Протонные и апротонные растворители
Как отличить
Растворитель — полноправный участник реакции: он стабилизирует или ослабляет частицы.
Как классифицировать растворитель
- Есть связь O–H или N–H → протонный (вода, спирты, карбоновые кислоты, аммиак).
- Нет — апротонный: полярный (ДМСО, ДМФА, ацетонитрил, ацетон) или неполярный (гексан, бензол, \(\ce{CCl4}\)).
- Полярность — по диэлектрической проницаемости ε.
| Растворитель | ε | Тип |
|---|---|---|
| вода | 80 | протонный |
| ДМСО | 47 | полярный апротонный |
| ацетонитрил | 38 | полярный апротонный |
| ДМФА | 37 | полярный апротонный |
| метанол | 33 | протонный |
| этанол | 24 | протонный |
| ацетон | 21 | полярный апротонный |
| ТГФ | 7,6 | малополярный апротонный |
| диэтиловый эфир | 4,3 | малополярный апротонный |
| гексан | 1,9 | неполярный |
Примеры
1. Метанол — протонный: связь O–H.
2. Ацетон — полярный апротонный: связь C=O полярна, но водородов при кислороде нет.
3. Бензол — неполярный апротонный.
errorВодороды есть почти у всех
Важно не наличие водорода, а то, связан ли он с кислородом или азотом.
edit_noteПопробуйте сами
Уксусная кислота — протонный или апротонный растворитель?
expand_moreПоказать решение
Протонный: связь O–H в карбоксильной группе.
Растворитель и механизм
Протонный растворитель стабилизирует ионы, полярный апротонный освобождает анионы.
Как растворитель влияет на механизм
- Протонный: окружает анионы водородными связями (нуклеофил слабее) и стабилизирует ионы → \(S_N1\)/E1.
- Полярный апротонный: сольватирует катионы, а анионы оставляет «голыми» → \(S_N2\) и E2 ускоряются.
- Неполярный: ионные реагенты не растворяются; помогают краун-эфиры — они связывают катион металла и уводят соль в раствор.
Примеры
1. Сольволиз трет-бутилхлорида в воде идёт примерно в \(3 \cdot 10^5\) раз быстрее, чем в этаноле.
2. \(\ce{KMnO4}\) с 18-краун-6 растворяется в бензоле («пурпурный бензол») и окисляет органические вещества в неполярной среде.
3. Трет-бутоксид калия в ДМСО — намного более сильное основание, чем в трет-бутаноле.
errorРастворитель не меняет субстрат
Третичный галогенид и в ДМСО не вступит в \(S_N2\); растворитель лишь смещает конкуренцию возможных путей.
edit_noteПопробуйте сами
Почему сольволиз по \(S_N1\) ведут в воде или муравьиной кислоте?
expand_moreПоказать решение
Это сильно полярные протонные растворители: они стабилизируют катион и уходящий анион.
push_pinГлавное
Протонные растворители (вода, спирты, кислоты, аммиак) содержат связи O–H или N–H: они окружают анионы водородными связями и стабилизируют ионы — помогают \(S_N1\)/E1 и ослабляют нуклеофилы. Полярные апротонные (ДМСО, ДМФА, ацетонитрил, ацетон) сольватируют катионы, но не анионы — «голые» анионы ускоряют \(S_N2\) и E2. Неполярные растворители не растворяют ионные реагенты — нужны краун-эфиры или межфазный катализ.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.