Задача 11. Кислоты и основания Льюиса

Кислоты и основания играют важную роль в биохимии. Так, аминокислоты имеют как кислотные, так и основные группы. Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК, содержат азотистые основания: аденин, гуанин, тимин, цитозин и урацил. Поэтому понимание химии кислот и оснований важно для изучения механизмов жизнедеятельности. В теории Льюиса расширено определение кислот и оснований; центральную роль в этой теории играет понятие "электроотрицательность".

11-1. Опишите строение молекул вида BX₃. Каков тип гибридизации орбиталей бора?

11-2. Как меняется тип гибридизации при образовании комплексов с основаниями, например с пиридином (C₅H₅N)? Для какого соединения – BF₃ или BI₃ – более предпочтительно образование аддукта (объясните с точки зрения структурного фактора)? Расположите галогениды бора BF₃, BCl₃, и BBr₃ в порядке увеличения кислотности по Льюису (используя структурные соображения).

11-3. Другой важный фактор для предсказания кислотности по Льюису – электроотрицательность. Расположите галогениды бора: BF₃, BCl₃, и BBr₃, в порядке увеличения кислотности по Льюису, исходя только из электроотрицательности галогенов (индуктивный эффект).

11-4. Образование комплекса между галогенидом бора (кислотой Льюиса) и пиридином (основанием Льюиса) – это экзотермическая или эндотермическая реакция? У какого галогенида изменение энтальпии будет наибольшим?

11-5. Для расчета термодинамических характеристик молекул наиболее подходящим является газообразное состояние, однако в связи с низкой полярностью молекул галогенидов бора аналогичные расчеты можно считать приемлемыми и для жидкой фазы. Изменения энтальпии при смешении галогенидов бора с нитробензолом, ΔH₁,и полученного раствора с пиридином, ΔH₂, приведены в таблице.

            BX_3(ж.) + C₆H₅NO_2(ж.)à C₆H₅NO₂·BX_{3 (р-р)}                                               ΔH₁

            C₆H₅NO₂·BX_3(р-р) + C₅H₅N_(-р)à C₅H₅N·BX_3(р-р) + C₆H₅NO_2(р-р)            ΔH₂

Рассчитайте ΔH реакций комплексообразования галогенидов бора с пиридином:

BX_3(ж.) + C₅H₅N_(р-р)à C₅H₅N·BX_3(р-р)

Как они согласуются с ответом на вопрос 11-4?

11-6. Галогениды бора по-разному реагируют с водой: BF₃ образует стабильный аддукт, а BCl₃ и BBr₃ уже при 20 °C реагируют очень бурно. Определите вещества A, B, C и напишите уравнения реакций.

BF₃ + H₂O®A

BCl₃ (BBr₃) + 3H₂O ®B + C

11-7. Какова природа дополнительной связи, которая может образоваться в молекулах BX₃ между атомом бора и одним из атомов галогенов с тем, чтобы для бора выполнялось правило октета? Как эта дополнительная связь влияет на кислотность по Льюису?

Ответ

11-2.      BF₃ > BCl₃ > BBr₃.

11-3.      BF₃ > BCl₃ > BBr₃.

11-4.      BF₃.

11-5.