有機(jī)化學(xué)酸堿理論

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,酸堿理論基礎(chǔ),1,3.1,布朗斯特酸堿,The Br,nsted-Lowry acid-base model,3.2,路易斯酸堿,The Lewis acid-base model,3.3,酸堿平衡,Acetic-alkali equilibrium,2,經(jīng)典的,Arrhenius,酸堿理論,在水溶液中,所有的酸都電離出氫離子，,所有的堿都,電離出,氫氧根離子。,這個(gè)理論要求堿必須有,OH,基團(tuán)，但是,NH,3,這樣的物質(zhì)，雖然沒有,OH,基團(tuán)，,但毫無疑問它也是堿。,Arrhenius,酸堿理論另一個(gè)問題

2、是沒有,考慮到溶劑（,H,2,O,）擔(dān)當(dāng)?shù)慕巧?3,1,定義,2,共軛酸堿對(duì),3,布朗斯特平衡,4,酸堿性強(qiáng)弱與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系,Brnsted,Lowry,酸堿（質(zhì)子）理論,4,酸就是質(zhì)子供體，堿就是質(zhì)子受體。,酸堿反應(yīng)指質(zhì)子由供體向受體的轉(zhuǎn)移過程,Arrhenius,理論的兩個(gè)問題這里就可以解決了，我們以,NH,3,與,H,2,O,反應(yīng)為例。,5,共軛酸堿對(duì),半反應(yīng),(,Half reaction,),的概念,它的一個(gè)半反應(yīng)是作為酸的,H,2,O,分子給出質(zhì)子生成它的,共軛堿,(,conjugate base,),OH,:,H,2,O H,+,+OH,另一個(gè)半反應(yīng)是作為堿的,NH,3,分子

3、接受質(zhì)子生成它的,共軛酸,(,conjugate acid,),:,NH,3,+H,+,6,酸給出質(zhì)子的趨勢越強(qiáng)，生成的共軛堿越弱，反之亦然；堿接受質(zhì)子的趨勢越強(qiáng)，生成的共軛酸越弱，反之亦然。,7,質(zhì)子理論中無鹽的概念,，電離理論中的鹽，在質(zhì)子理論中都是離子酸或離子堿。,任何布朗斯特酸堿反應(yīng)都涉及兩個(gè)共軛酸堿對(duì)。,一種物質(zhì)是酸是堿,取決于它參與的反應(yīng)；既可為酸又可為堿的物質(zhì)叫兩性物質(zhì),(,Amphoteric substance,),。,8,9,兩個(gè)共軛酸堿對(duì)之間的質(zhì)子傳遞,酸越強(qiáng)，其共軛堿越弱；堿越強(qiáng)，其共軛酸越弱,反應(yīng)總是由相對(duì)較強(qiáng)的酸和堿向生成相對(duì)較弱的堿,和酸的方向進(jìn)行,酸堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)

4、,10,11,按照質(zhì)子理論的酸堿反應(yīng) 名稱,HOAc+NH,3,OAc,+NH,4,+,成鹽反應(yīng),酸,1,堿,2,堿,1,酸,2,H,2,O+H,2,O OH,+H,3,O,+,自解離反應(yīng),酸,1,堿,2,堿,1,酸,2,H,2,O+Ac,OH,+HAc,弱酸鹽水解,酸,1,堿,2,堿,1,酸,2,酸和堿的解離反應(yīng),12,酸和堿的中和反應(yīng),鹽的水解,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,13,布朗斯特酸堿反應(yīng)可寫為如下通式,:,顯然，布朗斯特酸堿反應(yīng)是堿,A,與堿,A,爭奪質(zhì)子的反應(yīng)，,堿的強(qiáng)弱影響著酸的強(qiáng)度,。,該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù),叫酸性常數(shù),(,Acidity constant

5、,),也叫酸的,電離常數(shù),(,Acid ionization constant,):,HA+A,A+HA,HA(,aq,)+H,2,O(,l,)A,(,aq,)+H,3,O,+,(,aq,),14,1,定義及相關(guān)概念,2,有代表性的路易斯酸,路易斯酸,15,布朗斯特酸堿概念的核心系于分子或離子間的質(zhì)子轉(zhuǎn)移，顯然無法對(duì)不涉及質(zhì)子轉(zhuǎn)移、但卻具有酸堿特征的反應(yīng)做解釋。這一不足在布朗斯特概念提出的同年由美國化學(xué)家路易斯提出的另一個(gè)更廣的酸堿概念所彌補(bǔ)，但后者直到,20,世紀(jì),30,年代才開始在化學(xué)界產(chǎn)生影響。,Lewis G N,美國物理化學(xué)家,16,路易斯酸,是指能作為,電子對(duì)受體,的原子、分子或離

6、子,;,路易斯堿,則指能作為,電子對(duì)供體,的原子、分子或離子；,酸堿反應(yīng),是電子對(duì)受體與電子對(duì)供體之間,形成配位共價(jià)鍵,的反應(yīng)。,17,水溶液的酸堿性,一、水的自偶電離,純水有微弱的導(dǎo)電性，表明它有微弱的自偶電離。,按酸堿質(zhì)子理論討論,:,H,2,O+H,2,O=H,3,O,+,+OH,-,酸,1,堿,2,酸,2,堿,1,簡寫為：,H,2,O=H,+,+OH,-,18,pH,標(biāo)度,為了方便指示水溶液的酸堿性，丹麥科學(xué)家,S.P.L.Srensen,在,1909,年提出,pH,標(biāo)度。,定義：,pH=-lg H,+,（,SI,規(guī)定：物理量變量的符號(hào)用斜體字書寫，,但,pH,例外，用正體字母書寫）,

7、pH=7.0,溶液呈中性,pH 7.0,溶液呈堿性,19,溶液的酸堿性及,pH,標(biāo)度（續(xù)）,同樣，定義,pOH=-lg OH,-,水溶液中，,H,+,OH,-,=K,w,(=1.0,10,-14,),兩邊取負(fù)對(duì)數(shù)：,pH+pOH=pK,w,=14.00 (R.T.),20,1,、一元弱酸,If,x,c,0,(HA),c,0,(HA),x,c,0,(HA),and,c,0,(HA)/,K,a,q,500,HA +H,2,O,A,+H,3,O,+,c,0,(HA),c,0,(H,2,O)0 0,c,0,(HA),x,c,0,(H,2,O),x,x x,pH=-lg H,+,pKa=-lgKa,21

8、,B +H,2,O,BH,+,+OH,c,0,(B),c,0,(H,2,O)0 0,c,0,(B),x,c,0,(H,2,O),x,x x,2,、一元弱堿,If,x,c,0,(B),c,0,(B),x,c,0,(B),and,c,0,(B)/,K,b,q,500,pKa=-lgKb,pOH=-lg OH,-,22,23,酸堿在有機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用,1.,有機(jī)反應(yīng)的催化劑,除自由基和協(xié)同反應(yīng)外，有機(jī)反應(yīng)均可看作是酸堿反應(yīng)。,Lewis,酸：,Lewis,堿：,AlCl,3,SnCl,4,TiCl,4,BF,3,FeCl,3,Ag,Cu,Pd,Pt,R,4,N,+,OH,-,24,2.,親核加成反應(yīng)中

9、的酸堿反應(yīng),所有的親核加成反應(yīng)都認(rèn)為是酸堿反應(yīng)。,醛、酮、酸及其衍生物是酸，親核試劑是堿。,堿 酸,堿 酸,格氏試劑與羰基化合物的加成反應(yīng),羰基與氫化鋰鋁的還原反應(yīng),25,3.,親電加成反應(yīng)中的酸堿反應(yīng),所有的親電加成反應(yīng)都認(rèn)為是酸堿反應(yīng)。,烯烴、炔烴、或小環(huán)烷烴是堿，親電試劑是酸。,烯烴與氯氣的加成反應(yīng),堿 酸,堿 酸,酸 堿,26,4.,親核取代反應(yīng)中的酸堿反應(yīng),所有的親核取代反應(yīng)都認(rèn)為是酸堿反應(yīng)。,鹵代烴是酸，親核試劑是堿。,鹵代烴的腈解,RX +NaCN RCN,醇與鹵化氫的反應(yīng),ROH +HX RX,酸 堿,堿 酸,3.6,酸堿在有機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用,27,5.,親電取代反應(yīng)中的酸堿反應(yīng),所有的親電取代反應(yīng)都認(rèn)為是酸堿反應(yīng)。,芳烴是堿，親電試劑是酸。,堿 酸,堿 酸,酸 堿,