Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

3.3: pKA органічних кислот та застосування pKA для прогнозування результату кислотно-лужної реакції

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    24465

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Як ми вже згадували раніше, всі органічні сполуки можуть бути кислотами, оскільки всі вони мають атоми водню, які потенційно можуть бути пожертвані. Більшість органічних кислот - це слабкі кислоти з невеликим К а. наприклад, оцтова кислота СН 3 СООН має К а 1,8×10 -5. Багато інших органічних кислот навіть слабкіше оцтової кислоти, і саме ця слабка кислотність ускладнює усвідомлення того, що деякі органічні сполуки насправді є кислотами.

    Однак ця слабка кислотність дуже важлива в органічній хімії. Оскільки не дуже зручно говорити або запам'ятати K такі значення, як 1.8×10 -5, p K a використовується частіше в органічній хімії для позначення відносної кислотності різних кислот. Визначення р К а таке:

    р К а = -лог К а

    Чим менше значення р К а, тим більше К а, і тим сильніше кислотність.

    P K a більшості органічних кислот коливається між 5 ~ 60. Хоча неможливо дізнатися p K a кожної органічної сполуки, дуже корисно зрозуміти р К а (і кислотність) на основі задіяних функціональних груп, оскільки ті ж функціональні групи зазвичай мають подібні p K a s. наближені діапазони значень p K a для семи основних функціональних груп наведені в таблиці 3.1, яка служить для нас дуже цінною відправною точкою для прогнозування і розуміння кислотності будь-якої органічної молекули. Найсильніша органічна кислота, перерахована тут, - карбонова кислота, з p K a близько 5; найслабшими органічними кислотами є алкани зі значеннями p K a понад 50. Оскільки приблизні діапазони значень p K a наведені в таблиці, точне p K значення групи змінюється для різних сполук через структурних відмінностей. На щастя, зазвичай не потрібно знати точні значення p K a для більшості випадків в органічній хімії, і приблизний діапазон досить хороший.

    Карбонова кислота (~ 5), спирт (~ 16), альдегід (~ 16-20), алкін (~ 25), амін (~ 35-40) (NH3 ~ 38), алкен (~ 45), алкан (srcset =
    50)» width=» 695 ″ висота =» 586″> Таблиця 3.1: Приблизні діапазони значень pKA для загальних органічних функціональних груп
    • Кислотність - це здатність сполуки здавати Н +, тому коли ми говоримо про кислотність (K a і p K a) органічної сполуки, то вона повинна бути про конкретному атомі Н (виділено синім кольором в таблиці). Для різних атомів Н в одному і тому ж з'єднанні кислотність і р К а різні. Що стосується прикладу метанолу:
    Кислотність CH3OH, отже, зазвичай відноситься до Н в групі OH, тим більш кислий водень
    Малюнок 3.3a Метанол
    • Дуже корисно запам'ятовувати приблизні діапазони р К а перераховані в таблиці 3.1.
    • Кислотність функціональних груп в таблиці знижується зверху вниз, а основність сполучених підстав в останньому стовпці зростає зверху вниз, тому що чим сильніше кислота, тим слабкіше сполучена основа.

    Прогнозувати результат органічної кислотно-лужної реакції — використовувати p K a як критерій

    Маючи знання кислотності та р К а, ми тепер готові побачити, як застосувати цю інформацію до розуміння органічних реакцій з кислотно-лужної точки зору.

    Наступна реакція є прикладом у розділі 3.2. Якщо придивитися до реагентів і продуктів, то виявимо, що «продукт» сторона також містить кислоту (аміак NH 3), і основу (метоксид СН 3 О —). Тепер питання в тому, як ми можемо бути настільки впевнені, що реакція переходить на сторону «продукту», як написано? Питання можна задати і по-іншому: якщо рівновага буде встановлена для реакційної суміші, якій стороні переважно сприятиме положення рівноваги? Вліво чи вправо?

    CH3OH (кислота) + NH2 (основа) = CH3O (кон'югатна основа) + NH3 (кон'югатна кислота)
    Малюнок 3.3b Кислотно-лужна реакція

    Щоб відповісти на це питання, ми дізнаємося про загальне правило кислотно-лужної реакції: Кислотно-лужні реакції завжди сприяють утворенню слабшої кислоти та слабшої основи. Це пояснюється тим, що рівновага завжди сприяє утворенню більш стабільних продуктів, а слабші кислоти та основи стабільніші, ніж сильніші.

    HA (сильніша кислота) + B (сильніша основа) [менший pKA] = A- (слабша основа) + HB+ (слабша кислота) [більший pKA]
    Малюнок 3.3c Менший PkA і більший pKA

    При наявних під рукою значень р К а відносну кислотність реагентів проти продуктів можна порівняти, порівнявши їх значення p K a, і реакція буде протікати в сторону кислоти з більший pK a (більший р К а означає менший К а, отже, слабша кислота).

    Отже, для цієї реакції перевірка р К вказує на те, що аміак NH 3 є слабшою кислотою, ніж метанол CH 3 OH, тому реакція протікає з правого боку з CH 3 O - і NH 3 як основні продукти.

    CH3OH (PKa ~ 15, менший pKA, сильніша кислота) + NH2 (сильніша основа) = CH3O (слабша основа) + NH3 (PKa ~ 35-40, більший pKA, слабша кислота)
    Малюнок 3.3d В якому напрямку йде реакція?

    Примітки: Тільки порівняння між кислотами є досить хорошим для цієї мети, тому що якщо CH 3 OH сильніше NH 3, то кон'югатна основа CH 3 O - повинна бути слабшою, ніж інша основа NH 2 -.

    Приклади

    Покажіть продукти наступних реакцій і передбачте переважну сторону рівноваги.

    Реакція 1

    C2H2+ NH2 (N має дві одиночні пари і негативний заряд) =

    Реакція 2

    C2H2+ ОН (O має негативний заряд) =

    Рішення:

    Реакція 1

    рівновага сприяє продуктам правої сторони реакції

    Реакція 2

    рівновага сприяє реагентам лівої сторони реакції

    Чи існують практичні застосування такого прогнозу? Так! Давайте порівняємо дві реакції в вправах вище. Реакція 1 вказує на те, що якщо етин (HCCH) та амід (NH 2 -) змішуються разом, реакція переходить на сторону продуктів, тобто HC≡ CH може бути депротонований амідом NH 2 —. Однак, якщо HC≡ CH і гідроксид OH - змішуються разом, як показано в реакції 2, ніякої реакції не відбувається, або можна сказати, що HCCH не може бути депротонований OH - тому що OH — недостатньо сильний! Отже, якщо ви працюєте в лабораторії і маєте можливість вибрати між NH 2 - або OH - для депротонації HC≡ CH, тепер ви знаєте, який вибрати.

    Думка про те, що OH — це недостатньо сильна база, може вас сильно турбувати, оскільки вона суперечить «загальним знанням», які ми дізналися в загальній хімії, де OH — це міцна база. Взагалі кажучи, OH - це досить міцна основа; однак, вона просто ледь недостатньо міцна, щоб депротонувати HC ≡ CH, яка є дуже слабкою кислотою, з p K a приблизно ~25. Оскільки HC ≡ CH набагато слабкіше, ніж «слабкі кислоти», які ми дізналися в загальній хімії, для його депротонації потрібна набагато сильніша основа, як NH 2.