1 / 214

8 .fejezet

8 .fejezet. Savak és bázisok a szerves kémiában. 8.1. A savak és a bázisok. Az elektronhiányos molekulák (például a bór-trifluorid) nem-kötő elektronpárral rendelkező vegyületekkel (például a fluorid-anionnal) reagálva lezárt vegyértékhéjra tehetnek szert. Lewis-sav Lewis-bázis.

gefjun
Download Presentation

8 .fejezet

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. 8.fejezet Savak és bázisok a szerves kémiában

  2. 8.1. A savak és a bázisok Az elektronhiányos molekulák (például a bór-trifluorid) nem-kötő elektronpárral rendelkező vegyületekkel (például a fluorid-anionnal) reagálva lezárt vegyértékhéjra tehetnek szert. Lewis-sav Lewis-bázis Reakció egyLewis-sav és egy Lewis-bázis között.

  3. Az elektronpár mozgásának irányát hajlított nyíllal szokás ábrázolni.

  4. A Lewis-féle definíció mellett a Brönsted-féle sav-bázis értelmezést is alkalmazni szokták. A Brönsted-féle érte-lemben a savak protont adnak le, a bázisok pedig protont vesznek fel. sav bázis

  5. A sav és a bázis közötti reakció során a poláros H-A kötés elhasad és az átalakulás lényege abban fogalmazható meg, hogy a képződő proton reagál a víz nemkötő elektronpárjával. A proton elektronhiányos molekula, ezért sav a Lewis-féle értelemben is.

  6. Egyes elektronhiányos molekulák (BF3, AlCl3, FeBr3) csak a Lewis-féle értelemben savak, de nem savak a Brönsted-féle értelmezés szerint. Ezeket szokás a szerves kémiában szűkebb értelemben vett Lewis-savaknak nevezni.

  7. A bázisok esetében nincs ilyen probléma, mert a nemkötő elektronpárt tartalmazó vegyületek protont képesek megkötni, azaz a Lewis-bázisok bázisok a Brönsted-féle értelemben is.

  8. 8.2. Nukleofil szénatomok reakciói elektrofil reagensekkel A szerves kémiában az új kötések többnyire ionos típusú reakciók révén jönnek létre. Az ionos típusú kötéskialakulási reakcióknál a kötést létrehozó elektronpárt az egyik reagáló molekula szolgáltatja. A Lewis-féle definíció szerint az elektronpárt adó molekula a bázis, míg a másik reakciópartner a Lewis-sav. Lewis bázis sav

  9. Ilyen reakció például az elektrofil addíciós reakciók második lépése, amelyben a karbokation reagál az anionnal.

  10. A szerves reakciókban azonban többnyire nem ionok, hanem poláros molekulák vesznek részt. A lényeget tekintve tehát a fenti átalakulás tehát egy Lewis-sav (a proton) és egy bázis (az alkén) közötti reakció. A Brönsted-sav (a HCl) pedig egy olyan reagensnek tekinthető, amely a reakció során Lewis-savként képes viselkedni. A szerves kémiában elektrofil reagenseknek nevezik azokat a molekulákat, amelyek bázisokkal Lewis-savként képesek reagálni.

  11. Az elektrofil szubsztitúciós reakciók első lépése hasonló az elektrofil addíciós reakciók első lépéséhez és mindkettő közös jellemzője az, hogy ezekben a reakciókban nukleofil szénatomok reagálnak elektrofil reagensekkel.

  12. Nukleofil szénatomokat tartalmazó vegyületek. karbanion Grignard- alkén alkin aromás reagens vegyület

  13. Negatív töltésű nukleofil szénatomot (karbaniont) úgy lehet előállítani, hogy protont szakítunk le egy C-H kötésből. Ehhez azonban általában nagyon erős bázisra van szükség és ilyen közegben az elektrofil reagensek a bázissal reagálnak.

  14. Nukleofil szénatomot tartalmaznak a fémorganikus vegyületek (például a Grignard-reagens) is, amelyekben a szénhez nálánál kevésbé elektronegatív atom kapcsolódik. A Grignard-reagens már gyenge savval is szénhidrogénné alakul. A reakció felhasználható a szerves oldószerekben található kis mennyiségű víz mennyiségének mérésére.

  15. A Grignard-reagens ebben a reakcióban olyan reagensnek tekinthető, amely az átalakulás során úgy reagál, mintha karbanion volna. A karbanion nagyon erős bázis, így protont képes a vízből leszakítani.

  16. Ennek megfelelően az alkének és az alkinek elektrofil addíciós és az aromás vegyületek elektrofil szubsztitúciós reakciói a legfontosabb olyan átalakulások, amelyekben nukleofil szénatomot tartalmazó vegyületek elektrofil reagensekkel reagálnak. Ezek a vegyületek a pi-elektronok jelenléte miatt tudnak bázisként viselkedni.

  17. 8.3. Elektrofil szénatomok reakciói nukleofil reagensekkel Az elektrofil szénatomot tartalmazó vegyületek nagyon gyakoriak a szerves kémiában. Ide tartoznak ugyanis mindazok a poláros kötést tartalmazó vegyületek, amelyekben a szénhez elektronegatívabb atom kapcsolódik egyes kötéssel (alkil-halogenidek, alkoholok, aminok), kettős kötéssel (karbonilvegyületek, iminek) vagy hármas kötéssel (nitrilek).

  18. Növeli a szén elektrofil jellegét és reaktivitását az, ha a kettős kötésű elektronegatív atom mellett további elektronegatív atom (karbonsavszárma-zékok), vagy atomok (szénsavszármazékok) kap-csolódnak hozzá.

  19. Elektrofil szénatomokat tartalmazó vegyületek

  20. Megfelelő körülmények között (példul a tercier alkil-halogenidek esetében) a poláros kötés már a nukleofil reagenssel való ütközés előtt elszakadhat és karbokation jöhet létre. Ilyen esetekben ez, a nagyon reaktív elektrofil szénatom (a Lewis-sav) reagál a nukleofil reagenssel.

  21. Az esetek többségében azonban az elektrofil szénatomot tartalmazó vegyületek körében is arról van szó, hogy a poláros kötésben lévő elektrofil szénatomok reagálnak a nukleofil reagensekkel, mint például az alábbi nukleofil szubsztitúciós reakcióban.

  22. 8.4. A savak és bázisok erőssége sav bázis konjugáltkonjugált bázis sav

  23. Egy sav erősségének megállapításához először az adott sav és a víz közötti reakció egyensúlyi állandóját kell megmérni.

  24. A savak erősségének jellemzésére azonban nem magát az egyensúlyi állandót, hanem az abból kiszámítható pK értékeket használják. pK = - log Ka

  25. sav konjugált bázis pK CH3CH2OH CH3CH2O- 16,0 H2O HO- 15,7 CH3CO2H CH3CO2- 4,72 HCl Cl- - 7

  26. Egy bázis erősségét a konjugált sav pKértékével szokás jellemezni.Annál erősebb bázisról van szó, minél gyengébb sav a konjugáltsav, azaz minél nagyobbpKértékkel rendelkezik. konjugált sav bázis pK CH3CH2OH CH3CH2O- 16,0 H2O HO- 15,7 CH3CO2H CH3CO2- 4,72 HCl Cl- - 7

  27. Ha egy Brönsted-sav egy Brönsted-bázissal reagál, az egyensúly mindig a gyengébb bázis irányában van eltolódva. erősgyenge bázis bázis pK =-7pK=15,7 A sav-bázis reakciók és a szubsztitúciós reakciók hasonlósága miatt a pK értékek jól használhatók a szubsztitúciós reakciók egyensúlyi viszonyainak jellemzésére is.

  28. 8.6. Bröstedt savak a szerves kémiában A szerves vegyületek döntő többsége tartalmaz hidrogént, így elvileg Brönsted-savként viselkedhetnek. sav konjugált bázis pK CH3CH2H CH3CH2- 50 RNHH RNH- 35 CH3CH2OH CH3CH2O- 16,0 A C-H kötés hasadása azonban gyakorlatilag egyáltalán nem megy végbe és az aminok is csak nagyon gyenge savnak tekinthetők. A szerves vegyületekben elsősorban az O-H kötést tartalmazó vegyületek viselkednek savként.

  29. sav konjugált bázis pK CH3CH2OH CH3CH2O- 16,0 H2O HO- 15,74 10,0 9,35 10,26 CH3CO2H CH3CO2- 4,72 CCl3CO2H CCl3CO2- 0,70

  30. Az O-H kötést tartalmazó vegyületek közül az alkoholok a leggyengébb és a karbonsavak a legerősebb savak, míg a fenolok középen foglalnak helyet. Ez egyúttal azt is jelenti, hogy az acetátanion sokkal gyengébb bázis, mint az etoxidanion. A fenti anionok annál nagyobb mértékben képesek a protont megkötni (azaz annál erősebb bázisok), minél nagyobb negatív töltés található az oxigénen. Minden olyan hatás, amely csökkenti a negatív töltést az oxigénen, a bázikusságot is csökkenti.

  31. A negatív töltés azáltal is csökken az oxigénen, ha a töltés delokalizálódik a molekulában. A delokalizáció okozza az acetátanion stabilitását és ezáltal az ecetsav nagyobb savasságát is. Hasonló stabilizáció az alkoxid-anionoknál nem fordul elő.

  32. Ugyancsak a delokalizáció miatt savasabbak a fenolok is az alkoholoknál.

  33. Elektronegatív szubsztituensek tovább csökkentik a pozitív töltést az oxigénen, ezáltal még savasabbá teszik a vegyületeket. Ha a gyűrű hidrogénjét elektronegatívabb csoporttal (pl. Br) helyettesítjük, a savasság nő, míg kevésbé elektronegatív csoporttal való helyettesítése csökkenti a savasságot.

  34. sav konjugált bázis pK CH3CH2OH CH3CH2O- 16,0 H2O HO- 15,74 10,0 9,35 10,26 CH3CO2H CH3CO2- 4,72 CCl3CO2H CCl3CO2- 0,70

  35. Ezért a halogéneket a hidrogénhez képest elektronvonzó, az alkilcsoportokat pedig elektronküldő szubsztituenseknek tekintik.

  36. A savasság fontos szerepet játszik az éterképzési reakciókban is. Az éterképződés szubsztitúciós reakció, amelyben az alkoxidanion helyettesíti a halogént az alkil-halogenidben.

  37. Az alkohol gyenge sav, ezért erős bázisra van szükség a proton leszakításához. Mivel az etoxidanion erősebb bázis, mint a hidroxid, a NaOH nem elég erős bázis a proton leszakításához. Ezért az alkoholokat nátriummal reagál-tatják. A nátrium elektront ad le és a képződő hidrogén eltávozik a rendszerből. A fenoléterek előállításánál a fenolok nagyobb savasságuk miatt nátrium-hidroxiddal teljes mérték-ben fenolátanionná alakíthatók.

  38. sav konjugált bázis pK CH3CH2OH CH3CH2O- 16,0 H2O HO- 15,74 10,0 9,35 10,26 CH3CO2H CH3CO2- 4,72 CCl3CO2H CCl3CO2- 0,70

  39. 8.6. Szerves bázisok Bázisnak nevezzük azokat a vegyületeket, amelyek protont képesek megkötni. Erre azok a vegyületek képesek, amelyek könnyen mozgó elektronpárral rendelkeznek. A pi-elektronokat és a nemkötő elektronpárokat szokás könnyen mozgó elektronoknak tekinteni. A pi-elektronok teszik lehetővé azt, hogy az alkének, az alkinek, illetve az aromás vegyületek az elektrofil addíciós, illetve az elektrofil szubsztitúciós reakciókban nukleofil reagensként (bázisként) tudjanak viselkedni. Mivel ezek a vegyületek gyenge bázisok, erős savak kellenek ahhoz, hogy a reakció végbemenjen.

  40. A nemkötő elektronpárok szintén bázisként tudnak viselkedni. Minél erősebben kötődnek ezek az elektronpárok az atomtörzshöz (azaz minél elektronegatívabb atomról van szó), annál kevésbé alkalmasak a proton megkötésére. A halogének, nagy elektronegativitásuk miatt, nem bázikus vegyületek.

  41. Az oxigén elektronegativitása kisebb, mint a halogeneké, ezért az oxigéntartalmú vegyületek gyenge bázisnak tekinthetők. pK = -2

  42. A nitrogén elektronegativitása még kisebb, ezért az aminok a legbázikusabb szerves vegyületek közé tartoznak. pK = 10,63

  43. Az sp2 oxigén kötetlen elektronpárja kevésbé hajlamos a proton megkötésére, ezért a karbonilvegyületek bázikus-sága is kisebb. pK = -6

  44. A szigma-elektronok nagyon erően kötött elektronok, ezért nem viselkednek bázisként. A sav-bázis viszony azonban relatív fogalom. Nagyon erős savakkal szemben ugyanis még az alkánok is képesek bázisként viselkedni. A hidrogén-fluorid például már önmagában is nagyon erős sav.

  45. Antimon-pentafluorid hozzáadásával azonban olyan erős sav állítható elő belőle, amelynek saverőssége sokszorosa a kénsavénak (szupersav).

  46. Ez a szupersav még a metánt is képes protonálni, azaz szupersavval reagálva még a metán egyik szigma-elektropárja is képes a proton megkötésére. Ezzel a reakcióval alkánból is lehet karbokationt előállítani és ennek nagy jelentősége van a magas oktánszámú benzinek előállításában (Oláh György).

  47. 9.fejezet Alkil-halogenidek Nukleofil szubsztitúció és elimináció

  48. Az alkil-halogenidek szén-halogén kötést tartalmazó vegyületek. A halogénatomok (fluor, klór, bróm vagy jód) jelölésére gyakran az X szimbólumot alkalmazzák (C-X kötés). A szén-halogén kötés erősen poláros csoport, ezért az ilyen funkciós csoportot tartalmazó vegyületek általában reaktív molekulák.

  49. 9.1. A halogénezett szénhidrogének elnevezése A szén-halogén kötés reaktív funkciós csoport és a funkciós csoportokat általában az utótagban szokás megnevezni. Ennek ellenére a halogénezett szénhidrogének szubsztitúciós neveinek képzésénél a halogéneket olyan szubsztituenseknek tekintjük, mint az alkilcsoportokat. Ennek megfelelően először kiválasztjuk a leghosszabb szénláncot és azt szénhirogénként nevezzük el.

More Related