Кислотність

1. Часто вченим потрібно порівнювати
кислотно-основні властивості тих чи інших
органічних сполук. Запропонуйте
характеристики, використовуючи які
можна порівнювати протолітичні
властивості органічних сполук. Яким
методом можна теоретично або практично
визначити константи кислотності або
основності для цих сполук? Проілюструйте
свої міркування на прикладах якомога
більшого числа органічних сполук з різними
функціональними групами.

2. Протолітичну теорію органічних сполук вивчав Бренстед Лоурі.
За його теорією кислотність і основність сполук зв’язується з
процесом перенесення протону від однієї молекули до вншої
(автопротоліз).
Кислота і основа утворюють кислотно-основну пару, в якій чим
сильніша кислота, тим слабша основа, і навпаки.
Кислоти Бренстеда (протонні кислоти) – це нейтральні
молекули, здатні віддавати протон (донори протонів).
Основи Бренстеда – це нейтральні молекули, здатні
приєднувати протон (акцептори протонів). Тобто вони мають вільну
електронну пару або кратні зв’язки.
Сила кислот кількісно визначається константою кислотності:
Константа кислотності(pKa) - це кількісна міра здатності протоліту
віддавати протони. презентація
Чисельно показник константи кислотності визначається як
від’ємний десятковий алгоритм константи дисоціації.
pKa= - lg Ka
Отже, сила кислоти залежить від ступеня її дисоціації. Для
слабких кислот pKa є додатною велечиною.
Тобто, чим менша величина pKa і pKb, тим сильніші кислота і
основа.
Для визначення кислотності розчинів введено поняття Ph-розчину.
Ph-водневий показник
Ph= - lg [H]
[H]- концентрація йонів гідрогену.
Для нейтрального середовища Ph=7
Збільшення значення Ph від 7 до 14 характеризує лужне
середовище.
Значення Ph від 7 до 1 – кисле середовище. Чим менше значення Ph,
тим більша кислотність.
Кількісно кислотність і основність визначають методами
аналітичної хімії (наприклад, потенціометричне титрування)
Значення Ph можна визначити експрес-методами за допомогою
індикаторів. Більшість органічних сполук можна розглядати як

3. кислоти, оскільки в них містяться поляризовані зв’язки між атомами
гідрогену та різними неметалічними елементами ( O,N,S,C)
Тому органічні кислоти класифікуються за природою кислотного
центру.
1.OH-кислоти: спирти, феноли (C2H5OH, C6H5OH)
2.SH-кислоти: тіоли, тіолові кислоти (CH3 - CH2SH-етантіол)
3.NH-кислоти: аміни (CH3-NH2), аміди кислот (CH3-CO-NH2)
4.CH-кислоти: вуглеводні (C2H2), радикали гетеро функціональних
груп.
Давайте розглянемо, які саме фактори визначають кислотність
органічних сполук.
1.Природа атома в кислотному центрі.
Тут визначальну роль відіграє радіус ато (+ електронегативність)
В ряді СH<NH<OH<SH сила кислот зростає. Це пов’язане із
збільшенням радіусів атомів в кислотному центрі: чим більший
радіус, тим краще відбувається дисоціація молекули кислоти, тим
більша кислотність.
2.Природа розчинника.
Вплив розчинника визначається його електропровідністю. Чим
поляргіший розчинник, тим вища здатність сполуки до дисоціації,
значить більш виражені її кислотні властивості.
Найбільшу електропровідність має вода. Тому вона є
найефективнішим розчинником.
Наприклад: Електропровідність води=81, а етанолу (C2H5OH)-33
Кислотність карбонових кислот у воді…..
3.Характер радикалу, який зв’язаний з кислотним центром.
Природа радикалу, який зв’язаний з кислотним центром, має
набагато істотніший вплив на кислотність та основність орг.сполук.
Існують 2 види радикальних замісників.
1.Донорні замісники (електрофіли) - збільшують міцність зв’язку в
кислотному центрі, а це призводить до зменшення кислотності
(збільшення значення pKa). )[+У-фект]

4. До таких замісників належать: H+,-CH3,-C2H5,AlCl3,BF3.
Акцепторні замісники (нуклеофіли) - зменшують електронну густину
(міцність зв’язку) в кислотному центрі, а це призводить до збільшення
кислотності (зменшення значення pKa) [-У-фект]
До таких замісників належать: Сl-,-I-,Br-,NH3,H2O.
Електрофільні частинки - це частинки, які мають незаповнений
енергетичний рівень. Вони є донорами вільних орбіталей.
володіють позитивним індукційним ефектом )[+У-фект].
Нуклеофільні частинки - мають вільну електронну пару на
зовнішньому рівні або кратні зв’язки. Вони є акцепторами. володіють
негативним індукційним ефектом )[-У-фект].
Завдяки опрацьованій інформації ми зможемо теоретично
порівнювати кислотність різних орг.сполук.
Відносну кислотність сполук, які відносяться до кислот різного
типу (OH,NH,CH) можна визначити, користуючись таким правилом:
сильніші кислоти витісняють більш слабкі з їх солей.
Наприклад, щоб визначити кислотність H2O, NH3, C2H2
(відповідно OH-,NH-,CH- кислоти) можна використати їх реакційну
здатність.
Ацетилен (C2H2) руйнується під дією аміду Na, утворюється
ацетинелід натрію: формула
В свою чергу ацетинелід Na розкладається водою
формула
Отже, амід - сильніша кислота ніж ацителен, а амід - слабший,
ніж вода. Отже, виконується закономірність CH<NH<OH

5. 1.Спирти, більш слабкі кислоти, ніж вода. Але більш сильні, ніж
ацетилен чи амоніак.
Спирти відрізняються від води наявністю алкільної групи. Так як,
алкільна група дає електрони (+ І-ефект) вона буде збільшувати
негативний заряд відносно заряду на OH-йони, таким чином робити
його менш стабільним, отже, кислотність зменшуватиметься.
2.Феноли значно сильніші кислоти, ніж вода та спирти, але
слабші, ніж карбонові кислоти.
3.Тіоли є SH-кислотами, значно більш сильнішими ніж ОН-
кислоти (спирти). Підвищена кислотність пояснюється більшим
радіусом Сульфура, а також вільними де-орбіталями атома сульфуру.
4.Альдегіди є слабкими СН-кислотами. Наявність неподіленої
пари електронів зумовлює слабкі основні властивості, тому альдегіди
будуть слабшими кислотами, ніж вода, спирти, карбонові кислоти та
інші сполуки.
5.Карбонові кислоти мають кислотність більшу, ніж спирти. В
даній структурі, ми бачимо, що негативний заряд рівномірно
розприділений між двома атомами Оксигену. Це сильно стабілізує
йон, отже, збільшує кислотність.
6.Оксикислоти – більш сильніші, ніж карбонові кислоти.
ОН-група є електроноакцепторним замісником (-І-ефект). Стабілізує
аніон, отже, збільшує кислотність.
7.Органісні сполуки, що містять кислотний центр NH є
органічними основами. Тому, логічно, що порівняно з вище
перечисленими сполуками вони матимуть найменшу кислотність.
8.Проміжною ланкою між СН і NH-кислотами є амінокислоти, так
як, вони володіють амфотерними властивостями!!!!!