1

RJC

Kwasy i Zasady

Kwasy i Zasady

Kwasy i zasady Br

Kwasy i zasady Br

ø

ø

nsteda

nsteda

Stabilizacja Rezonansowa

Stabilizacja Rezonansowa

Kwasy i Zasady Lewisa

Kwasy i Zasady Lewisa

Slides 1 to 35

HA + B: A

-

+ BH

+

2

RJC

Kwas : Definicja Br

Kwas : Definicja Br

ø

ø

nsteda

nsteda

Kwasem jest taki zwi

Kwasem jest taki zwi

ą

ą

zek chemiczny, kt

zek chemiczny, kt

ó

ó

ry mo

ry mo

ż

ż

e

e

by

by

ć

ć

donorem protonu. Przekazanie protonu

donorem protonu. Przekazanie protonu

prowadzi do wytworzenia sprz

prowadzi do wytworzenia sprz

ęż

ęż

onej zasady.

onej zasady.

HA + B: A

-

+ BH

+

Kwas

Sprzężona zasada

3

RJC

Zasada : Definicja Br

Zasada : Definicja Br

ø

ø

nsteda

nsteda

Zasad

Zasad

ą

ą

jest taki zwi

jest taki zwi

ą

ą

zek chemiczny, kt

zek chemiczny, kt

ó

ó

ry mo

ry mo

ż

ż

e

e

przej

przej

ąć

ąć

rol

rol

ę

ę

akceptora protonu. W wyniku

akceptora protonu. W wyniku

przej

przej

ę

ę

cia protonu generowany jest sprz

cia protonu generowany jest sprz

ęż

ęż

ony

ony

kwas.

kwas.

HA + B: A

-

+ BH

+

Zasada

Sprzężony kwas

4

RJC

H

2

O + B: HO

-

+ BH

+

Te substancje, kt

Te substancje, kt

ó

ó

re s

re s

ą

ą

zdolne reagowa

zdolne reagowa

ć

ć

zar

zar

ó

ó

wno

wno

jako kwas jak i zasada nazywamy substancjami

jako kwas jak i zasada nazywamy substancjami

amfoterycznymi.

amfoterycznymi.

Amfoteryczno

Amfoteryczno

ść

ść

HA + H

2

O

A

-

+ H

3

O

+

5

RJC

Moc kwasu opisana jest przez sta

Moc kwasu opisana jest przez sta

łą

łą

r

r

ó

ó

wnowagi

wnowagi

(k

(k

eq

eq

)

)

Moc kwasu (kwasowo

Moc kwasu (kwasowo

ść

ść

) (k

) (k

eq

eq

)

)

HA

+ H

2

O H

3

O

+

+

A

-

k

eq

= [H

3

O

+

][

A

-

]

[

HA

][H

2

O]

6

RJC

Moc kwasu (k

Moc kwasu (k

a

a

)

)

Pomiary k

Pomiary k

eq

eq

w rozcie

w rozcie

ń

ń

czonych roztworach

czonych roztworach

wodnych oznaczaj

wodnych oznaczaj

ą

ą

,

,

ż

ż

e st

e st

ęż

ęż

enie [H

enie [H

2

2

O] mo

O] mo

ż

ż

na

na

uzna

uzna

ć

ć

za warto

za warto

ść

ść

sta

sta

łą

łą

~ 55.5M.

~ 55.5M.

HA

+ H

2

O H

3

O

+

+

A

-

k

a

= k

eq

[H

2

O] = [H

3

O

+

][

A

-

]

[

HA

]

7

RJC

Mocne kwasy posiadaj

Mocne kwasy posiadaj

ą

ą

ma

ma

łą

łą

warto

warto

ść

ść

pk

pk

a

a

(pk

(pk

a

a

-

-

7)

7)

S

S

ł

ł

abe kwasy posiadaj

abe kwasy posiadaj

ą

ą

du

du

żą

żą

warto

warto

ść

ść

pk

pk

a

a

(pk

(pk

a

a

16)

16)

pk

pk

a

a

=

=

-

-

logk

logk

a

a

HCl + H

2

O H

3

O

+

+ Cl

-

EtOH + H

2

O H

3

O

+

+ EtO

-

8

RJC

Moc Kwasu

Moc Kwasu

kwas

pk

a

sprzęż. zasada

HCl

-7.0

Cl

-

Kwas solny

anion chlorkowy

HNO

3

-1.3

NO

3

-

Kwas azotowy (V)

anion azotanowy

HF

3.2

F

-

Kwas fluorowodorowy

anion fluorkowy

9

RJC

Moc kwasu

Moc kwasu

kwas

pk

a

sprzęż. zasada

CH

3

COOH

4.76

CH

3

COO

-

Kwas octowy

anion octanowy

HCN

9.2

CN

-

Kwas cyjanowodorowy

anion cyjankowy

H

2

O

15.74

HO

-

woda

anion hydroksylowy

10

RJC

Czynniki Wp

Czynniki Wp

ł

ł

ywaj

ywaj

ą

ą

ce na Kwasowo

ce na Kwasowo

ść

ść

Moc kwasu jest uzale

Moc kwasu jest uzale

ż

ż

niona od takich czynnik

niona od takich czynnik

ó

ó

w jak

w jak

:

:

Elektroujemność

Typ hybrydyzacji

Stabilizacja Rezonansowa

11

RJC

Elektroujemno

Elektroujemno

ść

ść

: Cz

: Cz

ęść

ęść

1

1

...im wi

...im wi

ę

ę

ksza elektroujemno

ksza elektroujemno

ść

ść

atomu (atom

atomu (atom

ó

ó

w)

w)

A... tym wi

A... tym wi

ę

ę

ksza polaryzacja wi

ksza polaryzacja wi

ą

ą

zania

zania

H

H

-

-

A

A

;

;

tym

tym

ł

ł

atwiej mo

atwiej mo

ż

ż

e doj

e doj

ść

ść

do oddysocjowania (oddania)

do oddysocjowania (oddania)

protonu.

protonu.

CH

3

-H

CH

3

N

-H

CH

3

O

-H

F

-H

H

pk

a

= 70 pk

a

= 32

pk

a

= 16

pk

a

= 3.2

HA

H

+

+ A

-

12

RJC

Elektroujemno

Elektroujemno

ść

ść

: Cz

: Cz

ęść

ęść

2

2

Efekt elektronowy

Efekt elektronowy

-

-

Stabilizacja i destabilizacja.

Stabilizacja i destabilizacja.

Cl-CH

2

-C

O

O

δ

-

δ

+

Cl-CH

2

-C

O

OH

δ

-

δ

+

δ

+

kwas

(destabilizacja)

sprzężona zasada

(stabilizacja)

13

RJC

ClCH

2

CO

2

H

(pk

a

2.86)

Elektroujemno

Elektroujemno

ść

ść

: Cz

: Cz

ęść

ęść

2

2

Cl

3

CCO

2

H

(pk

a

0.65)

CH

3

CO

2

H

(pk

a

4.76)

Cl

2

CHCO

2

H

(pk

a

1.29)

14

RJC

Elektroujemno

Elektroujemno

ść

ść

: Cz

: Cz

ęść

ęść

3

3

Stabilizuj

Stabilizuj

ą

ą

cy efekt indukcyjny.

cy efekt indukcyjny.

CH

3

CH

2

CH

2

CO

2

H

Cl

CH

2

CH

2

CH

2

CO

2

H

CH

3

CH

Cl

CH

2

CO

2

H

CH

3

CH

2

CH

Cl

CO

2

H

pk

a

4.9

pk

a

4.5

pk

a

4.1

pk

a

3.8

kwasowość

15

RJC

Im bli

Im bli

ż

ż

ej j

ej j

ą

ą

dra ulokowane s

dra ulokowane s

ą

ą

elektrony wi

elektrony wi

ążą

ążą

ce,

ce,

tym bardziej

tym bardziej

:

:

Hybrydyzacja Orbitali

Hybrydyzacja Orbitali

Słabsze jest przenikanie orbitali

Słabsze jest wiązanie

Kwasowy jest atom wodoru

16

RJC

H

H

H

Hybrydyzacja Orbitali

Hybrydyzacja Orbitali

CH

3

CH

2

CH

2

=CH

CH=C

pk

a

70

pk

a

50

pk

a

30

Bardzo s

Bardzo s

ł

ł

abe kwasy... alkany < alkeny < alkiny

abe kwasy... alkany < alkeny < alkiny

kwasowość

17

RJC

Stabilizacja Rezonansowa

Stabilizacja Rezonansowa

...zmniejsza

...zmniejsza

∆

∆

G

G

o

o

sprz

sprz

ęż

ęż

onej zasady przesuwa

onej zasady przesuwa

r

r

ó

ó

wnowag

wnowag

ę

ę

w kierunku produkt

w kierunku produkt

ó

ó

w.

w.

Energia

Postęp reakcji

kwas

sprzężona zasada

18

RJC

Anion Karboksylanowy

Anion Karboksylanowy

(Pochodz

(Pochodz

ą

ą

cy od kwasu karboksylowego)

cy od kwasu karboksylowego)

...jest stabilizowany efektem rezonansowym.

...jest stabilizowany efektem rezonansowym.

CH

3

C

-

O

O

CH

3

C =

O

O

anion octanowy

19

RJC

Anion Etoksylanowy

Anion Etoksylanowy

(Pochodz

(Pochodz

ą

ą

cy od etanolu EtOH)

cy od etanolu EtOH)

Anion etoksylanowy nie jest stabilizowany

Anion etoksylanowy nie jest stabilizowany

efektem rezonansowym.

efektem rezonansowym.

CH

3

CH

2

-

OH

pk

a

16

CH

3

CH

2

-

O

etanol

anion etoksylanowy

20

RJC

Anion Fenolanowy

Anion Fenolanowy

(Pochodz

(Pochodz

ą

ą

cy od fenolu C

cy od fenolu C

6

6

H

H

5

5

OH)

OH)

O

O

O

O

anion fenolanowy

... jest stabilizowany efektem rezonansowym.

... jest stabilizowany efektem rezonansowym.

21

RJC

Para: silna zasada

Para: silna zasada

–

–

s

s

ł

ł

aby sprz

aby sprz

ęż

ęż

ony kwas (pk

ony kwas (pk

a

a

16)

16)

Para: s

Para: s

ł

ł

aba zasada

aba zasada

–

–

silny sprz

silny sprz

ęż

ęż

ony kwas

ony kwas

(pk

(pk

a

a

-

-

7)

7)

Zasady

Zasady

EtO

-

+ H

3

O

+

H

2

O + EtOH

Cl

-

+ H

3

O

+

H

2

O + HCl

22

RJC

Moc zasady jest okre

Moc zasady jest okre

ś

ś

lona przez takie czynniki,

lona przez takie czynniki,

jak ...

jak ...

Elektroujemność podstawników

Hybrydyzacja orbitali

Stabilizacja rezonansowa

Czynniki Okre

Czynniki Okre

ś

ś

laj

laj

ą

ą

ce Zasadowo

ce Zasadowo

ść

ść

23

RJC

Elektroujemno

Elektroujemno

ść

ść

Im wi

Im wi

ę

ę

ksza elektroujemno

ksza elektroujemno

ść

ść

podstawnik

podstawnik

ó

ó

w, tym

w, tym

mniejsza sk

mniejsza sk

ł

ł

onno

onno

ść

ść

pary elektronowej do

pary elektronowej do

po

po

łą

łą

czenia z protonem.

czenia z protonem.

H

N

R

H

F

R

O

H

R

R - F

R - OH

R - NH

2

•

•

••

••

••

••

••

••

••

••

•

•

••

••

24

RJC

...im bli

...im bli

ż

ż

ej j

ej j

ą

ą

dra ulokowane s

dra ulokowane s

ą

ą

elektrony nie

elektrony nie

-

-

wi

wi

ążą

ążą

ce, tym mniej dost

ce, tym mniej dost

ę

ę

pne s

pne s

ą

ą

one dla protonu

one dla protonu

(s

(s

ł

ł

abiej wi

abiej wi

ążą

ążą

proton).

proton).

Hybrydyzacja Orbitali

Hybrydyzacja Orbitali

(CH

3

CH

2

)

3

N

CH

3

C N

sp

sp

2

sp

3

acetonitryl

pirydyna

trietyloamina

N

25

RJC

Stabilizacja Rezonansowa

Stabilizacja Rezonansowa

Stabilizacja rezonansowa wolnej pary elektronowej

Stabilizacja rezonansowa wolnej pary elektronowej

powoduje,

powoduje,

ż

ż

e jest ona mniej podatna na zwi

e jest ona mniej podatna na zwi

ą

ą

zanie z

zanie z

protonem.

protonem.

CH

3

C

-

NH

2

O

••

acetamid

CH

3

CH

2

-

NH

2

••

etyloamina

zasadowość

zasadowość

26

RJC

Amidy

Amidy

Amidy podlegaj

Amidy podlegaj

ą

ą

stabilizacji rezonansowej.

stabilizacji rezonansowej.

Rezonans powoduje,

Rezonans powoduje,

ż

ż

e wykazuj

e wykazuj

ą

ą

one cechy raczej

one cechy raczej

kwasowe ni

kwasowe ni

ż

ż

zasadowe !

zasadowe !

CH

3

C

-

NH

2

O

••

CH

3

C

=

NH

2

O

acetamid

27

RJC

Protonowanie Amid

Protonowanie Amid

ó

ó

w

w

Z powodu stabilizacji rezonansowej, amidy s

Z powodu stabilizacji rezonansowej, amidy s

ą

ą

protonowane raczej na atomie O, ni

protonowane raczej na atomie O, ni

ż

ż

na atomie N.

na atomie N.

CH

3

C NH

2

OH

CH

3

C

=

NH

2

OH

28

RJC

Aminy

Aminy

Aminy nie podlegaj

Aminy nie podlegaj

ą

ą

stabilizacji rezonansowej.

stabilizacji rezonansowej.

CH

3

CH

2

-

NH

2

••

etyloamina

29

RJC

Anilina

Anilina

Wolna para elektronowa jest zdelokalizowana w

Wolna para elektronowa jest zdelokalizowana w

wyniku rezonansu, a odpowiedni sprz

wyniku rezonansu, a odpowiedni sprz

ęż

ęż

ony kwas

ony kwas

nie jest stabilizowany efektem rezonansowym; w

nie jest stabilizowany efektem rezonansowym; w

efekcie anilina jest s

efekcie anilina jest s

ł

ł

ab

ab

ą

ą

zasad

zasad

ą

ą

.

.

NH

2

••

NH

2

NH

2

NH

2

30

RJC

Pirydyna

Pirydyna

Sprz

Sprz

ęż

ęż

ony kwas pirydyny jest stabilizowany

ony kwas pirydyny jest stabilizowany

rezonansem

rezonansem

–

–

jest ona silniejsz

jest ona silniejsz

ą

ą

zasad

zasad

ą

ą

ni

ni

ż

ż

anilina.

anilina.

kation pirydyniowy

N

H

N

H

N

H

N

H

31

RJC

Guanidyna

Guanidyna

Zasadowo

Zasadowo

ść

ść

mo

mo

ż

ż

e by

e by

ć

ć

znacz

znacz

ą

ą

co zwi

co zwi

ę

ę

kszona przez

kszona przez

rezonansow

rezonansow

ą

ą

stabilizacj

stabilizacj

ę

ę

sprz

sprz

ęż

ęż

onego kwasu.

onego kwasu.

H

2

N C NH

2

NH

2

••

••

H

2

N C NH

2

NH

2

••

••

H

2

N C NH

2

NH

2

••

••

32

RJC

Inne Czynniki

Inne Czynniki

Por

Por

ó

ó

wnanie ilo

wnanie ilo

ś

ś

ciowe mocy kwas

ciowe mocy kwas

ó

ó

w i zasad nie

w i zasad nie

jest

jest

ł

ł

atwym zadaniem, poniewa

atwym zadaniem, poniewa

ż

ż

w

w

łą

łą

czaj

czaj

ą

ą

si

si

ę

ę

inne

inne

czynniki, takie jak ...

czynniki, takie jak ...

oddziaływania dipol-dipol

solwatacja

33

RJC

Inne definicje Kwas

Inne definicje Kwas

ó

ó

w i Zasad ?

w i Zasad ?

Definicja Br

Definicja Br

ø

ø

nsteda jest po

nsteda jest po

ż

ż

yteczna, lecz nie jest

yteczna, lecz nie jest

kompletna, poniewa

kompletna, poniewa

ż

ż

...

...

Nie wszystkie zasady wiążą się z protonem!

Nie wszystkie kwasy są donorami protonów!

34

RJC

CH

3

CH

2

-

OH

••

••

••

••

Definicja Kwas

Definicja Kwas

ó

ó

w i Zasad wg Lewisa

w i Zasad wg Lewisa

Kwas Lewisa jest akceptorem pary elektronowej ...

Kwas Lewisa jest akceptorem pary elektronowej ...

Zasada Lewisa jest donorem pary elektronowej ...

Zasada Lewisa jest donorem pary elektronowej ...

zasada Lewisa

kwas Lewisa

Cl

Fe

Cl

Cl

δ

+++

δ

-

δ

-

δ

-

35

RJC

Podsumowanie

Podsumowanie

Równowaga kwas/zasada

Definicja Brønsteada

Sprzężone kwasy i zasady

Związki amfoteryczne

Stałe kwasowości (k

a

) oraz pk

a

Elektroujemność

Stabilizacja rezonansowa

Kwas i zasady Lewisa

Hybrydyzacja orbitali

Równowaga kwas/zasada

Definicja Brønsteada

Sprzężone kwasy i zasady

Związki amfoteryczne

Stałe kwasowości (k

a

) oraz pk

a

Elektroujemność

Stabilizacja rezonansowa

Kwas i zasady Lewisa

Hybrydyzacja orbitali