2 Кислоты и основания

В органической химии используют две теории кислот и оснований: протеолитическая теория Бренстеда  Лоури и электронная теория Льюиса. Эти теории не противоречат друг другу и применяются для различных целей.

2.1 Кислоты и основания по Бренстеду-Лоури

По Бренстеду - Лоури, кислота - донор протона (Н⁺), а основание - акцептор протона. При реакции нейтрализации, между Н₃О⁺ и ОН^ протон переходит от кислоты Н₃О⁺ к основанию ОН^:

(1)

донор акцептор

протона протона

Любую пару молекул или ионов превращающихся друг в друга путем потери или приобретения протона называют сопряженной кислотно-основной парой. Когда кислота передает протон основанию, она превращается в сопряженное основание, а основание в сопряженную кислоту. В реакции гидрониевого иона с аммиаком Н₃О⁺ превращается в сопряженное основание Н₂О, а NH₃ превращается в сопряженную кислоту NH₄⁺:

(2)

гидроний аммиак вода аммоний

кислота основание сопряженное сопряженная

основание кислота

гидрония аммиака

В кислотно-основной реакции уксусной кислоты с метиламином протон переходит от уксусной кислоты к метиламину, в результате чего образуется метил аммониевый катион:

(3)

уксусная метилами ацетат-ион метиламмоний

кислота основание сопряженное сопряженная

основание кислота

уксусной к-ты метиламина

Среди органических соединений различают OH-, SH-, NH- и СН-кислоты

Органические основания для образования ковалентной связи с протоном кислоты должны либо иметь неподеленную пару электронов у гетероатома (нейтральные молекулы), либо быть анионами. Основания, имеющие в молекулах гетероатом с неподеленной парой электронов, называются n-основаниями.

Упр.16. Напишите ниже следующие реакции как реакции перехода протона. Покажете, какой из реагентов является кислотой, а какой основанием? Укажете, сопряженной кислотой или основания, какого исходного продукта является каждый продукт реакции. Изобразите структуры Люиса каждого исходного и конечного продукта. Используйте кривые стрелки для обозначения движения электронов.

(а) H₂O + NH₄⁺  H₃O⁺ + NH₃

(б) CH₃CH₂OH + NH₂^  CH₃CH ₂O^ + NH₃

(в) CH₃SH + OH^  CH₃S^ + H₂O

(г) CH₂=O + HCl  CH₂=OH⁺ + Cl^

Ответ

(а) (4)

основание кислота кислота основание

сопряженная H₂O сопряженное NH₄⁺

(б)(5)

кислота основание основание кислота

сопряженное сопряженная

СH₃СH₂ОН NH₂^

А. Основания с двумя акцепторами протона

Многие органические соединения могут принимать протоны на два и более атома. Возьмем в качестве примера уксусную кислоту. При действии на нее такой сильной минеральной кислоты как серная кислота, протон от минеральной кислоты переходит на уксусную кислоту. Он может присоединяться к карбонильному (А) или гидроксильному (Б) атомам кислорода:

(6)

А Б

Рассмотрим, какой из образующихся катионов (А) или (Б) более устойчив? Для структуры А можно написать три резонансные структуры.

А-1 А-2 А-3

Структуры А-1 и А-3 вносят больший вклад, чем структура А-2, т. к. в ней на атоме углерода имеется только 6 электронов.

При протонизации гидроксильного атома кислорода образуется структура Б, для которой можно написать только две граничные структуры Б-1 и Б-2: