RJC
1
Kwasy i Zasady
Kwasy i Zasady
Kwasy i zasady Brłnsteda
Kwasy i zasady Brłnsteda
Stabilizacja Rezonansowa
Stabilizacja Rezonansowa
Kwasy i Zasady Lewisa
Kwasy i Zasady Lewisa
HA + B: A- + BH+
Slides 1 to 35
RJC
2
Kwas : Definicja Brłnsteda
Kwas : Definicja Brłnsteda
Kwasem jest taki związek chemiczny, który mo\
e
Kwasem jest taki związek chemiczny, który mo\
e
być donorem protonu. Przekazanie protonu
być donorem protonu. Przekazanie protonu
prowadzi do wytworzenia sprzÄ™\
onej zasady.
prowadzi do wytworzenia sprzÄ™\
onej zasady.
HA + B: A- + BH+
Kwas SprzÄ™\
ona zasada
RJC
3
Zasada : Definicja Brłnsteda
Zasada : Definicja Brłnsteda
Zasadą jest taki związek chemiczny, który mo\
e
Zasadą jest taki związek chemiczny, który mo\
e
przejąć rolę akceptora protonu. W wyniku
przejąć rolę akceptora protonu. W wyniku
przejęcia protonu generowany jest sprzę\
ony
przejęcia protonu generowany jest sprzę\
ony
kwas.
kwas.
HA + B: A- + BH+
Zasada SprzÄ™\
ony kwas
RJC
4
Amfoteryczność
Amfoteryczność
Te substancje, które są zdolne reagować zarówno
Te substancje, które są zdolne reagować zarówno
jako kwas jak i zasada nazywamy substancjami
jako kwas jak i zasada nazywamy substancjami
amfoterycznymi.
amfoterycznymi.
H2O + B: HO - + BH+
HA + H2O A- + H3O+
RJC
5
Moc kwasu (kwasowość) (keq)
Moc kwasu (kwasowość) (keq)
Moc kwasu opisana jest przez stałą równowagi
Moc kwasu opisana jest przez stałą równowagi
(keq)
(keq)
HA + H2O H3O+ + A-
keq = [H3O+][A-]
[HA][H2O]
RJC
6
Moc kwasu (ka)
Moc kwasu (ka)
Pomiary keq w rozcieńczonych roztworach
Pomiary keq w rozcieńczonych roztworach
wodnych oznaczajÄ…, \
e stÄ™\
enie [H2O] mo\
na
wodnych oznaczajÄ…, \
e stÄ™\
enie [H2O] mo\
na
uznać za wartość stałą ~ 55.5M.
uznać za wartość stałą ~ 55.5M.
HA + H2O H3O+ + A-
ka = keq[H2O] = [H3O+][A-]
[HA]
RJC
7
pka = -logka
pk = -logk
a a
Mocne kwasy posiadają małą wartość pka (pka -7)
Mocne kwasy posiadają małą wartość pka (pka -7)
+
HCl + H2O H3O + Cl -
SÅ‚abe kwasy posiadajÄ… du\
ą wartość pka (pka 16)
SÅ‚abe kwasy posiadajÄ… du\
ą wartość pka (pka 16)
EtOH + H2O H3O + + EtO -
RJC
Moc Kwasu
Moc Kwasu
8
kwas pka sprzÄ™\
. zasada
HCl -7.0 Cl-
Kwas solny anion chlorkowy
HNO3 -1.3 NO3-
Kwas azotowy (V) anion azotanowy
-
HF 3.2 F
Kwas fluorowodorowy anion fluorkowy
RJC
Moc kwasu
Moc kwasu
9
kwas pka sprzÄ™\
. zasada
CH3COOH 4.76 CH3COO-
Kwas octowy anion octanowy
HCN 9.2 CN-
Kwas cyjanowodorowy anion cyjankowy
H2O 15.74 HO-
woda anion hydroksylowy
RJC
10
Czynniki Wpływające na Kwasowość
Czynniki Wpływające na Kwasowość
Moc kwasu jest uzale\
niona od takich czynników jak:
Moc kwasu jest uzale\
niona od takich czynników jak:
Elektroujemność
Typ hybrydyzacji
Stabilizacja Rezonansowa
RJC
11
Elektroujemność : Część 1
Elektroujemność : Część 1
...im większa elektroujemność atomu (atomów)
...im większa elektroujemność atomu (atomów)
A... tym większa polaryzacja wiązania H-A; tym
A... tym większa polaryzacja wiązania H-A; tym
Å‚atwiej mo\
e dojść do oddysocjowania (oddania)
Å‚atwiej mo\
e dojść do oddysocjowania (oddania)
protonu.
protonu.
HA H + + A-
H
CH3-H CH3N-H CH3O-H F-H
pka = 70 pka = 32 pka = 16 pka = 3.2
RJC
Elektroujemność : Część 2
Elektroujemność : Część 2
12
Efekt elektronowy - Stabilizacja i destabilizacja.
Efekt elektronowy - Stabilizacja i destabilizacja.
O
´- ´+ ´+ O ´- ´+
Cl-CH2-C Cl-CH2-C
OH O
kwas sprzÄ™\
ona zasada
(destabilizacja) (stabilizacja)
RJC
Elektroujemność : Część 2
Elektroujemność : Część 2
13
CH3CO2H ClCH2CO2H
(pka 4.76) (pka 2.86)
Cl2CHCO2H Cl3CCO2H
(pka 1.29) (pka 0.65)
RJC
Elektroujemność : Część 3
Elektroujemność : Część 3
14
StabilizujÄ…cy efekt indukcyjny.
StabilizujÄ…cy efekt indukcyjny.
CH3CH2CH2CO2H pka 4.9
pka 4.5
ClCH2CH2CH2CO2H
kwasowość
pka 4.1
CH3CHClCH2CO2H
pka 3.8
CH3CH2CHClCO2H
RJC
Hybrydyzacja Orbitali
Hybrydyzacja Orbitali
15
Im bli\
ej jÄ…dra ulokowane sÄ… elektrony wiÄ…\
Ä…ce,
Im bli\
ej jÄ…dra ulokowane sÄ… elektrony wiÄ…\
Ä…ce,
tym bardziej:
tym bardziej:
SÅ‚absze jest przenikanie orbitali
SÅ‚absze jest wiÄ…zanie
Kwasowy jest atom wodoru
RJC
Hybrydyzacja Orbitali
Hybrydyzacja Orbitali
16
Bardzo słabe kwasy... alkany < alkeny < alkiny
Bardzo słabe kwasy... alkany < alkeny < alkiny
CH3 CH2 H pka 70
kwasowość
CH2=CH H pka 50
CH=C H pka 30
RJC
Stabilizacja Rezonansowa
Stabilizacja Rezonansowa
17
...zmniejsza "Go sprzÄ™\
onej zasady przesuwa
...zmniejsza "Go sprzÄ™\
onej zasady przesuwa
równowagę w kierunku produktów.
równowagę w kierunku produktów.
Energia
kwas
sprzÄ™\
ona zasada
Postęp reakcji
RJC
Anion Karboksylanowy
Anion Karboksylanowy
(PochodzÄ…cy od kwasu karboksylowego)
(PochodzÄ…cy od kwasu karboksylowego)
18
...jest stabilizowany efektem rezonansowym.
...jest stabilizowany efektem rezonansowym.
O O
CH3C =O
CH3C - O
anion octanowy
RJC
Anion Etoksylanowy
Anion Etoksylanowy
(PochodzÄ…cy od etanolu EtOH)
(PochodzÄ…cy od etanolu EtOH)
19
Anion etoksylanowy nie jest stabilizowany
Anion etoksylanowy nie jest stabilizowany
efektem rezonansowym.
efektem rezonansowym.
pka 16
CH3CH2 - OH CH3CH2 - O
etanol anion etoksylanowy
RJC
Anion Fenolanowy
Anion Fenolanowy
(PochodzÄ…cy od fenolu C6H5OH)
(PochodzÄ…cy od fenolu C6H5OH)
20
... jest stabilizowany efektem rezonansowym.
... jest stabilizowany efektem rezonansowym.
O O O O
anion fenolanowy
RJC
Zasady
Zasady
21
Para: silna zasada  słaby sprzę\
ony kwas (pka 16)
Para: silna zasada  słaby sprzę\
ony kwas (pka 16)
EtO - + H3O + H2O + EtOH
Para: słaba zasada  silny sprzę\
ony kwas (pka -7)
Para: słaba zasada  silny sprzę\
ony kwas (pka -7)
Cl - + H3O + H2O + HCl
RJC
Czynniki Określające Zasadowość
Czynniki Określające Zasadowość
22
Moc zasady jest określona przez takie czynniki,
Moc zasady jest określona przez takie czynniki,
jak ...
jak ...
Elektroujemność podstawników
Hybrydyzacja orbitali
Stabilizacja rezonansowa
RJC
Elektroujemność
Elektroujemność
23
Im większa elektroujemność podstawników, tym
Im większa elektroujemność podstawników, tym
mniejsza skłonność pary elektronowej do
mniejsza skłonność pary elektronowej do
połączenia z protonem.
połączenia z protonem.
" " " " " "
" " " " " "
"
"
R -" " " R - OH R - NH2
F"
" "
" " " "
F O
N
R R
R H
H
H
RJC
Hybrydyzacja Orbitali
Hybrydyzacja Orbitali
24
...im bli\
ej jÄ…dra ulokowane sÄ… elektrony nie-
...im bli\
ej jÄ…dra ulokowane sÄ… elektrony nie-
wiÄ…\
ące, tym mniej dostępne są one dla protonu
wiÄ…\
ące, tym mniej dostępne są one dla protonu
(słabiej wią\
Ä… proton).
(słabiej wią\
Ä… proton).
sp
sp2
CH3C N
sp3
N
(CH3CH2)3N
acetonitryl
pirydyna
trietyloamina
RJC
Stabilizacja Rezonansowa
Stabilizacja Rezonansowa
25
Stabilizacja rezonansowa wolnej pary elektronowej
Stabilizacja rezonansowa wolnej pary elektronowej
powoduje, \
e jest ona mniej podatna na zwiÄ…zanie z
powoduje, \
e jest ona mniej podatna na zwiÄ…zanie z
protonem.
protonem.
O
" " " "
CH3C - NH2 CH3CH2 - NH2
acetamid etyloamina
zasadowość
zasadowość
RJC
Amidy
Amidy
26
Amidy podlegajÄ… stabilizacji rezonansowej.
Amidy podlegajÄ… stabilizacji rezonansowej.
Rezonans powoduje, \
e wykazujÄ… one cechy raczej
Rezonans powoduje, \
e wykazujÄ… one cechy raczej
kwasowe ni\
zasadowe !
kwasowe ni\
zasadowe !
O O
" "
CH3C - NH2 CH3C = NH2
acetamid
RJC
Protonowanie Amidów
Protonowanie Amidów
27
Z powodu stabilizacji rezonansowej, amidy sÄ…
Z powodu stabilizacji rezonansowej, amidy sÄ…
protonowane raczej na atomie O, ni\
na atomie N.
protonowane raczej na atomie O, ni\
na atomie N.
OH OH
CH3C NH2 CH3C =NH2
RJC
Aminy
Aminy
28
Aminy nie podlegajÄ… stabilizacji rezonansowej.
Aminy nie podlegajÄ… stabilizacji rezonansowej.
" "
CH3CH2 - NH2
etyloamina
RJC
Anilina
Anilina
29
Wolna para elektronowa jest zdelokalizowana w
Wolna para elektronowa jest zdelokalizowana w
wyniku rezonansu, a odpowiedni sprzÄ™\
ony kwas
wyniku rezonansu, a odpowiedni sprzÄ™\
ony kwas
nie jest stabilizowany efektem rezonansowym; w
nie jest stabilizowany efektem rezonansowym; w
efekcie anilina jest słabą zasadą.
efekcie anilina jest słabą zasadą.
" "
NH2 NH2 NH2 NH2
RJC
Pirydyna
Pirydyna
30
SprzÄ™\
ony kwas pirydyny jest stabilizowany
SprzÄ™\
ony kwas pirydyny jest stabilizowany
rezonansem  jest ona silniejszÄ… zasadÄ… ni\
anilina.
rezonansem  jest ona silniejszÄ… zasadÄ… ni\
anilina.
H
H
H
H
N
N
N
N
kation pirydyniowy
RJC
Guanidyna
Guanidyna
31
Zasadowość mo\
e być znacząco zwiększona przez
Zasadowość mo\
e być znacząco zwiększona przez
rezonansowÄ… stabilizacjÄ™ sprzÄ™\
onego kwasu.
rezonansowÄ… stabilizacjÄ™ sprzÄ™\
onego kwasu.
" "
NH2
NH2
" "
" " " "
H2N C NH2
H2N C NH2
" "
NH2
" "
H2N C NH2
RJC
Inne Czynniki
Inne Czynniki
32
Porównanie ilościowe mocy kwasów i zasad nie
Porównanie ilościowe mocy kwasów i zasad nie
jest Å‚atwym zadaniem, poniewa\
włączają się inne
jest Å‚atwym zadaniem, poniewa\
włączają się inne
czynniki, takie jak ...
czynniki, takie jak ...
oddziaływania dipol-dipol
solwatacja
RJC
33
Inne definicje Kwasów i Zasad ?
Inne definicje Kwasów i Zasad ?
Definicja Brłnsteda jest po\
yteczna, lecz nie jest
Definicja Brłnsteda jest po\
yteczna, lecz nie jest
kompletna, poniewa\
...
kompletna, poniewa\
...
Nie wszystkie kwasy są donorami protonów!
Nie wszystkie zasady wiÄ…\
Ä… siÄ™ z protonem!
RJC
Definicja Kwasów i Zasad wg Lewisa
Definicja Kwasów i Zasad wg Lewisa
34
Kwas Lewisa jest akceptorem pary elektronowej ...
Kwas Lewisa jest akceptorem pary elektronowej ...
Zasada Lewisa jest donorem pary elektronowej ...
Zasada Lewisa jest donorem pary elektronowej ...
´-
Cl
" "
" "
´-
Fe Cl
´+++
CH3CH2 - OH
" "
" "
´-
Cl
zasada Lewisa kwas Lewisa
RJC
35
Podsumowanie
Podsumowanie
Równowaga kwas/zasada
Równowaga kwas/zasada
Definicja Brłnsteada
Definicja Brłnsteada
SprzÄ™\
one kwasy i zasady
SprzÄ™\
one kwasy i zasady
ZwiÄ…zki amfoteryczne
ZwiÄ…zki amfoteryczne
Stałe kwasowości (ka) oraz pka
Stałe kwasowości (ka) oraz pka
Elektroujemność
Elektroujemność
Stabilizacja rezonansowa
Stabilizacja rezonansowa
Kwas i zasady Lewisa
Kwas i zasady Lewisa
Hybrydyzacja orbitali
Hybrydyzacja orbitali