Chimica organica/Proprieta Acido Base: differenze tra le versioni

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===Alcuni concetti utili===
===Alcuni concetti utili===
Il confronto tra le costanti di acidità di due sostanze può essere impostato delineando una reazione nella quale ciascuna sia impiegata come acido e osservando la stabilità relativa delle due specie indissociate o delle loro basi coniugate. Detta papale, date due reazioni
'''Il confronto tra le costanti di acidità o di basicità''' di due sostanze può essere impostato delineando una reazione nella quale ciascuna sia impiegata come acido, o base, e osservando la stabilità relativa delle due specie indissociate o delle specie ad esse coniugate. Detta papale, il confronto tra l'acidità di due molecole può essere impostato delineando le due reazioni
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AH è più acido di BH se AH è meno stabile di BH oppure se A<sup>-</sup> è più stabile di B<sup>-</sup>. Solitamente è questo secondo confronto ad essere più importante, poichè riguarda specie cariche e dunque dall'energia potenziale che può raggiungere valori elevati.
AH è più acido di BH se AH è meno stabile di BH oppure se A<sup>-</sup> è più stabile di B<sup>-</sup>. Solitamente è questo secondo confronto ad essere più importante, poichè riguarda specie cariche e dunque dall'energia potenziale che può raggiungere valori elevati.

'''Il confronto tra le costanti di basicità''' può essere impostato in modo del tutto analogo, tenendo conto naturalmente che la fonte di instabilità dell'acido coniugato ad una base è rappresentato da una carica positiva.


'''Effetto induttivo e coniugativo''': La stabilità di una molecola può essere intepretata sulla base degli effetti induttivi o coniugativi esercitato dai gruppi che la compongono. <u> L'effetto induttivo </u> (o ''effetto di campo induttivo'') in chimica è la capacità che un atomo o un gruppo funzionale ha di attrarre la nuvola elettronica che caratterizza una molecola, un radicale o uno ione grazie la propria '''elettronegatività'''. Si parla di <u> effetto coniugativo </u> di fronte ad elettroni ospitati in orbitali π o a coppie di elettroni non impegnate in legami che possono spostarsi lungo la molecola secondo i principi della risonanza.
'''Effetto induttivo e coniugativo''': La stabilità di una molecola può essere intepretata sulla base degli effetti induttivi o coniugativi esercitato dai gruppi che la compongono. <u> L'effetto induttivo </u> (o ''effetto di campo induttivo'') in chimica è la capacità che un atomo o un gruppo funzionale ha di attrarre la nuvola elettronica che caratterizza una molecola, un radicale o uno ione grazie la propria '''elettronegatività'''. Si parla di <u> effetto coniugativo </u> di fronte ad elettroni ospitati in orbitali π o a coppie di elettroni non impegnate in legami che possono spostarsi lungo la molecola secondo i principi della risonanza.


<u> La verifica dell'effetto induttivo </u> dei gruppi che formano la base coniugata è piuttosto immediata: la fonte di instabilità per la base è rappresentata dalla carica negativa. Più l'atomo che regge tale carica è vicino a gruppi elettronegativi, più questi "prendono su di se" una parte della carica abbassando l'energia potenziale complessiva della molecola. Ad esempio il trifluoro etanolo (CF<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>OH) è più acido dell'etanolo poiché i tre fluori sono più elettronegativi dei tre idrogeni e dunque stabilizzano di più la carica negativa sull'ossigeno della base coniugata.
<u> La verifica dell'effetto induttivo </u> dei gruppi che formano la base coniugata ad un acido è piuttosto immediata: la fonte di instabilità per la base è rappresentata dalla carica negativa. Più l'atomo che regge tale carica è vicino a gruppi elettronegativi, più questi "prendono su di se" una parte della carica abbassando l'energia potenziale complessiva della molecola. Ad esempio il trifluoro etanolo (CF<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>OH) è più acido dell'etanolo poiché i tre fluori sono più elettronegativi dei tre idrogeni e dunque stabilizzano di più la carica negativa sull'ossigeno della base coniugata. La verifica dell'effetto induttivo nel caso di un acido coniugato ad una base può essere , è diametralmente opposto a quello appena visto:


<u> La verifica dell'effetto coniugativo </u> è un pò più spinosa, perché rende necessario disegnare le formule di risonanza. Tuttavia l'idea di partenza è la stessa che sta alla base della verifica dell'effetto induttivo: più elevato è il numero di atomi che "prendono su di se" una parte della carica negativa, più l'energia potenziale complessiva della molecola risulta abbassata. Ad esempio il 2-propenolo è più acido del propanolo grazie alla possibilità di delocalizzazione offerta dal doppio legame. Naturalmente <u> l'effetto coniugativo può risultare destabilizzante </u>, quando aggiunga carica negativa all'atomo che già la regge o ad atomi vicini ad esso.
<u> La verifica dell'effetto coniugativo </u> è un pò più spinosa, perché rende necessario disegnare le formule di risonanza. Tuttavia l'idea di partenza è la stessa che sta alla base della verifica dell'effetto induttivo: più elevato è il numero di atomi che "prendono su di se" una parte della carica negativa, più l'energia potenziale complessiva della molecola risulta abbassata. Ad esempio il 2-propenolo è più acido del propanolo grazie alla possibilità di delocalizzazione offerta dal doppio legame. Naturalmente <u> l'effetto coniugativo può risultare destabilizzante </u>, quando aggiunga carica negativa all'atomo che già la regge o ad atomi vicini ad esso.

Versione delle 14:33, 19 set 2008

Alcuni concetti utili

Il confronto tra le costanti di acidità o di basicità di due sostanze può essere impostato delineando una reazione nella quale ciascuna sia impiegata come acido, o base, e osservando la stabilità relativa delle due specie indissociate o delle specie ad esse coniugate. Detta papale, il confronto tra l'acidità di due molecole può essere impostato delineando le due reazioni

AH è più acido di BH se AH è meno stabile di BH oppure se A- è più stabile di B-. Solitamente è questo secondo confronto ad essere più importante, poichè riguarda specie cariche e dunque dall'energia potenziale che può raggiungere valori elevati.

Il confronto tra le costanti di basicità può essere impostato in modo del tutto analogo, tenendo conto naturalmente che la fonte di instabilità dell'acido coniugato ad una base è rappresentato da una carica positiva.

Effetto induttivo e coniugativo: La stabilità di una molecola può essere intepretata sulla base degli effetti induttivi o coniugativi esercitato dai gruppi che la compongono. L'effetto induttivo (o effetto di campo induttivo) in chimica è la capacità che un atomo o un gruppo funzionale ha di attrarre la nuvola elettronica che caratterizza una molecola, un radicale o uno ione grazie la propria elettronegatività. Si parla di effetto coniugativo di fronte ad elettroni ospitati in orbitali π o a coppie di elettroni non impegnate in legami che possono spostarsi lungo la molecola secondo i principi della risonanza.

La verifica dell'effetto induttivo dei gruppi che formano la base coniugata ad un acido è piuttosto immediata: la fonte di instabilità per la base è rappresentata dalla carica negativa. Più l'atomo che regge tale carica è vicino a gruppi elettronegativi, più questi "prendono su di se" una parte della carica abbassando l'energia potenziale complessiva della molecola. Ad esempio il trifluoro etanolo (CF3CH2OH) è più acido dell'etanolo poiché i tre fluori sono più elettronegativi dei tre idrogeni e dunque stabilizzano di più la carica negativa sull'ossigeno della base coniugata. La verifica dell'effetto induttivo nel caso di un acido coniugato ad una base può essere , è diametralmente opposto a quello appena visto:

La verifica dell'effetto coniugativo è un pò più spinosa, perché rende necessario disegnare le formule di risonanza. Tuttavia l'idea di partenza è la stessa che sta alla base della verifica dell'effetto induttivo: più elevato è il numero di atomi che "prendono su di se" una parte della carica negativa, più l'energia potenziale complessiva della molecola risulta abbassata. Ad esempio il 2-propenolo è più acido del propanolo grazie alla possibilità di delocalizzazione offerta dal doppio legame. Naturalmente l'effetto coniugativo può risultare destabilizzante , quando aggiunga carica negativa all'atomo che già la regge o ad atomi vicini ad esso.

Se effetto induttivo e coniugativo Un ulteriore elemento di difficoltà è dato dal caso nel quale gli effetti siano attivi contemporaneamente, ma in senso opposto. Molti dei casi citati dai libri di testo a questo proposito riguardano molecole aromatiche. Si rimanda pertanto a questa sezione.

Acidità degli acidi carbossilici

Tra tutte le molecole organiche gli acidi carbossilici sono i più acidi. Questo dato può essere interpretato osservando la stabilità della sua base coniugata. La sua carica negativa è stabilizzata per effetto coniugativo, così come si può evincere dalle due formule di risonanza di pari stabilità, che mostrano come la carica negativa sia delocalizzata equamente tra i due ossigeni.
Gruppo carbossilico
Stabilizzazione per risonanza del gruppo carbossilico
Stabilizzazione per risonanza del gruppo carbossilico

Acidità relativa di alcani, alcheni e alchini

Base coniugata di un alchino
Base coniugata di un alchino

L'acidità relativa di un alcano, un alchene ed un alchino di pari carboni può essere interpretata sulla base della stabilità delle rispettive basi coniugate. La carica negativa nella base coniugata all'alcano è retta da un carbonio ibridato sp3, in quella coniugata all'alchene è retta da un carbonio ibridato sp2, sp per un alchino. Come già visto in questa sezione, un orbitale p può essere figurato come maggiormente proteso in direzione opposta al nucleo rispetto ad un orbitale s. Una coppia di elettroni ospitata in un orbitale sp può essere pensata più vicina al nucleo rispetto ad una ospitata in un oritale sp2 e sp3 rispettivamente. Nel caso della base coniugata di un alcano la carica negativa è lenita poco dalla vicinanza al nucleo di carbonio. Le cose migliorano per la base coniugata ad un alchene, di più per la base coniugata ad un alchino. Un alchino ( Ka≈10-25) è dunque un acido più forte di un alchene ( Ka≈10-44) e questo è un acido più forte di un alcano ( Ka≈10-50). Nei tre casi si tratta comunque di acidi debolissimi.

Acidità degli alcoli

Un alcol presenta una costante di acidità inferiore a quella dell'acqua ( pKa ≅ 18 ). Tuttavia la base coniugata di un alcol può essere stabilizzata da gruppi ad attrazione elettronica per effetto induttivo, o destabilizzata per lo stesso effetto da gruppi a rilascio elettronico. Il metanolo è più acido dell'etanolo dato che il gruppo metilico in più che caratterizza il secondo è a rilascio elettronico. D'altro canto il trifluoro metanolo è più acido del metanolo, poiché il fluoro è più elettronegativo dell'idrogeno.

Basicità delle ammine

Le ammine, come l'ammoniaca, sono caratterizzate da una coppia di elettroni di non legame, e sono in grado di comportarsi da basi ragionevolmente forti. La disponibilità di tale coppia di elettroni dipende principalmente da:

  • elettronegatività dei gruppi legati all'azoto (gruppi alchilici a rilascio elettronico)
  • grado di solvatazione delle ammine protonate, che dipende fortemente dal solvente usato
  • effetto induttivo dei gruppi alchilici
Specie chimica Kb
ammoniaca NH3 1.8·10-5 M
metilammina CH3NH2 4.4·10-4 M
propilammina CH3CH2CH2NH2 4.7·10-4 M
2-propilammina (CH3)2CHNH2 5.3·10-4 M
dietilammina (CH3)2NH2 9.6·10-4 M

I gruppi alchilici rendono più disponibile la coppia di elettroni dell'azoto, elevando la basicità della molecola