Deprotonacja
Deprotonowanie (lub odwodornienie ) to usunięcie (przeniesienie) protonu ( lub hydronu lub kationu wodoru) (H + ) z kwasu Brønsteda-Lowry'ego w reakcji kwasowo-zasadowej . Utworzony gatunek jest sprzężoną zasadą tego kwasu. Uzupełniającym procesem, w którym proton jest dodawany (przenoszony) do zasady Brønsteda-Lowry'ego , jest protonowanie (lub hydronacja). Utworzony gatunek jest kwasem sprzężonym z tą zasadą.
Gatunek, który może przyjąć lub oddać proton, jest określany jako amfiprotyczny . Przykładem jest cząsteczka H 2 O (wody), która może zyskać proton, tworząc jon hydroniowy , H 3 O + , lub stracić proton, pozostawiając jon wodorotlenkowy , OH − .
Względna zdolność cząsteczki do oddania protonu jest mierzona przez jej wartość p Ka . Niska wartość p Ka wskazuje , że związek jest kwaśny i łatwo oddaje swój proton na rzecz zasady . Wartość p Ka związku zależy od wielu aspektów, ale najbardziej znaczącym jest stabilność sprzężonej zasady . Decyduje o tym przede wszystkim zdolność (lub niezdolność) sprzężonej zasady do stabilizacji ładunku ujemnego. Jednym z najważniejszych sposobów oceny zdolności zasady sprzężonej do rozprowadzania ładunku ujemnego jest wykorzystanie rezonansu . Grupy elektronoakceptorowe (które mogą stabilizować cząsteczkę poprzez zwiększanie rozkładu ładunku) lub grupy elektronodonorowe (które destabilizują poprzez zmniejszanie rozkładu ładunku) obecne w cząsteczce również determinują jej p Ka . Zastosowany rozpuszczalnik może również pomóc w stabilizacji ładunku ujemnego na sprzężonej zasadzie.
Zasady stosowane do deprotonowania zależą od p Ka związku . Gdy związek nie jest szczególnie kwaśny i jako taki cząsteczka nie oddaje łatwo swojego protonu, wymagana jest zasada silniejsza niż powszechnie znane wodorotlenki. Wodorki są jednym z wielu rodzajów silnych środków deprotonujących. Powszechnie stosowane wodorki to wodorek sodu i wodorek potasu . Wodorek tworzy gazowy wodór z uwolnionym protonem z drugiej cząsteczki. Wodór jest niebezpieczny i może zapalić się z tlenem w powietrzu, dlatego procedura chemiczna powinna być wykonywana w obojętnej atmosferze (np. Azocie ).
Deprotonowanie może być ważnym krokiem w reakcji chemicznej. Reakcje kwasowo-zasadowe zwykle zachodzą szybciej niż jakikolwiek inny etap, który może określić produkt reakcji. Koniugatowa zasada jest bogatsza w elektrony niż cząsteczka, co może zmienić reaktywność cząsteczki. Na przykład deprotonowanie alkoholu tworzy ujemnie naładowany alkoholan, który jest znacznie silniejszym nukleofilem.
Aby ustalić, czy dana zasada będzie wystarczająca do deprotonowania określonego kwasu, porównaj sprzężoną zasadę z pierwotną zasadą. Sprzężona zasada powstaje, gdy kwas jest deprotonowany przez zasadę. Na powyższym obrazku wodorotlenek działa jak zasada do deprotonowania kwasu karboksylowego. Koniugat zasadą jest sól karboksylanowa. W tym przypadku wodorotlenek jest wystarczająco mocną zasadą, aby zdeprotonować kwas karboksylowy, ponieważ sprzężona zasada jest bardziej stabilna niż zasada, ponieważ ładunek ujemny jest zdelokalizowany na dwóch atomach elektroujemnych w porównaniu z jednym. Wykorzystując wartości p Ka , kwas karboksylowy wynosi około 4, a sprzężony kwas, woda, wynosi 15,7. Ponieważ kwasy o wyższych wartościach p Ka z mniejszym prawdopodobieństwem oddadzą swoje protony, równowaga będzie sprzyjać ich powstawaniu. Dlatego strona równania z wodą będzie utworzona preferencyjnie. Jeśli na przykład do deprotonowania kwasu karboksylowego użyto wody zamiast wodorotlenku, równowaga nie sprzyjałaby tworzeniu się soli karboksylanowej. Dzieje się tak dlatego, że kwas sprzężony, hydroniowy , ma ap Ka -1,74 , czyli mniej niż kwas karboksylowy. W tym przypadku równowaga sprzyjałaby kwasowi karboksylowemu.