Теоретические представления в органической химии

Содержание главы: 
1. Углерод, его особенности. Гибридные состояния атома углерода.
2. Характеристики атомов элементов. Типы химических связей.
3. Ковалентная связь. Формулы Льюиса. Свойства ковалентной связи. Механизмы возникновения ковалентной связи.
4. Ионная связь. Водородная связь. Способы разрыва химической связи. Карбанионы. Карбкатионы. Свободные радикалы.
5. Электронные эффекты. Индуктивный эффект. Мезомерный эффект. Резонанс.
6. Кислоты и основания.

Кислоты и основания

Йоханес Бренстед и Томас Лоури (1923) сформулировали общую протолитическую теорию кислот и оснований. Они сформулировали определения:

Кислота есть молекула или ион, способные отдавать протон.

Основание есть молекула или ион, способные присоединять протон. Основание – акцептор протонов.

Кислота, отдавая протон, превращается в сопряженное основание. Основание, присоединяя протон, превращается в сопряженную кислоту. Эти пары частиц называют сопряженными кислотно-основными парами. Чем сильнее кислота, тем слабее сопряженное основание и наоборот.

Существуют амфолиты – молекулы или ионы, способные как отдавать, так и присоединять протон, и, следовательно, проявляют свойства кислот и оснований (вода, аминокислоты).

Протолитическое, или кислотно-основное, равновесие устанавливается в результате конкуренции за протон между основаниями взаимодействующих сопряженных кислотно-основных пар. Протолитическое равновесие всегда смещается в сторону образования более слабой кислоты.

Протолитическое равновесие наблюдается при ионизации слабых электролитов в воде. Анион слабой кислоты и вода, как слабое основание, конкурируют за протон. Это – обратимый процесс и он характеризуется константой равновесия К_а:

Константу кислотности К_а часто заменяют показателем кислотности рК_а, равным отрицательному десятичному логарифму константы кислотности. Значение рК_а равно значению рН водного раствора.

Чем меньше рК_а, тем больше кислотность соединения.

Кислотность органических соединений колеблется в очень широких пределах рК_а: от 40 для углеводородов, до 0,2 трифторуксусной кислоты (как у сильных минеральных кислот).

Самыми сильными органическими основаниями являются алифатические амины, имеющие рК_а для сопряженной кислоты (RNH₃⁺), равным »10.

Более общее определение кислот и оснований предложено Гилбертом Ньютоном Льюисом. Кислота – это акцептор электронных пар для дополнения своей электронной оболочки. Основания Льюиса – доноры электронных пар (анионы или нейтральные молекулы). Свойства кислот Льюиса проявляют различные частицы: протон, ионы соли металлов (Al, Fe, Zn, Sn,…), имеющих вакантные d-орбитали низкой энергии и др.

AlBr₃  +  Br^-  =  [AlBr₄]^-

ZnCl₂  + Cl^-  = [ZnCl₃]^-

 
Кислотность некоторых органических соединений в воде.

Упражнения к теме "Теоретические представления в органической химии"