Кислоты и основания Льюиса

8 заданий

Донор и акцептор пары

Определение Льюиса шире определения Брёнстеда: кислота — любой акцептор пары электронов, не обязательно протон.

Как найти кислоту и основание Льюиса

Основание Льюиса — частица с доступной парой или π-связью: \(\ce{NH3}\), \(\ce{H2O}\), спирты, эфиры, \(\ce{Cl-}\), алкены.
Кислота Льюиса — частица со свободной орбиталью или секстетом: \(\ce{BF3}\), \(\ce{AlCl3}\), \(\ce{FeBr3}\), \(\ce{ZnCl2}\), \(\ce{H+}\), карбокатионы, катионы металлов.
Стрелка — от пары основания к кислоте: возникает новая (координационная) связь.

Примеры

1. Трифторид бора и аммиак. Пара азота — на свободную орбиталь бора: \(\ce{F3B-NH3}\), бор \(-1\), азот \(+1\).

2. Хлорид алюминия и хлорид-ион. \(\ce{AlCl3 + Cl- -> AlCl4-}\).

Пара основания Льюиса переходит на свободную орбиталь кислоты

3. Эфират трифторида бора. \(\ce{BF3 + (C2H5)2O -> BF3*O(C2H5)2}\) — удобная жидкая форма \(\ce{BF3}\).

4. Протон. \(\ce{H+}\) — тоже кислота Льюиса: свободная \(1s\)-орбиталь.

5. Катион серебра и аммиак. \(\ce{Ag+ + 2NH3 -> [Ag(NH3)2]+}\) — основа реактива Толленса.

errorНе всякая кислота Льюиса — кислота Брёнстеда

Всякое основание Брёнстеда — основание Льюиса (у него есть пара). Но у \(\ce{BF3}\) и \(\ce{AlCl3}\) нет протона: они кислоты только по Льюису.

edit_noteПопробуйте сами

Найдите кислоту и основание Льюиса: \(\ce{CH3+ + H2O -> CH3OH2+}\).

expand_moreПоказать решение

Метил-катион (секстет) — кислота Льюиса, вода (пара кислорода) — основание Льюиса.

Кислоты Льюиса в органических реакциях

Многие реакции идут только с кислотой Льюиса: она превращает слабый электрофил в сильный.

Как кислота Льюиса «включает» реакцию

Кислота Льюиса забирает пару у атома галогена или кислорода субстрата.
Связь этого атома с углеродом ослабевает и поляризуется.
Возникает сильный электрофил — катион или сильно поляризованная молекула.

Примеры

1. Хлорангидрид и \(\ce{AlCl3}\). Хлор отдаёт пару алюминию, связь C–Cl рвётся: ацилий-катион — электрофил в ацилировании бензола.

\[\ce{CH3COCl + AlCl3 -> CH3C#O+ + AlCl4-}\]

2. Карбонильная группа и \(\ce{BF3}\). Кислород C=O отдаёт пару бору — углерод становится ещё более электрофильным.

3. Спирт и \(\ce{ZnCl2}\). Цинк координирует кислород, связь C–O ослабевает — третичные и вторичные спирты замещаются на хлор (реактив Лукаса).

errorКислота Льюиса нужна в каждом цикле

Кислота Льюиса иногда связывается с продуктом (например, \(\ce{AlCl3}\) с кетоном в ацилировании) — тогда её берут в эквивалентном количестве, а не каталитическом.

edit_noteПопробуйте сами

Какой электрофил образуется из 2-хлор-2-метилпропана и \(\ce{AlCl3}\)?

expand_moreПоказать решение

Трет-бутил-катион \(\ce{(CH3)3C+}\) и \(\ce{AlCl4-}\): хлор отдаёт пару алюминию.

push_pinГлавное

Основание Льюиса отдаёт пару электронов (любой нуклеофил: \(\ce{NH3}\), \(\ce{H2O}\), эфиры, галогенид-ионы, алкены), кислота Льюиса принимает её на свободную орбиталь (\(\ce{BF3}\), \(\ce{AlCl3}\), \(\ce{FeBr3}\), \(\ce{ZnCl2}\), \(\ce{H+}\), карбокатионы, катионы металлов). Стрелка — от пары основания к кислоте. Кислота Льюиса забирает пару у галогена или кислорода субстрата и превращает его в сильный электрофил.

Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.