соединений

2.1 Кислотные и основные свойства органических соединений

Современные представления о кислотах и основаниях Бренстеда и Лоури

Важными аспектами реакционной способности органических соединений является их кислотные и основные свойства. Для описания кислотных и основных свойств химических соединений существует несколько теорий – теория Бренстеда и Лоури, теория Льюиса и ряд других. Наиболее распространенной является теория Бренстеда и Лоури, или протолитическая теория.

По теории Бренстеда – Лоури кислоты – это нейтральные молекулы или ионы, способные отдавать протон (доноры протона), а основания - это нейтральные молекулы или ионы, способные присоединять протон (акцепторы протона).

По теории Льюиса - кислоты – это нейтральные молекулы или ионы, способные присоединять электронную пару (акцепторы электронной пары), а основания – это нейтральные молекулы или ионы, способные отдавать электронную пару (доноры электронной пары).

Из этого следует, что теоретически любое соединение, в состав которого входит атом водорода может его отдавать в виде протона и, проявлять свойства кислоты. Способность отдавать протон могут проявлять не только нейтральные молекулы, но заряженные частицы – катионы (NH₄⁺) и анионы кислот, например HCl,ROH,HSO₄^-и др.

В роли основаниймогут выступать анионы – частицы, несущие отрицательный заряд, например С1^-,OH^-,HSO₄^-,NH₃. Основаниями могут быть и нейтральные молекулы, в состав которых входит гетероатом, например, азот, сера, кислород, содержащие неподелённую пару электронов, например спирты ROH.

Нейтральные молекулы или заряженные ионы, способные в зависимости от природы второго компонента проявлять свойства кислот или оснований называютсяамфотерными.

2. Теория Бренстеда – Лоури. Сопряженные кислоты и основания.

Кислоты и основания проявляют свои свойства только в присутствие друг друга, ни одно вещество не будет отдавать протон, если в системе нет акцептора протона – основания, и наоборот.т.е. они образуютсопряжённую кислотно-основную пару в которой чем сильнее кислота, тем слабеесопряженное ей основание, и чем сильнее основание, тем слабее сопряженная ему кислота.

Кислота, отдавая протон, превращается в сопряженное основание, а основание приняв протон, превращается в сопряженную кислоту. Кислоту обычно обозначают АН, а основание – В

Например: НС1↔ Н⁺+ С1^-, НС1 – сильная кислота; С1^-ион – сопряженное слабое основание;

СН₃СООН ↔ СН₃СОО^-+ Н⁺, СН₃СООН – слабая кислота, а СН₃СОО^-- ион сопряженное сильное основание.

Кислотные свойства соединений обнаруживаются только в присутствие основания, а основные свойства – в присутствие кислоты, т.е. в соединениях существует определённое кислотно - основное равновесие, для изучения которого в качестве растворителя используется Н₂О. По отношению к Н₂О как к кислоте или как основанию определяют кислотно-основные свойства соединений.

Для слабых электролитов кислотность количественно оцениваетсяК_равреакции, которая заключается в переносе Н⁺от кислоты к Н₂О как основанию.

СН₃СООН + Н₂О ↔ СН₃СОО^-+ Н₃О⁺

к-та основ-е основание кислота

СН₃СОО^-- ацетат ион, сопряженное основание;

Н₃О⁺- ион гидроксония, сопряженная кислота.

Используя значение константы равновесия этой реакции и учитывая, что концентрация Н₂О практически постоянна, можно определить произведение К ·[H₂O] называемое константой кислотностиК_{кислотности} (К_а).

;

Чем больше К_а, тем сильнее кислота. Для СН₃СООН К_а= 1,75*10^-5. такие малые величины неудобны в практической работе, поэтому К_авыражают черезрК_а (рК = -ℓg К_а). Для СН₃СООН рК_а= 4,75. Чем меньше величина рК_а, тем сильнее кислота.

Сила оснований определяется величиной рК_ВН⁺.

Кислотные свойства органических соединений с водородосодержащими функциональными группами (спирты, фенолы, тиолы, карбоновые кислоты, амины).

Органические кислоты

В органических соединениях в зависимости от природы элемента, с которым связан Н⁺, различают следующие кислоты:

ОН– кислоты (карбоновые кислоты, фенолы, спирты)

СН – кислоты (углеводороды и их производные)

NH – кислоты (амины, амиды, имиды)

SH – кислоты (тиолы).

Кислотным центром называется элемент и связанный с ним атом водорода.

Сила кислоты будет зависеть от стабильности аниона, т.е. от сопряженного основания, которое образуется при отрыве Н⁺от молекулы.Чем стабильнее анион, тем выше кислотность данного соединения.

Стабильность аниона зависит от ряда факторов, которые способствуют делокализации заряда. Чем выше делокализация заряда, тем устойчивее анион, тем сильнее кислотные свойства.

Факторы, оказывающие влияние на степень делокализации:

1. Природа гетероатома в кислотном центре

2. Электронные эффекты атомов углеводородных радикалов и их заместителей

3. Способность анионов к сольватации.