химический каталог




Не только в воде

Автор Ю.Я.Фиалков

й, ни образования даже следов солянокислого пиридина. Однако, исследуя этот раствор различными физико-химическими методами, мы без труда установим, что ингредиенты раствора вступили в химическое взаимодействие, образуя гетеромолекулярный ассоциат СгНбСЬРу. Ионы при этом не образуются и, следовательно, общая схема равновесий в растворах (см. с. 32) обрывается на первой стадии. Но компоненты раствора-то провзаимодей-ствовали, и это в данном случае самое главное.

Конечно, один-единственный атом хлора сделать подвижными все пять атомов водорода в хлорэтане не может, но характер электронного окружения атомов водорода по сравнению с этаном изменяет. И этого искажения достаточно, чтобы атомы водорода в C2H5CI могли проявлять способность к химическому взаимодействию, точнее, к образованию водородной связи . Именно поэтому имеются основания относить галоидные производные алифатических углеводородов — особенно в тех случаях, когда речь идет о растворах в них сильных оснований,— к кислотным растворителям.

Все, что было сказано о галоидных соединениях предельных углеводородов (галоидалканах), с полным основанием может

быть перенесено и на нитроалканы, например, нитрометан CH3NO2. Нитрогруппа, как и атомы галогенов, оттягивает на (себя электроны, и поэтому нитроалканы могут быть отнесены к кислотным растворителям, для чего имеются причины, даже [более весомые, чем в случае галоидных производных углеводородов. Нитроалканы могут существовать в двух таутомерных формах, строение которых (в первом приближении) может быть представлено структурными формулами:

снз—т CH2=Nf

\о \он

i и

Как видим, форма II имеет все основания претендовать на роль водородной кислоты.

Итак, можно заключить, что наличие в молекуле растворителя атома или группы атомов, притягивающих к себе электроны, позволяет отнести такой растворитель к кислотным. Для усиления этой логики упомянем еще об одной группе апротонных кислот-растворителей, о которых не было повода поговорить в разделе, посвященном кислотам и основаниям.

В многообразии химических соединений встречается немало [таких, которые содержат в своем составе водород, но тем не менее их относят к апротонным веществам. Иными словами, индивидуальность водорода в этих соединениях не проявляется. Действительно, изучая свойства, например, уксусной кислоты СНзСООН, можно поначалу прийти к выводу, что в ее составе — только один атом водорода — тот самый, что входит в состав гидроксильной группы — ОН. Группировка же СН3 — выступает как одно целое.

Вот почему такие растворители, содержащие водород, как например, хлористый ацетил СН3СОС1 или уксусный ангидрид (СН3СО)гО, называют апротонными. Кислотными же они являются потому что содержат электроноакцепторные группировки — атом хлора у хлористого ацетила и атомы кислорода в карбоксильной группе —С==0 у уксусного ангидрида. Причем кислотность этих соединений обусловлена участием в реакциях электроноак-цепторных групп, но не водорода, как у «типичных» кислот.

Все сказанное предопределяет отбор тех признаков, по которым классифицируют кислотные растворители: протолитические и апротонные.

К протолитическим относят те растворители, кислотные свойства которых обусловлены участием в реакциях с основаниями атома водорода, входящего в состав молекулы растворителя. Это прежде всего жидкие кислоты, определяемые этим термином в традиционной химической номенклатуре: H2SO4, НСЮ4, СНзСООН и т. д. По праву в это подразделение включают и жидкие фенолы, принадлежность которых к кислотным растворителям обосновывалась ранее.

На первый взгляд, быть может, неожиданно, что в подраздел протолитических кислотных растворителей входят спирты. Но неожиданного здесь ничего нет. Встречаются реакции, в которых спирты ведут себя как самые что ни на есть типичные водородные кислоты. Так, щелочные или щелочноземельные металлы вытесняют из спиртов водород, образуя соли, называемые алгоколя-тами, например: К + С2Н5ОН — КОС2Н5-(-0,5Н2.

Апротонные кислотные растворители подразделяют на подгруппы, каждая из которых объединяет жидкости, достаточно сильно различающиеся по отношению к растворенным в них веществам.

В первой подгруппе весьма распространены растворители, которые, вступая с растворенным основанием (еще раз напоминаем, что коль скоро растворитель кислотный, то все, что в нем растворено — по необходимости основание) в кислотно-основное взаимодействие, отдают ему протон лишь в частичное владение. При этом образуется гетеромолекулярный ассоциат, партнеры в котором соединены друг с другом через водородную связь, не переходящую однако в ионную. При таком делении в группу апротон-ных растворителей попадает хлористый этилен (вспомним раствор пиридина в этом растворителе), хлороформ, который, к примеру, с ацетоном образует гетеромолекулярный ассоциат СНС13-(СНз)2СО и т. д.

Вторую подгруппу апротонных растворителей составляют жидкости, кислотно-основное взаимодействие которых с растворенным соединением происходит не вследствие «дележа» протона с основанием, а в результате притягивания электронной пары от основания электроноакцепторными атомами или группами в молекулах растворителя. Здесь мы встречаем уксусный ангидрид (СН3СО)20 и хлористый ацетил CH3COCI, кислотная природа которых обосновывалась выше. В эту подгруппу входят разнообразные нитросоединения, среди которых главный — нитрометан — один из самых распространенных в исследовательской и технологической практике растворителей.

Третья подгруппа апротонных кислотных растворителей включает жидкие либо легкоплавкие галогениды элементов III— V групп периодической системы Д. И. Менделеева — бора, алюминия, галлия, германия, олова, сурьмы и некоторых других. Об этих апротонных соединениях уже говорилось достаточно много, чтобы безоговорочно признать за ними право входить в класс кислот и, следовательно, кислотных растворителей.

Расставив по группам кислотные растворители, займемся основными растворителями. Способность химического соединения выступать в роли основания определяют его стремлением передавать партнеру — кислотному соединению в полное либо частичное владение электронную пару. Вот почемувместо термина «основный растворитель» часто применяют понятный синоним «донорный».

Разнообразие основных растворителей определяется относительно большим числом элементов, атомы которых могут выступать в роли доноров электронов. Поэтому целесообразнее всего в основу классификации донорных растворителей положить привычную номенклатуру органических соединений . Вот почему подразделения основных растворителей будут обозначаться знакомыми терминами: «амины», «эфиры» и т. д.

Самым характерным электронодонором является, пожалуй, атом азота в аминах: первичных R1NH2, вторичных R1R2NH, третичных R1R2R3N (R — углеводородные группы, часто называемые по старинке радикалами), а также в гетероциклических, например, пиридине. Схематически электронное строение молекул аминов может быть изображено следующим образом:

Н Н

R,;N: R,:N: Ri N:

XT

H R2 R2 2

Силу донорных растворителей определяют энергией, с которой их молекулы взаимодействуют с электроноакцептором-кислотой. Чаще всего в роли последнего выступает, разумеется, протон, так как водородные кислоты, заметим это еще раз, все же — самые распространенные представители этого класса.

Сила растворителей-аминов зависит от числа и природы заместителей у атома азота. Если эти заместители алифатические (предельные, насыщенные) группы, то в общем случае сила аминов растет от первичных к третичным аминам. Поэтому, например, этиламин C2H5NH2 уступает по силе диэтиламину (СгНбЬ^Н, а оба они пасуют перед триэтиламином (СгНбЬМ. Однако поскольку фенильная группировка СбН5—, будучи элек-троноакцептором, сама непрочь полакомиться электронами, то, оттягивая на себя электронную пару, она ослабляет плотность электронов на атоме азота и поэтому анилин ^CeHsNPb как основание уступает по силе этиламину. Если же с атомом азота соединены сразу два фенильных радикала, то сила амина как основания падает настолько, что такой вторичный амин, как например, дифениламин, может по отношению к достаточно высо-кодонорному партнеру, скажем, триэтиламину, выступать в роли... кислоты. Действительно, растворяя дифениламин в этом растворителе, можно установить образование соединения (CeHg^NH-• (СгШЬМ, которое пусть и не распадается на ионы, но в котором атом водорода, принадлежавший дифениламину, в значительной степени отошел от своего прежнего владельца, а правами

на него почти полностью завладел триэтиламин. Функции партнеров — кислотная у дифениламина и основная у триэтиламина — здесь очевидны. А приведенный пример дает еще один и отнюдь нелишний повод вспомнить об амфотерности как общем свойстве химических соединений.

В семейство азотсодержащих основных растворителей входят нитрилы — соединения, содержащие группировку —C=N. Представители нитрилов — ацетонитрил GrbC=N и бензонитрил СбНвС^Ы — одни из излюбленных растворителей в лабораторной и технологической практике.

Вторая подгруппа донорных растворителей объединяет жидкости, основность которых обусловлена атомом кислорода. Впрочем, далеко не каждый атом кислорода, входящий в молекулу органического соединения, может проявлять электронодонорные свойства. Все зависит от того, в какой химической связи находится этот элемент.

Самый основный кислород — эфирный, т. е. кислород, находящийся в химической связи —С—О—С. Эту группировку содержат прежде всего разнообразные простые эфиры. А многообразие их и впрямь велико. Здесь и диалкильные эфиры R1OR2, например, хорошо знакомый каждому диэтиловый эфир. Здесь и диоксан, высокая основность которого обусловлена присутствием в его молекуле сразу двух эфирных атомов кислорода. И гетероциклический эфир тетрагидрофуран, и пропиленкарбонат — едва ли не самый популярный растворитель 70—80-х гг. (и среди растворителей бывают «звезды»!):

О

и2с/ Ч:н2

С2Н5—О—С2Н5

Н2С irl2

диэтиловый эфир

V

диоксан

СНз—сн—сн2

А А

СН2—сн2

Ан2 Ан2 V

тетрагидрофуран

Электронодонорным может быт

страница 9
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Скачать книгу "Не только в воде" (4.15Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
музыкальная колонка
Компания Ренессанс: чем покрасить ступени деревянной лестницы - оперативно, надежно и доступно!
кресло nadir ex
компании по хранению документов

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(11.12.2016)