有机化学酸碱理论.ppt

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1、酸碱理论基础酸碱理论基础13.1 布朗斯特酸碱布朗斯特酸碱 The Brnsted-Lowry acid-base model3.2 路易斯酸碱路易斯酸碱 The Lewis acid-base model3.3 酸碱平衡酸碱平衡 Acetic-alkali equilibrium2经典的经典的Arrhenius 酸碱理论酸碱理论 在水溶液中在水溶液中所有的酸都电离出氢离子，所有的酸都电离出氢离子， 所有的碱都所有的碱都电离出电离出氢氧根离子。氢氧根离子。 这个理论要求碱必须有这个理论要求碱必须有OH基团，但是基团，但是 NH3这样的物质，虽然没有这样的物质，虽然没有OH基团，基团， 但毫无疑

2、问它也是碱。但毫无疑问它也是碱。 Arrhenius 酸碱理论另一个问题是没有酸碱理论另一个问题是没有 考虑到溶剂（考虑到溶剂（H2O）担当的角色。）担当的角色。31 定义定义2 共轭酸碱对共轭酸碱对 3 布朗斯特平衡布朗斯特平衡 4 酸碱性强弱与分子结构的关系酸碱性强弱与分子结构的关系BrnstedLowry 酸碱（质子）理论酸碱（质子）理论4 酸就是质子供体，碱就是质子受体。酸就是质子供体，碱就是质子受体。 酸碱反应指质子由供体向受体的转移过程酸碱反应指质子由供体向受体的转移过程 Arrhenius 理论的两个问题这里就可以解决了，我们以理论的两个问题这里就可以解决了，我们以NH3与与H2

3、O反反应为例。应为例。5共轭酸碱对共轭酸碱对半反应半反应(Half reaction)的概念的概念它的一个半反应是作为酸的它的一个半反应是作为酸的H2O分子给出质子生成它的分子给出质子生成它的共轭碱共轭碱(conjugate base)OH: H2O H+ + OH另一个半反应是作为碱的另一个半反应是作为碱的NH3分子接受质子生成它的分子接受质子生成它的共共轭酸轭酸(conjugate acid) :NH3 + H+4NH6 酸给出质子的趋势越强，生成的共轭碱越酸给出质子的趋势越强，生成的共轭碱越弱，反之亦然；碱接受质子的趋势越强，生成弱，反之亦然；碱接受质子的趋势越强，生成的共轭酸越弱，的共

4、轭酸越弱， 反之亦然。反之亦然。7质子理论中无盐的概念质子理论中无盐的概念，电离理论中的盐，在质子，电离理论中的盐，在质子理论中都是离子酸或离子碱。理论中都是离子酸或离子碱。任何布朗斯特酸碱反应都涉及两个共轭酸碱对。任何布朗斯特酸碱反应都涉及两个共轭酸碱对。 一种物质是酸是碱一种物质是酸是碱, , 取决于它参与的反应；既可为取决于它参与的反应；既可为酸又可为碱的物质叫两性物质酸又可为碱的物质叫两性物质(Amphoteric substance)。89两个共轭酸碱对之间的质子传递两个共轭酸碱对之间的质子传递 酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共轭酸越弱酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共轭酸越弱 反

5、应总是由相对较强的酸和碱向生成相对较弱的碱反应总是由相对较强的酸和碱向生成相对较弱的碱 和酸的方向进行和酸的方向进行酸碱反应的实质酸碱反应的实质1011按照质子理论的酸碱反应按照质子理论的酸碱反应 名称名称HOAc + NH3 OAc + NH4+ 成盐反应成盐反应 酸酸1 碱碱2 碱碱1 酸酸2H2O + H2O OH + H3O+ 自解离反应自解离反应 酸酸1 碱碱2 碱碱1 酸酸2H2O + Ac OH + HAc 弱酸盐水解弱酸盐水解 酸酸1 碱碱2 碱碱1 酸酸2 酸和碱的解离反应酸和碱的解离反应12 酸和碱的中和反应酸和碱的中和反应 盐的水解盐的水解H+322H O (aq) OH

6、 (aq) = H O(l) H O(l)H+3342H O (aq) NH (aq) = NH (aq) H O(l)H+2HAc() + OH () = H O( ) Ac ()aqaqlaqH+2+242323Cu(H O) + H O(l) = H O (aq) + Cu(OH)(H O)(aq)H+4233NH ()H O(l) = H O () + NH ()aqaqaqH+-2H O(l) + Ac () = HAc() +OH ()aqaqaq13布朗斯特酸碱反应可写为如下通式布朗斯特酸碱反应可写为如下通式: : 显然，布朗斯特酸碱反应是碱显然，布朗斯特酸碱反应是碱A与碱与碱A

7、争夺质子的争夺质子的反应，反应，碱的强弱影响着酸的强度碱的强弱影响着酸的强度。 该反应的标准平衡常数该反应的标准平衡常数 叫酸性常数叫酸性常数(Acidity constant), , 也叫酸的也叫酸的电离常数电离常数(Acid ionization constant): 333a3 (A )/ mol dm (H O )/ mol dm (HA)/ mol dm ccKcHA + A A + HA HA(aq) + H2O(l) A(aq) + H3O+(aq) aK141 定义及相关概念定义及相关概念2 有代表性的路易斯酸有代表性的路易斯酸路易斯酸路易斯酸15 布朗斯特酸碱概念的核心系于布

8、朗斯特酸碱概念的核心系于分子或离子间的质子转移，显然无分子或离子间的质子转移，显然无法对不涉及质子转移、但却具有酸法对不涉及质子转移、但却具有酸碱特征的反应做解释。这一不足在碱特征的反应做解释。这一不足在布朗斯特概念提出的同年由美国化布朗斯特概念提出的同年由美国化学家路易斯提出的另一个更广的酸学家路易斯提出的另一个更广的酸碱概念所弥补，但后者直到碱概念所弥补，但后者直到20世纪世纪30年代才开始在化学界产生影响。年代才开始在化学界产生影响。 Lewis G N美国物理化学家美国物理化学家16 路易斯酸路易斯酸是指能作为是指能作为电子对受体电子对受体的原子、分子或离的原子、分子或离子子; ; 路

9、易斯碱路易斯碱则指能作为则指能作为电子对供体电子对供体的原子、分子或离的原子、分子或离子；子； 酸碱反应酸碱反应是电子对受体与电子对供体之间是电子对受体与电子对供体之间形成配位形成配位共价键共价键的反应。的反应。 17水溶液的酸碱性水溶液的酸碱性 一、水的自偶电离一、水的自偶电离 纯水有微弱的导电性，表明它有微弱的自偶电离。纯水有微弱的导电性，表明它有微弱的自偶电离。 按酸碱质子理论讨论按酸碱质子理论讨论: : H2O + H2O = H3O+ + OH- 酸酸1 碱碱2 酸酸2 碱碱1 简写为：简写为： H2O = H+ + OH-18pH标度标度 为了方便指示水溶液的酸碱性，丹麦科学家为了

10、方便指示水溶液的酸碱性，丹麦科学家S.P.L.Srensen在在1909年提出年提出pH标度。标度。 定义：定义： pH = -lg H+（SI规定：物理量变量的符号用斜体字书写，规定：物理量变量的符号用斜体字书写，但但pH 例外，用正体字母书写）例外，用正体字母书写） pH = 7.0 溶液呈中性溶液呈中性 pH 7.0 溶液呈碱性溶液呈碱性 19溶液的酸碱性及溶液的酸碱性及pH标度（续）标度（续）同样，定义同样，定义 pOH = -lg OH-水溶液中，水溶液中， H+ OH- = Kw (= 1.0 10-14)两边取负对数：两边取负对数： pH + pOH = pKw = 14.00

11、(R.T.)201、一元弱酸、一元弱酸If x c0(HA), c0(HA) x c0(HA) and c0(HA)/Kaq q 500 3c2A H O HA HOK-+23ac02A H O HAH O(HA)xKKcx HA + H2O A + H3O+c0(HA) c0(H2O) 0 0c0(HA) x c0(H2O) x x x+3a0H O (HA)xK cpH = -lg H+pKa=-lgKa21 B + H2O BH+ + OHc0(B) c0(H2O) 0 0c0(B) x c0(H2O) x x x2、一元弱碱、一元弱碱2cBH OH BH OK+-2c2b0BH OH

12、BH O(B)xKKcxIf x c0(B), c0(B) x c0(B) and c0(B)/Kbq q 500b 0OH (B)xK cpKa=-lgKbpOH = -lg OH-22231. 1. 有机反应的催化剂有机反应的催化剂除自由基和协同反应外，有机反应均可看作是酸碱反应。除自由基和协同反应外，有机反应均可看作是酸碱反应。Lewis 酸：酸：Lewis 碱：碱：AlCl3, SnCl4,TiCl4, BF3, FeCl3, Ag, Cu, Pd, PtR4N+OH-NNR2NH242. 2. 亲核加成反应中的酸碱反应亲核加成反应中的酸碱反应所有的亲核加成反应都认为是酸碱反应。所有的

13、亲核加成反应都认为是酸碱反应。醛、酮、酸及其衍生物是酸，亲核试剂是碱。醛、酮、酸及其衍生物是酸，亲核试剂是碱。碱碱 酸酸LiAlH4 +COCOHHRMgX +COCORMgX碱碱 酸酸格氏试剂与羰格氏试剂与羰基化合物的加基化合物的加成反应成反应羰基与氢化羰基与氢化锂铝的还原锂铝的还原反应反应253. 3. 亲电加成反应中的酸碱反应亲电加成反应中的酸碱反应所有的亲电加成反应都认为是酸碱反应。所有的亲电加成反应都认为是酸碱反应。烯烃、炔烃、或小环烷烃是碱，亲电试剂是酸。烯烃、炔烃、或小环烷烃是碱，亲电试剂是酸。Cl2 + AlCl3Cl+ + AlCl4-+ Cl+ClCl+ AlCl4-ClC

14、l+ AlCl3烯烃与氯气烯烃与氯气的加成反应的加成反应碱碱 酸酸碱碱 酸酸酸酸 碱碱264. 4. 亲核取代反应中的酸碱反应亲核取代反应中的酸碱反应所有的亲核取代反应都认为是酸碱反应。所有的亲核取代反应都认为是酸碱反应。卤代烃是酸，亲核试剂是碱。卤代烃是酸，亲核试剂是碱。卤代烃的腈解卤代烃的腈解 RX + NaCN RCN醇与卤化氢的反应醇与卤化氢的反应 ROH + HX RX 酸酸 碱碱碱碱 酸酸275. 5. 亲电取代反应中的酸碱反应亲电取代反应中的酸碱反应所有的亲电取代反应都认为是酸碱反应。所有的亲电取代反应都认为是酸碱反应。芳烃是碱，亲电试剂是酸。芳烃是碱，亲电试剂是酸。Cl2 + AlCl3Cl+ + AlCl4-+ Cl+ AlCl4-+ AlCl3 + HClHClHClCl碱碱 酸酸碱碱 酸酸酸酸 碱碱