Luisove kiseline i baze — разлика између измена

м
razne ispravke; козметичке измене
м (Fix)
м (razne ispravke; козметичке измене)
 
Luisova kiselina je definisana kao bilo koja vrsta koja prihvata elektronski par. Luisova baza je bilo koja vrsta koja daje elektronski par. Zbog toga je H<sup>+</sup> Luisova kiselina zbog toga što može prihvatiti elektronski par, a -{OH<sup>-</sup>}- i -{NH<sub>3</sub>}- su Luisove baze zato što mogu donirati slobodan elektronski par.
 
== Opisivanje adukata ==
U mnogim slučajevima interakcija između [[bor]]a i [[azot]]a se označava sa strelicom -{Me3B←-NH3}- pri čemu njen smjer pokazuje od Luisove baze do Luisove kiseline. Neki izvori označavaju Luisovu bazu sa parom tačaka na Luisovoj bazi kao i na aduktu, kao što je prikazano:
::-{Me<sub>3</sub>B + :NH3 → Me<sub>3</sub>B:NH<sub>3</sub>}-
U opštem slučaju veza između donora i akceptora se posmatra kao korak između [[kovalentna veza|kovalentne]] i [[jonska veza|jonske veze]].
 
== Istorijat ==
[[ImageДатотека:Dative covalent bond2.png|thumb|MO dijagram koji opisuje formiranje dativne kovalentne veze između dva atoma.]]
Ovaj koncept je prvi predstavio [[Gilbert Njutn Luis]] koji je predložio teoriju hemijske veze [[1923]]. Iste godine je bila objavljena Bronsted-Lourijeva teorija [[kiselina]] i [[baza (hemija)|baza]]. Dvije teorije su različite ali komplementarne. Luisova baza je ujedno i Bronsted-Lourijeva baza, ali Luisova kiselina ne mora biti ujedno i Bronsted-Lourijeva kiselina.
 
Zatim je 1963. slijedio koncept klasifikacije u jake i slabe baze i kiseline. Jačina interkacija između Luisovih baza i kiselina se mjeri standardnom [[entalpija|entalpijom]] stvaranja adukta i može biti predviđena Drago-Vajlandovom jednačinom sa dva parametra.
 
== Reformulacija Luisove teorije ==
Luis je 1916. godine predložio koncept po kome se [[hemijska veza]] stvara tako što dva [[atom]]a dijele zajednički elektronski par koji ih drži na okupu. Kada svaki atom doprinese sa pojednim svojim elektronom onda se zove kovalentna veza. Kada oba elektrona dolaze od samo jednog od atoma onda se veza naziva dativna kovalentna ili [[koordinatna veza]]. Razlika između ovih veza nije čvrsta. Tako na primjer tokom formiranja amonijum [[jon]]a između amonijaka i [[vodonik]]a molekul amonijaka donira elektronski par jonu vodonika, ali identitet elektrona je izgubljen u amonijum jonu koji je formiran. Luis je takođe predložio da donor elektronskog para bude klasifikovan kao baza a akceptor elektronskog para kao kiselina.
 
Moderna definicija Luisove kiseline ja da je to atomska ili molekulska vrsta koja ima lokalizovanu praznu atomsku ili [[molekulske orbitale|molekulsku orbitalu]]. Molekulska orbitala sa najnižom energijom (LUMO) može primiti elektronski par.
 
== Upoređivanje sa Brensted-Lourijevom teorijom ==
Luisova baza je često i Breonsted-Lourijeva baza pošto može donirati elektronski par [[proton]]u, proton je Luisova kiselina pošto može prihvatiti elektronski par. Konjugovana baza Brensted-Lourijeve kiseline je takođe Luisova baza pošto nakon gubitka protona iz kiseline na mjestu gdje je bila veza -{A—H}- ostaje [[slobodni elektronski par]] na konjugovanoj bazi. Luisove baze se mogu teško protonizovati ali reaguju sa Luisovim kiselinama. Na primjer [[ugljen -monoksid]] je slaba Brensted-Lourijeva baza ali formira jak adukt sa -{BF<sub>3</sub>}-.
 
2,6-di-t-butilpiridin reaguje sa [[hlorovodonična kiselina|-{HCl}-]] pri čemu se formira hidrohloridna [[so]] ali ne reaguje sa -{BF<sub>3</sub>}-. Ovaj primjer pokazuje da sterni faktori u kombinaciji sa elektronskim faktorom igra ulogu u određivanju jačine interakcije između glomaznog di-t-butilpiridina i malog protona.
Brensted-Lourijeva kiselina je donor protona, a ne akceptor elektronskog para.
 
== Luisove kiseline ==
[[ImageДатотека:Coordinate Covalent Bonding.gif|thumb| Luisovi dijagrami koji pokazuju formiranje amonijum jona]]
Postoje razne vrste Luisovih kiselina. Najjednostavnije su one koje reaguju direktno sa Luisovom bazom ali češće su one koje prvo stupaju u reakciju prije nego što se formira adukt.
 
=== Jednostavne Luisove kiseline ===
Najčešći primjer takvih kiselina su bor-trihalidi i organska jedinjenja [[bor]]a:
::-{BF<sub>3</sub> + F<sup>-</sup> → BF<sub>4</sub><sup>−</sup>}-
I -{BF<sub>4</sub><sup>-</sup>}- i -{BF<sub>3</sub>OMe<sub>2</sub>}- su adukti Luisove baze od bor-trifluorida.
U mnogim slučajevima adukti krše pravilo okteta kao u slučaju trijodidnog anjona:
:: -{I<sub>2</sub> + I<sup>-</sup> → I<sub>3</sub><sup>−</sup>}-
Različite boje [[rastvor]]a [[jod]]a potiču od različitih mogućnosti [[rastvarač]]a da formira adukt sa Luisovom kiselinom I<sub>2</sub>.
 
::-{SiF<sub>4</sub> + 2 F<sup>−</sup> → SiF<sub>6</sub><sup>2−</sup>}-
 
=== Kompleksne Luisove kiseline ===
Mnoga jedinjenja koja se svrstavaju u Luisove kiseline zahtijevaju aktivacioni korak prije nego što se formira adukt sa Luisovom bazom. Poznati primjer je aluminijum-trihalidi, koji su Luisove kiseline. Aluminijum-trihalidi za razliku od bor-trihalida ne postoje u obliku -{AlX<sub>3</sub>}-, nego kao agregati i [[polimeri]] koji moraju biti razgrađeni od strane Luisove baze. Jednostavniji slučaj je formiranje adukta borana. Ne postoji [[monomer]]ni BH<sub>3</sub> tako da se adukti borana dobijaju razgrađivanjem diborata:
::-{B<sub>2</sub>H<sub>6</sub> + 2 H<sup>−</sup> → 2 BH<sub>4</sub><sup>−</sup>}-
Mnogi metalni kompleksi se ponašaju kao Luisove kiseline ali obično nakon što se disosuju sa slabo vezanom Luisovom bazom, obično [[voda|vodom]].
 
-{[Mg(H2O)<sub>6</sub>]<sub>2</sub>+ + 6 NH<sub>3</sub> → [Mg(NH<sub>3</sub>)<sub>6</sub>]<sub>2</sub>+ + 6 H<sub>2</sub>O}-
 
=== Proton kao Luisova kiselina ===
Proton (H<sup>+</sup>) je jedna od najjačih ali takođe i jedna od najkomplikovanijih Luisovih kiselina. Konvencija je da se ignoriše da je proton teško rastvoren (tj. vezan za rastvarača). Sa ovim pojednostavljenjem reakcija kiseline i baze tj. formiranje adukta se može predstaviti kao:
* -{H<sup>+</sup> + NH<sub>3</sub> → NH<sub>4</sub><sup>+</sup>
* H<sup>+</sup> + OH<sup>-</sup> → H<sub>2</sub>O}-
 
=== Primjena Luisovih kiselina ===
Tipični primjer primjene Luisove kiseline je reakcija Frider-Kraft alkilacije. Glavni korak ja kada -{AlCl<sub>3</sub>}- prihvati [[slobodni elektronski par]] od hloridnog jona -{Cl<sup>-</sup>}-, pri čemu se formira -{AlCl<sub>4</sub><sup>-</sup>}- i stvara se jaka kiselina tj. elektrofilni karbonijum katjon -{R<sup>+</sup>}-.
::-{RCl +AlCl<sub>3</sub> → R<sup>+</sup> + AlCl<sub>4</sub><sup>−</sup>}-
 
== Luisove baze ==
Luisova baza je atomska ili molekulska vrsta gdje je HOMO molekulska orbitala visoko lokalizovana tj. popunjena. Tipične Luisove baze su obični [[amin]]i kao što su amini amonijaka i alkila. Druge česte Luisove baze uključuju [[piridin]] i njegove derivate. Neke od glavnih klasa Luisovih baza su:
* Amini formule -{NH<sub>3-x</sub>R<sub>x</sub>}- gdje je -{R}- alkil ili aril grupa. Tu spadaju i piridini i njegovi derivati.
* Fosfini formule -{PR<sub>3-x</sub>Ar<sub>x</sub>}- gdje je -{R}- alkil grupa a -{Ar}- aril grupa.
* Jedinjenja koja sadrže -{O, S, Se}- i -{Te}- u oksidacionom stanju 2, uključujući vodu, [[etar (hemija)|etre]] i [[keton]]e.
 
Najčešće Luisove baze su anjoni. Jačina Luisove baze se poklapa sa -{pK<sub>a</sub>}- roditeljske kiseline: kiseline sa visokim -{pK<sub>a</sub>}- daju dobre Luisove baze.
|}
 
=== Primjena Luisovih baza ===
Skoro sva jedinjenja koja sadrže prelazne metale su Luisove baze tj. [[ligand]]i, koje su vezane za [[metal]]. Važna primjena Luisovih baza je da modifikuju aktivnost i selektivnost [[katalizator]]a. Zbog toga Luisove baze mogu uzrokovati [[hiralnost molekula|hiralnost]] na katalizatoru, omogućujući asimetričnu katalizu, što je korisno u proizvodnji farmaceutskih sredstava.
 
Mnoge Luisove baze mogu formirati višestruke veze sa Luisovom kiselinom. Ovakve Luisove kiseline se zovu agensi za helaciju.
 
== Klasifikacija na jake i slabe kiseline i baze ==
Luisove baze i kiseline se obično klasifikuju na osnovu njihove jačine ili slabosti. U ovom kontekstu jak označava mali i nepolarizabilan a slabe označavaju veće atome koji se lakše polarizuju.
* tipične jake kiseline: -{H<sup>+</sup>}-, katjoni [[alkalni metali|alkalnih metala]], borani, -{Zn<sup>2+</sup>}-
* tipične slabe kiseline: -{Ag<sup>+</sup>, Mo(0), Ni(0), Pt<sup>2+</sup>}-.
* tipične jake baze: amonijak i amini, voda, karboksilati, fluoridi i hloridi.
* tipične slabe baze: organofosfini, tioetri, ugljen-monoksid i jodidi.
 
Na primjer amin će zamijeniti [[fosfin]] iz adukta sa kiselinom -{BF<sub>3</sub>}-. Na isti način se mogu klasifikovati i baze. Na primjer baze koje doniraju slobodni elektronski par sa atoma [[kiseonik]]a su jače nego baze koje doniraju sa atoma [[azot]]a. Iako ova klasifikacija nije nikada bila kvantifikovana pokazalo se da je vrlo korisna u predviđanju jačine stvaranja adukta pri čemu se koriste ključni koncepti:
* interakcija jaka kiselina-tvrda baza je jača od interakcije jaka kiselina-slaba baza ili slaba kiselina-jaka baza.
* interakcija slaba kiselina-slaba baza je jača od interakcije slaba kiselina-jaka baza ili jaka kiselina-slaba baza.
 
Dalja istraživanja [[termodinamika|termodinamike]] interakcija je pokazala da su interakcija jako-jako favorizovane entalpijski, a reakcije slabo-slabo su [[entropija|entropijski]] favorizovane.
 
== Literatura ==
* {{GoldBookRef |title=Lewis acid}}
* -{Miessler, L. M., Tar, D. A., (1991) p166 - Table of discoveries attributes the date of publication/release for the Lewis theory as 1923.}-
* -{Brown HC and Kanner B. "Preparation and Reactions of 2,6-Di-t-butylpyridine and Related hindered Bases. A case of Steric Hindrance toward the Proton." J. Am. Chem. Soc. 88, 986 (1966).}-
 
[[Категорија: Kiseline]]
[[Категорија: Baze]]
1.572.075

измена