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有机化学中的“浪子”和“土豪”

有机化学中的“浪子”和“土豪”

作者: 艾冰台 | 来源:发表于2020-05-30 06:39 被阅读0次
    酸乎碱乎?

    在有机化学中酸性比较和碱性比较也是常见的问题。有机化学不像无机化学那样对于酸的强弱区分那么明显,而且对于酸定义也没有无机化学那么狭义,往往采用广义的酸碱理论。

    就是因为广义的概念,所以有时反而难以理解。就像把烷烃,烯烃,炔烃认为是酸,总感觉与之前学的有点格格不入。这些被称之为碳素酸,它们不像无机酸或者羧酸那样可以使酸碱指示剂变色。只是认为它们的 C-H键极性发生较大的变化,氢原子一方带有部分正电荷。也只有端炔(就是有这样基团C≡H,叁键在最边上)才有这样特性,它可以与强碱(当然不是无机里面的氢氧化钠之类)如氨基钠,可以发生反应。

    在有机化学里,酸性的强弱就是看化合物中的氢原子(浪子)是否容易离开母体,越容易离开,酸性越强。但离开容易与否,也要看这母体是否能“稳定”存在。

    无机化学中常用的酸碱就那么几种,相对而言一般也不会去强调其酸碱性的强弱比较。但在有机化学中,几乎每类有机物都可以拿来做酸性比较。从烃类三兄弟(烷烃、烯烃和炔烃)到后面的醇酚、醛酮,以及到真正才像酸样子的羧酸。其实酸性比较在羧酸中反而简单,无非是看羧基附近是都连有吸电子基团,或者是否连有电负性大的原子(如卤素四姐妹,氟氯溴碘),挨得羧基近的酸性强一些,远的酸性比近的弱一点,但还是比没有连有这些吸电子的要强一些。所以对于这些酸还有专门的名字,取代酸。卤代酸,羟基酸(醇酸),羰基酸(酮酸),氨基酸。它们由于酸性的不同,各自有各自风采。

    有机化学中的碱性有时会和亲核性发生误会。其实碱性和酸性是一对欢喜冤家,就像无机化学里讲的共轭酸碱理论一样,你酸强那你的共轭碱就弱,反之亦然。这就是矛盾的对立统一,不可能酸碱双方都强。如果明白了这一点那就简单了。前面讲的烷烃是极弱的酸,所以它的碳负离子就是很强的碱(只是它无法水合,所以只能以亲核性体现。如格氏试剂,铜锂试剂,Reformasky试剂等等)。醇的酸性比水还弱,所以醇钠之类就是强碱。碱是看这个化合物是否容易得到氢离子,而亲核性是看它是否容易接近带正电荷的碳。反应的位点有差别,但都是与带正电荷的原子有关。所以很多时候它们的强弱是一致的。只是有时溶剂因素会影响它们,尤其在是在极性低的溶剂中,碱性顺序和亲核性顺序相反。

    真正有意义的碱性比较在胺里才能充分体现。胺分为伯仲叔季,和碳的类别相类似。只是碳的底物分类是甲烷,分为伯仲叔季四种碳类别。胺的分类底物就是氨,每置换一个氢,它就升一级,到叔胺再往上就成盐了,如果是碱性的话就是季胺碱,那可是与氢氧化钠伯仲之间的强碱。可对于伯仲叔胺而言,它们的碱性比较可没有那么简单。按照前面的理念,氮上面电子云密度越高,类似于它是土豪,家里有房有车有相貌,钻石王老五之类,那就非叔胺莫属,它有三个烷基给氮供电子,它当仁不让应该是强碱。而伯胺只有一个小跟班,它的碱性应该低啊。但有利也有弊,你跟这那么多小兄弟,人家女生也害怕啊,这架势反而不能亲近一样,氢离子无法靠近,碱性反而低了,这就是空间位阻问题。同时你要得氢离子你首先得溶于水啊,就是发生水合啊。就是看胺上的氢是否与水形成分子间氢键而水合。这里氨最容易水合,所以它可以和水的溶解性很好,也容易得氢离子。

    所以在脂肪族胺类物质里,碱性比较就有这么三类比较。按照水合问题判断碱性强弱,顺序是伯仲叔; 按照氮上面的电子云密度高低,碱性顺序应该是叔仲伯;但按照空间位阻,碱性又应该是伯仲叔。综合三个因素,胺类碱性顺序是仲伯叔。它们都比氨的碱性强。芳香胺碱性在胺里最弱,由于它的氮原子和苯环有共轭,电子云密度分散,所以碱性降低。其实含氮还有一类物质,那就是在杂环里。诸如吡咯,吡啶,咪唑,嘧啶,喹啉等等,那是另一番景象。

    酸性碱性对有机合成影响很大,所以在有机化学中这是绕不过去的坎。

    2020.5.30晨起草就

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