Згідно Протолітична теорії Бренстеда-Лоурі, кислотами є речовини, здатні віддавати протон (Н +), - донори протона. Підстави - це речовини, здатні приєднувати протон, - акцептори протона. Кислотно-основна взаємодія двох молекул полягає в перенесенні протона від кислоти до основи з утворенням сполученого підстави і сполученої кислоти. Чим сильніше кислота або підстава, тим слабкіше пов'язані їм підставу і кислота. І навпаки. В рамках теорії Бренстеда-Лоурі будь-яку кислотно-основну реакцію можна описати таким рівнянням:
Гідроксілпроізводние вуглеводнів (спирти і феноли) містять групу ОН, яка може бути як донором, так і акцептором протона.
Кислотні властивості гідроксілпроізводного, т. Е. Легкість розриву зв'язку О-Н, будуть визначатися полярністю і енергією дисоціації зв'язку з цим. Чим вище полярність зв'язку О-Н і чим нижче її енергія дисоціації, тим легше йде розрив зв'язку, тим вища кислотність.
Електроноакцепторні заступники (ЕА), пов'язані з ОН-груп-співай, підвищують полярність зв'язку ОН, знижують енергію її дисоціації і в цілому підвищують кислотність з'єднання. Електронодонорні заступники (ЕД), навпаки, знижують полярність, збільшують енергію дисоціації зв'язку О-Н і знижують кислотні властивості з'єднання.
Основні властивості гідроксилвмісних сполук обумовлені наявністю неподіленої електронної пари на атомі кисню. Чим вище електронна щільність на атомі кисню, тим легше приєднується протон, тим вище основність з'єднання. Тому електронодонорні заступники, які збільшують електронну щільність на О, підвищують основні властивості з'єднання, а електроноакцепторні знижують.
Виходячи з вищесказаного, уявімо ряд кислотно-основних властивостей гідроксілпроізводних:
Реакції, що ілюструють кислотні властивості
Спирти є слабшими кислотами, ніж вода, і виявити їх кислотність у водних розчинах неможливо, рН водного розчину спиртів дорівнює 7. Підтвердити кислотність спиртів можна тільки в реакціях з активними металами або дуже сильними підставами за відсутності води:
Реакції з активними металами і їх амидами є якісними на ОН-групу, так як супроводжуються бурхливим виділенням газів.
У багатоатомних спиртів кислотність в порівнянні з одноатомними зростає, особливо в разі віцинальних діолів і поліолів. На відміну від одноатомних спиртів, вони можуть проявляти кислотні властивості не тільки в реакціях з активними металами і сильними основами, але і в реакціях з гідроксидами важких металів. Зокрема, з мідь (II) -гідроксідом в лужному середовищі віцінальние поліспирти утворюють розчинну в воді комплексну сіль, забарвлену в темно-синій колір. Це якісна реакція на віцінальним діольную групу:
Феноли. Завдяки наявності в молекулах фенолів + М -ефекту, електронна щільність на атомі кисню знижується, полярність зв'язку О-Н збільшується і знижується енергія її дисоціації. Тому феноли, на відміну від спиртів, є досить сильними кислотами і здатні утворювати солі навіть з водними розчинами лугів:
При наявності в бензольному кільці двох і більше електроноакцепторних заступників кислотність фенольного гідроксилу збільшується настільки, що стають можливими реакції з солями вугільної кислоти:
Кислотні властивості фенолів проявляються також в реакції з залізо (III) хлорид. При взаємодії з іонами Fe 3+ утворюється комплексна сіль фенолу, пофарбована в интесивность фіолетовий колір. Тому реакція фенолів з FeCl3 є якісною і використовується для виявлення фенольного гідроксилу.
Основность - це здатність приєднувати протон або кислоти Льюїса. В ряду гідроксілпроізводних найбільш вираженими основними властивостями володіють третинні спирти. Однак внаслідок високої електронегативності атома кисню і, відповідно, низькою поляризуемости його електронів спирти можуть реагувати при охолодженні тільки з сильними мінеральними кислотами з утворенням оксоніевих солей. Основними властивостями володіють і діалкіловие ефіри, які теж утворюють оксоніевие солі з концентрованими кислотами. Розчинення в холодних концентрованих кислотах з утворенням однофазної системи (оксоніевих солей) є якісною реакцією на спирти і діалкіловие ефіри. У фенолів внаслідок сполучення неподіленої електронної пари кисню з бензольні кільцем (+ М-ефект) основні властивості виражені дуже слабо. Тому феноли оксоніевих солей не утворюють і не приєднують кислоти Льюїса.
1. Маємо пентан-2,3-діол; метанол; 2,4-дібромфенол; 2-метил-фенол в порядку зростання їх кислотних властивостей.
2. Наводимо рівняння реакцій, які ілюструють кислот-ні властивості даних речовин:
Для найбільш сильного основа-ніяпріводім рівняння реакції утворення оксоніевой солі з H2 SO4.
Найсильнішим підставою в цьому ряду буде найслабша кислота - метанол.
Приклад рішення задачі 23
Для вирішення даного завдання необхідно вивчити основні хімічні властивості спиртів, фенолів і простих ефірів.