今天我們要講的是
區分開 親核性
即親核試劑的強弱
與堿性
這個差別看似很微小
實際上卻很大
一會兒我就會告訴大家爲什麽
剛學的時候容易混淆
學SN2反應的時候
反應中的親核試劑
有一個多余的電子
帶一個負電荷
就以甲基碳爲例吧
我畫出來
其中一個氫指向紙面外
還有一個氫指向紙面內
還有一個在上面
然後這裡有一個離去基團
在SN2反應中
親核試劑把這個電子給這個碳
這樣碳就帶有部分正電荷
我畫一下
離去基團的電負度更強
所以它帶部分負電荷
電子傳給碳
碳得到電子的一瞬間
或者說同時
電負度強的離去基團就可以
完全奪走碳上的這個電子
之後就變成這樣啦
甲基碳還在這兒
一個氫指在後
一個指在前 一個在上面
離去基已離去
它不但帶著原來的電子
還奪走了這個玫紅色電子
所以它現在帶一個負電荷
這個負電原本在親核試劑上
現在親核試劑連到了碳上
我舉這個例子是爲了說明
它的角色是親核試劑
它大愛原子核
它貢獻了多余的電子
同時它也是路易斯堿
下面我們來複習一下
路易斯堿 最廣泛的定義
我覺得它已經涵蓋了
所有可以稱之爲堿的東西
路易斯堿就是 電子供體
這個反應中就是這樣
親核試劑將一個電子供給碳原子
所以它的角色又是路易斯堿
第一次看到這個的你可能會問
爲什麽化學家們要這樣折磨自己
定義什麽親核試劑呢？
幹嘛不直接叫它們“堿”？
爲什麽還要用
親核性和堿性兩個概念？
它們的區別在於
親核性是一個動力學概念
即它反應速率如何？
反應有多快？
反應需要的能量少到什麽程度？
如果試劑的親核性很強
它會反應得很順利
但它不能表示
反應物或產物有多穩定
只能說明它們有多容易反應
而堿性 是一個熱力學的概念
它表示反應物和產物有多水力安定性
它說明 反應的可能性有多大
舉個例子
我們見過氟的反應
思考一下
在那個反應中
其實 應該叫氟離子
氟離子是這樣的
原子有7個價電子
然後它奪取了一個電子
變成了氟離子
氟離子也是一種堿
它的堿性甚至比碘離子還要強
但在質子溶劑中
我寫這兒
質子溶液中 親核性減弱
再次強調 質子溶液
有遊離的質子
而親核性減弱的原因是
是氟離子 它想更容易
和碳什麽的成鍵
或和質子
它比碘離子更想要
和質子成鍵
一旦如此 氟離子成的鍵
能比碘離子的強
其實離子狀態下
氟沒有碘穩定
如果氯離子能得到一個質子
或者失去一個電子
它會更滿足
但它的親核性較弱
不擅長在質子溶劑中反應
而親核性較弱的主要原因在於
有東西
阻止它反應
我們已經講過親核性強的條件啦
對於氟離子來說
主要原因就是離子體積小
它體積如此之小
使得電子十分緊密
它的電子雲很密
這使得它能讓水中的氫
能圍繞它形成緊致的“水殼”
這些氫都帶部分正電荷
它們被吸引到陰離子周圍
它們在氟離子周圍
形成了一個致密的封閉
所以它在質子溶液中
難以反應
因此 它不好反應
如果它能反應的話
它能形成比碘離子更強的鍵
這是主要區別
下面我們變化趨勢的不同
堿性
它的強度和溶劑無關
堿性是分子、原子或離子的
熱力學性質
如果只看堿性
最強的堿就是…
我直接寫出氫氧根吧
它通常是
氫氧化鈉或者氫氧化鉀
但是如果溶解在溶劑中 比如水
鈉離子和氫氧根就隔離了
充當堿的其實是氫氧根
是它想貢獻電子
氫氧根的堿性比氟離子強很多
而氟離子又比氯離子更堿
氯離子又比溴離子更堿
溴離子的堿性又強於碘離子
現在 你回看親核性
有什麽區別
我們發現 親核性和溶劑息息相關
因爲溶劑會影響
它們的反應速率
那麽親核性呢
質子溶劑和非質子溶劑
就不一樣了
如果是質子溶劑
親核性最強的
是碘離子
因爲氫鍵
阻止不了什麽
不會形成致密“水殼”
碘離子的電子雲太大
有人覺得電子雲還很松軟
很容易被極化
它的電子雲被吸向碳的一側
再該幹嘛幹嘛
所以這時 碘離子的親核性較強
可以說 比氫氧根強
氫氧根離子又強於氟離子
然而 在非質子溶劑中
突然之間 溶劑的影響
就不那麽明顯了
於是就反過來
這時 堿性就成了主導
所以在非質子溶劑中
堿性和親核性就基本一致了
這裡我標個星號
因爲親核性還有一個因素
我沒有講到
不過我馬上就要講了
在這種情況下
氫氧根比氟離子更易反應
而氟離子又比碘離子易反應
之所以
氫氧根兩次都…
我的意思是 即便它也會與溶劑作用
但它還是很強的親核試劑
因爲分析氫氧根的時候
一定要想到
它有一個多余電子
分析它的話
可以想象成水沒了一個H
我畫一下
大家可以想象成水少了一個質子
或者失去了一個電子剩質子
所以原來 有2對孤對電子
然後現在變成了3對
這個氧有1 2 3 4 5 6
7個價電子
比中性原子多1個
所以它帶一個負電荷
它已經多了一個電子
帶一個負電荷了
但因爲氧比氫的電負度強
它還能稍微
將氫上的電子拉過來一點
所以它的堿性非常非常強
即使水之類裏的質子
會影響一點
但是它的親核性
仍比氟離子強
如果不考慮溶劑
氫氧根是個超強堿
它也是極強的親核試劑
下面我們來講親核性的最後一點
記得嗎？親核性和反應難易程度有關
假設這裡有…
假設是兩種氫氧化物 好吧？
假如這是個孤立的氫氧根
而這邊呢
它還有其他基團
它還連著一長串
管它連著啥呢
我們來看看這兩個離子
如果想判斷
哪個親核性更強
你只需記住
親核性和反應的難易有關
它有多容易靠近其它分子
並與之發生反應
這個周圍有一堆原子
反應可能很難發生
再回來看看這個圖
它很難接近這個原子
我們以前從碳的角度
講過過空間位阻效應
但還沒想過親核試劑的
空間位阻呢
先看這個親核試劑
這個額外的電子大概很難
接近目標原子
它受到了障礙
但是這邊呢 就很靈活了
雖然參與反應的這個基團
氧有一個負電荷
有一個額外的電子
在某種程度上這兩個是一樣的
但是這邊的離子比較小
受到的障礙少 更容易接近目標
所以這是更好的親核試劑
所以我不能絕對地說
在非質子溶劑中
堿性和親核性是完全一致的
因爲影響親核性的因素
還有空間位阻效應
它會不會被環境或本身的空間位阻
妨礙反應
盡管它是個很強的堿？
如果它能成鍵 那麽化學鍵一定很強
本集的中心就是
堿性和親核性是完全不同的概念
所以才會有兩個不同的名稱
親核性是指 反應進行的難易程度
和新化學鍵的強弱無關
而堿性表示新鍵的強度
反應的可能性有多大
而和反應的難易程度無關