Кислотно-основные свойства органических веществ. Спирты. Фенолы

Основания – нейтральные молекулы или ионы, способные присоединять протон Н+

Удобно выражать силу кислот и оснований в одной шкале (рКа) подобно тому, как рН одинаково характе-
ризует и кислотность, и основность.

Чем > рКа, тем слабее кислота и сильнее основание.

Для оснований величина рКа обычно отражает силу сопря- женной кислоты – протонной формы основания рКBH+

- для установления связи между диссоциацией веществ и их фармакологическим действием; незаряженные молекулы и ионы обладают разными био-
логическими свойствами, т.к. у них различная проницае- мость через липидные мембраны.

Всасывание лекарств зависит от рКа и растворимости.

Плазма крови (рН = 7,4)

НА D H+ + A−

Ka =

[H+] [A−]

[HA]

[H+] =

Ka

[HA]

[A−]

pH = pKa + lg

[A−]

[HA]

Если:

pH > pKa + 2;

Если:

pH < pKa - 2

Таким образом, при рН = рКа ± 2 - смесь ионной и
молекулярной форм.

(ионная
форма)

(молекулярная
форма)

Факторы, влияющие на стабильность аниона:

1. Природа кислотного центра, т.е. элемента, связанного с атомом водорода.

2. Возможность делокализации заряда:
а) за счет сопряжения;
б) за счет влияния заместителей.

3. Влияние растворителя.

ОЭО 2,5 3,0 3,5

Увеличение электроотрицательности

Увеличение кислотности

рКа ≅ 40 ≅ 30 ≅ 16

б) по группе (сверху вниз):

OН-кислота < SH-кислота

Увеличение радиуса и поляризуемости атома

Увеличение кислотности

рКа ≅ 16 ≅ 10

pKa ≅ 16-18

pKa ≅ 10

Пример 2

pKa ≅ 5

Пример 3

RNH2

pKa ≅ 30

pKa ≅ 15

ЭА (-I, -M) заместители увеличивают кислотность, а
ЭД (+I, +M) заместители – уменьшают.

Пример 1

pKa 4,76 2,86 1,25 0,66

π-Основания
( π-комплексы)
(центр основности – двойная связь)

N-основания

(O-основания)

RNH2

ROH,
ROR1

(S-основания)

RSH,
R2S

Алкены,
диены

Арены

R-NH2 > R-OH

R-OH > R-SH

По периоду:

ОЭО

основность

По группе:

радиус и поляризуемость

основность

Alk

NH2

H+

Alk-NH3

+

- I

pKа = 9-11

H+

+М >- I

pKа = 4,6

Пример 2.

pKа 9,25 10,62 10,77 9,8

основность

Меньше Н-связей,
< гидратация и ста-
билизация

Основания Льюиса – доноры пары электронов (как и по Бренстеду)

В рамках теории Льюиса многие органические реакции являются кислотно-основными взаимодействиями.

В химии координационных соединений замечено:

Мягкие кислоты и основания обладают большими разме- рами и большей поляризуемостью.

Кислоты

Жесткие

Мягкие

H+, Na+, BF3

Ag+, Hg2+, Br2, I2, R+

В группах ПСЭ жесткость кислот и оснований возрастает
снизу вверх.

H2O, OH−, Cl−, ROH, NH3

RSH, H−, I−,
C2H4, R−

Пример 1.

Pb2+ + 2RSH T (RS)2Pb + 2H+ (отравляющее действие
м.к. м.о. ионов тяжелых металлов)

Пример 2.

См. конкурентность реакций SN и Е, где м.о. – С6Н5S− атаку-
ет м.к. – атом С, а ж.о. – С2Н5О− взаимодействует с ж.к. –
Н+ (лекция № 3).

Взаимодействие с HHal
2. Взаимодействие с SOCl2,
PCl3, PCl5 и др.
3. Элиминирование (внутри-
молекулярная дегидрата-
ция).

Разрыв связей О-Н и С-Н

Реакции окисления

Обычно – в щелочной среде для образования более
сильного нуклеофила – алкоголят-иона.

нуклеофил

2ROH + 2Na T 2RO−Na+ + H2

Химические свойства спиртов и фенолов

сложный
эфир

Для ускорения реакции применяют катализаторы – сильные кислоты (Н2SО4).

б) Реакция с минеральными кислотами

тринитрат
глицерина

1) взрывчатое вещество;
2) сердечное средство.

Пример 1

Пример 2

А.Нобель Н.Н. Зинин А.Собреро

расширяет
сосуды

гемоглобин

1854 г. – практическое использование
нитроглицерина Н.Н.Зининым во время
Крымской войны.

1866 г. – полигонные испытания нитроглицерина
под руководством В.Ф.Петрушевского;
Использован стабилизатор – углекислая магнезия
(магнезиальный динамит).

1867 г. – А.Нобель патентует динамит (стабизиза-
тор – кизельгур: инфузорная земля, минерализо-
ванные останки крошечных водорослей)

R-OH + HX D R-X + H2O

субстрат

реагент
(нуклеофил)

Третичный > вторичный > первичный

Проба Лукаса

Визуальный метод для различия третичных, вторичных
и первичных спиртов по их скорости превращения в RX

R-OH + HCl

Спирты (С1-С6) растворимы
в реактиве Лукаса (конц.HCl
и ZnCl2), а алкилхлориды – нет.

R-Cl + H2O

ZnCl2

R-OH,
ZnCl2,HCl

R-X

б) Реакции с галогенангидридами минеральных кислот

Преимущества метода:
1) меньше побочных продуктов;
2) часто образуются газы SO2, HCl.

Реагенты: SOCl2, PCl5, PCl3, PBr5, PBr3

По правилу Зайцева

Механизм только Е1 (отличие от элиминирования RX),
т.к. для Е2 необходимо сильное основание, что не-
совместимо с кислой средой.

Относительная кислотность:
Третичные < вторичные < первичные < СН3ОН < Н2О

Многоатомные спирты (полиолы) обладают повышенной
кислотностью по сравнению с одноатомными.

Относительная основность:
Третичные > вторичные > первичные > СН3ОН

K+