Кинетическая кислотность
Органическая химия / Кислоты и основания / Органическая химия / Кислоты и основания / Кинетическая кислотность Кинетическая кислотность
Страница 2

Если же нет подобных пространственных эффектов или внутримолекулярных

Если же нет подобных пространственных эффектов или внутримолекулярных водородных связей, то перенос протона между электроотрицательными атомами происходит быстро. Важная особенность СН-кислот состоит в том, что перенос протона от атома углерода, как правило, осуществляется медленно даже в отсутствие пространственных затруднений, так как СН-кислоты исключительно плохие доноры водородной связи (разд. 3.3.3). Это иллюстрируют две последние реакции в табл. 3.16.

Поскольку СН-кислоты медленно отдают протон, их иногда называют "псевдокислотами", в отличие от "нормальных" ОН- и NH-кислот. Термин "псевдокислота" предложил Ганч (1899 г.), впервые исследовавший действие щелочей на нитрометан (реакция № 9 в табл. 3.16).

Неспособность СН-кислот (и С-оснований) образовывать сильные водородные связи - это лишь одна из причин замедленного переноса протона. Вторая причина связана с тем, что при ионизации большинства СН-кислот происходит значительная перестройка их молекул. Связь С-Н принципиально не кислая, и относительно сильные СН-кислоты своими кислотными свойствами во многом обязаны наличием в их молекулах определенных функциональных групп, которые способны тем или иным способом принимать на себя электронную пару, остающуюся на атоме углерода после ухода протона. Такая делокализация изменяет длины связей и углы между связями и требует затраты дополнительной энергии, что понижает скорость отщепления протона.

Третья причина связана с перестройкой (реорганизацией) окружающего растворителя. Любая ионная реакция в полярной среде сопровождается движением молекул растворителя в новые положения, которые диктуются перераспределением заряда. Чем больше движение заряда, тем больше перестройка растворителя и связанные с этим энергетические затраты. Поскольку отрыв протона от СН-кислот сопровождается сильным смещением заряда к функциональной группе, перестройка растворителя будет существенной.

В тех случаях когда ионизация СН-кислот не сопровождается делокализацией заряда, перенос протона не замедляется, и эти соединения ведут себя как "нормальные" кислоты. Примером является фенилацетилен:

В карбанионе С6Н5С≡С- sp-гибридная орбиталь, несущая отрицательный заряд

В карбанионе С6Н5С≡С- sp-гибридная орбиталь, несущая отрицательный заряд ортогональна π-орбиталям тройной связи, и поэтому делокализации заряда на π-системе быть не может. С другой стороны, в анионе дицианметана (малонитрила) делокализация возможна:

но это соединение по неясной причине введет себя как "нормальная" кислота.

но это соединение по неясной причине введет себя как "нормальная" кислота. Приведенные примеры являются исключениями, а правило состоит в том, что СН-кислоты проявляют себя как "псевдокислоты", т.е. отдают протон основаниям с медленной скоростью.

Поскольку перенос протона от СН-кислот к основаниям является меделенным процессом, его скорость легко можно измерить обычными несложными кинетическими методами. Для этой цели используют реакцию изотопного обмена водорода под действием основания в протонных растворителях. Обычно в качестве основания берут соль, содержащую лиатный ион (анион, сопряженный растворителю). Обмен можно проводить или с меченой СН-кислотой в немеченом ("легком") растворителе, либо с немеченой СН-кислотой в меченом растворителе:

Используя принцип стационарности (разд. 3.3.6.а), для реакции СН-кислоты RD с

Используя принцип стационарности (разд. 3.3.6.а), для реакции СН-кислоты RD с основанием В- в растворителе НВ можно записать:

Если к2>>k-1, а НВ - молекула растворителя, то

Если к2>>k-1, а НВ - молекула растворителя, то

скорость≅к1[RD][B-].

Тогда наблюдаемая скорость обмена дейтерия на легкий водород приближенно равна скорости стадии ионизации СН-кислоты: кнабл . Численное значение логарифма константы скорости к1 называется кинетической кислотностью соединения. Соотношение между кинетической и равновесной (термодинамической) кислотностью устанавливается уравнением Бренстеда (разд. 3.3.7):

Страницы: 1 2 3

Смотрите также

Теоретические основы расчета тарельчатых ректификационных колонн
Известно два основных метода анализа работы и расчета ректификационных колонн: графоаналитический (графический) и аналитический. Существуют некоторые допущения, мало искажающие действительный проце ...

Фильтpoвaниe жидкиx нeоднoрoдных cиcтeм
...

Обозначения.
Vп Мольный объем паровой фазы Vж Мольный объем жидкой фазы Sп Мольная энтропия паровой фазы Sж ...