作者: 星狮艾迪克斯小轩
一个有机分子的酸碱性可谓是最基本也是最重要的一个化学性质,如果是前来复习的旁友肯定知道其实有机反应中很多都是涉及到酸碱性应用,你判断的好不好准不准对选择性反应来说是十分重要的。
那么在讲之前还是简单说一下有机化学中应用的酸碱理论是—酸碱质子理论和酸碱电子理论—两大理论。如果不懂的可以自行百度一下,不会很难的~
一、酸性通讲
我们都知道,在有机分子中最熟悉的就是醋酸,也就是乙酸,为什么它有酸性?你别告诉我因为它含有羧基(-COOH)所以就有酸性,原因就在于它失去质子(也就是氢离子)后形成的阴离子更稳定(这个是完全符合热力学定律的),我拿图解释一下~
羧酸的电离演示图
从图中可以发现,因为电离了质子以后,负电荷可以从氧原子上共轭到整个羰基上,由上一讲提到的,负电荷总是希望把电子给出去,现在好了一份的负电荷现在“一人1/3份”,正好达到了目的!同理我们常知的苯酚也是这个原因。
小结:一个分子有没有酸性不是取决于它有没有以前认识到的酸性基团,而是分子电离出质子后能不能很好的稳定它的负电荷。
那么怎么样才能稳定负电荷呢?上一节讲到的共轭效应稳定,诱导(吸电子)效应稳定,氢键的影响和一个比较特殊的休克尔规则芳香性稳定,以及体积效应。还是一样,我下面分别来讲解~
1.共轭效应稳定:
上面所讲到的苯酚就是一个例子,负电荷很好的被苯环共轭分散,所以酸性比醇羟基强得多。
有机合成中常用的乙酰乙酸乙酯,“三乙”就是一个好例子。分子中没有任何一个以前熟知的酸性基团,但是酸性却和苯酚相当。原因就是中间亚甲基的氢电离以后负电荷可以被左右两边分别共轭稳定,注意其他碳上的氢可没有这个福利哦。
三乙的电离
2.诱导效应稳定
这里说得肯定是吸电子诱导效应啦,把电离以后的负电荷赶紧吸过去,就可以达到分散电荷的目的啦。如果是给电子诱导效应正好适得其反了。
最好的例子就是三氟乙酸酸性明显比乙酸强,而且不是一个数量级的。但是要注意的是吸电子基团离的越近效果越明显
3.氢键影响(分子内)
氢键是双重影响,如果电离以后的负离子正好可以和隔壁形成氢键(条件是空间允许),那么就很有意思的稳定了负电荷,可以理解为中间那个质子起到了中和两边的负电荷的作用,有点像两个负电荷在互相踢一个质子球。
顺丁二酸和反丁二酸的电离差异
如果要电离出来的质子形成了氢键,那么它就相当于被“束缚”住了,所以酸性就相对的降低。
蒽醌的α,β羟基酸性差异
4.休克尔规则—芳香性的稳定
这个例子不多,我现在只知道一个,如果有新的例子可以给我补充(笔芯)
在这里简单介绍一下休克尔规则:1.环状,2.平面,3.π电子满足4n+2。然后我们还需要知道芳香性有一个性质就是“化学性质稳定,不易发生反应”就行。这个就满足了上面的“酸性根本条件”
环戊二烯就正好满足要求,中间碳的氢电离以后的碳负离子是sp2杂化的,正好可以满足休克尔规则拥有芳香性,所以环戊二烯分子就喜欢丢一个质子,变相的它就有了一般环烯分子没有的酸性。
环戊二烯的特殊酸性
5.体积效应
体积效应会影响基团的共轭能力(使其不共平面)从而变相的影响酸性,它本身是不具备影响酸碱能力。后面会重点讨论这个。
酸性的判断可以预测一些碱性反应条件下的反应位点,比如常见的Claisen酯缩合,Hofmann消除等
二、碱性通讲
有机分子的碱性就不是电离出什么氢氧根然后再看形成的正离子稳定这个套路了,这里的碱性全部指的是质子碱,也就是这个分子结合质子的能力。
那么能结合质子,就说明这个分子有孤对电子存在,常见的就是氮原子,氧原子。
那么分子的碱性强不强就单方面取决于它孤对电子的密度(应该可以这样说),因为越是密集的孤对电子捕获质子的能力就越强。
那么上面讨论过得诱导效应,就是给电子基团能增强碱性;共轭效应永远无论怎样都减弱了碱性,因为孤对电子离域了。
一些胺的碱性比较思路(红色为孤对电子)
下面来讨论比较特殊的体积效应。
体积位阻的影响
因为共轭的条件必须是共平面,所以大基团的影响使得氨基无法“同台竞争”就选择了旋转不与之共面达到热稳,带来的结果就是它的碱性比隔壁强。
碱性的判断可以预测多羰基质子化的难易程度从而写出最优产物;也同样可以预测氨基碱性强弱来找出最优的亲核进攻原子等等。
后记:其实酸碱性的判断还有好多没讲,这里只有一些基础的判断法则,我做题目的时候也不是百分百能想到最合理的原因,算是见一个记一个吧,但是整体来看都是万变不离其宗,过几天也许会拿例题一起分享~所以掌握这些思想真的真的真的很重要_(:зゝ∠)_