1.4 有机化学中的酸碱概念
1.4.1 布朗斯特酸碱概念
在有机化学中,酸碱一般是指布朗斯特(J.N.Brønsted)所定义的酸碱,即凡是能给出质子的分子或离子叫做酸,凡能与质子结合的分子或离子叫做碱(见表1-3),该理论又称为酸碱质子理论。
表1-3 一些布朗斯特酸碱
根据布朗斯特酸碱定义,酸给出质子后余下的部分就是碱,反过来,碱接受了质子就成为酸,这种对应关系称为共轭关系(conjugation relationship)。
式中右边的碱是左边酸的共轭碱(conjugated base);左边的酸又是右边碱的共轭酸(conjugated acid)。彼此联系起来就称为酸碱对。显然,酸中有碱,碱中有酸,彼此相互依存,并可相互转化。酸越强,其共轭碱就越弱;酸越弱,其共轭碱就越强。例如,HCl为酸,给出质子后余下的Cl-为酸HCl的共轭碱;反之,碱Cl-与质子结合后成为其共轭酸HCl。HCl在水中完全可以给出质子(给予H2O),所以HCl作为一个酸,它是个强酸;H2O作为一个碱,在此是个强碱,其碱性比Cl-强得多,所以Cl-是个弱碱。
1.4.2 路易斯酸碱概念
有机化学中也常用路易斯(G.N.Lewis)所提出的酸碱概念,即凡是能给出电子对的分子或离子都叫做碱,凡是能接受电子对的分子或离子都叫做酸。按此定义,路易斯碱就是布朗斯特碱。例如NH3,可接受质子,所以是布朗斯特碱;而它在和H+结合时,是其氮原子给予一对电子与H+成键,所以它又是路易斯碱。路易斯酸和布朗斯特酸则有些不同。例如,按照布朗斯特定义,HCl和H2SO4都是酸,但按路易斯定义,它们本身不是酸,它们所给出的质子才是酸。反之,有些化合物按布朗斯特定义不是酸,而按路易斯定义却是酸。例如,在有机化学中常见的试剂BF3和ACl3,由于具有未填充的空价层轨道,都是路易斯酸,见表1-4。
表1-4 几个常见的路易斯酸和路易斯碱
布朗斯特酸碱理论(质子论)是狭义的酸碱理论,路易斯酸碱理论(电子论)是广义的酸碱理论,二者各有优缺点。但在一般的有机化学资料中,一般泛称的酸碱都是布朗斯特酸碱。当需要涉及路易斯酸碱概念时,都会专门指出它们是路易斯酸碱。