有机化合物的酸碱性
溶剂化作用 诱导效应的影响 共轭效应的影响 场效应的影响 立体效应的影响 氢键的影响 元素在周期表中的位置和轨道杂化不同产生的影响
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溶剂化作用
溶剂化作用在于对于电离之后的离子对有强烈的静 电作用,从而大大降低溶液系统的能量。因此其对 溶液系统的电离平衡影响非常明显。
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共轭效应的影响
取代基 -H -F -Cl -Br -CH3 -OCH3 -NO2
邻位 9.94 8.81 8.48 8.41 10.29 9.98 7.22
间位 9.94 9.28 9.02 8.87 10.09 9.65 8.39
2,4-二硝基苯酚
4.09
2,4,6-三硝基苯酚
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• Arrhenius酸碱理论:1884年
在水中能电离出质子的物种称为酸;能电离出氢氧根负离子 的物种称为碱。
O CH3 C OH
酸
CH3NH2 + H2O
O CH3C O-
+ H+
CH3NH3+ + OH-
Arrhenius酸碱理论局限性
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根据酸碱质子理论
含 O-H,S-H, N-H和C-H的有机物均为酸; RNH2, H2O, ROH, R-O-R, R2C=O 等均为碱。
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一种物质呈现酸性或碱性,与它所在环境有关。同理,酸 性或碱性的强弱也与它所处的环境有关。如:水的酸碱性:
O
CH3C OH + H O H
酸
碱
NH3 + H O H
碱
酸
O
CH3C O共轭碱
+ H3O+ 共轭酸
NH4+ + OH共轭酸 共轭碱
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酸碱反应:
强酸 + 强碱
酸碱强弱判断依据:
弱酸 + 弱碱
化合物的酸性主要取决于其解离出H+或留下的负离子(共轭碱) 的稳定性。负离子(A-)越稳定,意味着A-与H+结合的倾向越 小,共轭酸的酸性越大。
对位 9.94 9.81 9.38 9.26 10.26 10.21 7.15
0.25
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共轭效应的影响
共轭效应本质上是通过共轭分散电子云,从而起到 稳定系统的作用。一般来说吸电子共轭效应增强酸 性,斥电子共轭效应削弱酸性。但是使用的时候需 要注意是吸电子还是斥电子基团的作用以及这些基 团整合在一起的相互影响。
负离子的稳定性受中心原子(与酸性氢直接相连的原子)的 电负性、原子半径的大小、与其相连的原子团的结构以及溶 剂等因素的影响。
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酸碱强度的测定
传统上,多数研究和实用的体系是水溶液系统, 可以查到很多化合物在水溶液中的pKa,通过比较 其大小可以判定其酸碱性,也可以判断反应的方 向。
研究一下同是对位的甲基,硝基,氯原子的取代的 苯酚的酸性规律。
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场效应的影响
Cl
COOH Cl
COOH
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
6.04
6.25
HO O
Cl
C
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立体效应的影响
这种情况往往发生在周围基团对酸性中心结构的 影响。如课本上面邻-叔丁基苯甲酸和对=叔丁基 苯甲酸的酸性差别。
•Bronsted酸碱理论: 酸碱质子理论要点:凡能给出质子(H+)的物质是酸(acid ),凡能接受质子的物质是碱(base)。酸给出质子后,剩余的
部分必有接受质子的能力。例:
HAc
H+ + Ac-
•共轭酸碱对(conjugative pair of acid & base):因一个质子的得 失而相互转变的每一对酸碱;相应的反应称为酸碱半反应。
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氢键的影响
顺反丁烯二酸的酸性不同 邻硝基苯酚和对硝基苯酚的酸性
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轨道杂化不同产生的影响
此处要特别注意有机化学研究中心的碳原子的不 同杂化形式对酸性的影响。一般来说三种常见杂 化形式中碳原子的吸电子能力依次为SP>SP2>SP3
例如:
苯酚和乙酸在气相条件下和水溶液中酸性的巨大区别
甲胺类化合物在水溶剂和非质子溶剂中的碱性顺序的变化
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诱导效应的影响
HCH2COOH ICH2COOH BrCH2COOH CH2ClCOH CHCl2OOH CCl3COOH
pKa 4.76
3.18
2.90
2.86
1.30
0.64
HCOOH CH3COOH CH3CH2COOH CH3CH2CH2COOH (CH3)3CCOOH
pKa3.75
4.76
4.87
4.83
5.08
总结:吸电子基团增强酸性,离酸性中心越近影响 越强。斥电子基团减小酸性,越近减小的越厉害。 离酸性中心比较远的时候基本可以忽略。注意,我 们考察的主要是诱导效应。
B +HA 碱酸
+
BH
+ A-
共轭酸 共轭碱
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O
CH3C OH + H O H
酸
碱
O
CH3C O共轭碱
+ H3O+ 共轭酸
酸的强度用Ka或pKa表示,pKa越小,酸性越大;碱的强度
用Kb或pKb表示,常见无机、有机酸的pKa值见P31 表1-9。
若酸为强酸,则其共轭碱为弱碱;反之,若碱为强碱,则其 共轭酸为弱酸。(pKa + pKb = 14)
第五章 有机化合物的酸碱性
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酸碱理论的发展
水溶液中简单酸碱理论 以水溶液系统中的H+和OH-为理论基础,适用于水溶液
系统。 布朗斯特酸碱理论
扩展到所有质子溶剂系统,凡是能释放H+就是酸,能 接受的就是碱。由此形成共轭酸碱对的概念。 路易斯酸碱理论 随着成键理论的深入,关注点从质子深化为电子,Lewis 认为凡是能给出电子对的为碱,接受电子对的为酸。 酸碱理论的继续深入认识
Hammett酸度函数 影响化合物酸碱强度的因素很多,不同系统状态
下,同一化合物的酸碱表现差别很大。下面分情 况考察一些常见影响因素。
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影响酸碱强度的主要因素
酸碱影响的因素非常多,并且常常多种因素同时发挥 作用,最直观的判断就是通过水溶液系统中的pKa来 近似判断,对医学生来说主要关心的就是水溶液系统, 如药物在水溶液中不同pH值下的溶解行为。