Какво е протониране?

Протонирането е киселинно-алкална химична реакция, при която киселината на Брьонстед-Лоури отдава протон или Н ⁺ йон на база на Брьонстед-Лоури. С други думи, това е процесът, чрез който атом, йон или молекула улавя H ⁺ йон чрез двойка свободни електрони, които има в своята структура .

Протонът съответства на единствения катион, който може да образува водородния атом. Тъй като водородният атом се състои само от протон, заобиколен от електрон, когато загуби този електрон, всичко, което остава, е гол протон, откъдето идва и името му.

Реакцията на протониране е от голямо значение в химията. В допълнение към представянето на тип самата киселинно-алкална реакция, има много химични реакции, които протичат на множество етапи, в които един или повече от тези етапи съответстват на процеси на протониране на различни видове.

Как възниква протонирането?

Тази концепция за протониране е съвместима с теорията за киселинно-алкалната основа на Луис, тъй като протонът представлява вид с дефицит на електрони (по този начин действа като киселина на Люис), докато видът, който трябва да бъде протониран, е богата база на Луис в електрони и че има несподелена двойка електрони, които може да споделя.

Типичен пример за реакция на протониране е реакцията между сярна киселина и вода, представена по-долу:

Фигурата по-долу ясно показва как протича тази реакция. Процесът включва атака на кислород от водата върху един от двата водорода в сярната киселина, за да се превърне в хидрониев йон.

Сините стрелки показват движенията на електроните от основата на Луис (вода) към киселината на Люис. Но процесът на протониране като такъв, т.е. движението на водородния йон, се извършва в обратна посока. Докато водата е тази, която атакува киселината със своята двойка електрони, действайки като основа, можем да кажем, че сярната киселина протонира водната молекула, тъй като киселината е тази, която отдава протона. В този случай хидрониевият йон се нарича протониран вид.

Характеристики на протонирането

Протонирането обикновено е обратима и забележително бърза реакция (т.е. достига равновесие за много кратко време). В допълнение, тези реакции са склонни да превърнат субстрата в електронен дефицитен вид, което от своя страна ги прави добри електрофили, способни да извършват различни видове реакции.

В този смисъл много киселинни каталитични процеси започват с протонирането на един от реагентите, след което протонираните видове реагират по-лесно, за да се превърнат в продукти. Типичен пример е киселинно катализираната дехидратация на алкохоли до образуване на алкени; Неговият реакционен механизъм е представен по-долу:

Протониране срещу хидрогениране

Протонирането често се бърка с концепцията за хидрогениране, но въпреки факта, че и в двата случая атом, молекула или йон образува нови връзки с водорода, те не са еднакви. Основната разлика е свързана с електрическия заряд.

По време на протониране, тъй като основата получава протон, който има положителен заряд +1, реакцията предполага, че основата претърпява промяна в общия си електрически заряд. Всъщност зарядът му се увеличава с +1.

От друга страна, реакцията на хидрогениране се състои от вид реакция на добавяне, при която молекула неутрален водород (Н2 ₎ се добавя към друга молекула. Като цяло втората молекула съответства на ненаситено органично съединение, което може да използва своите pi връзки , за да се свърже с водорода. Въпреки това, тъй като неутрална молекула се добавя към друг вид, тогава реакцията на хидрогениране не включва промяна в общия заряд.

За да се усложнят допълнително нещата, реакционните механизми на някои реакции на хидрогениране включват поне един етап на протониране.

Примери за реакции на протониране

Автопротолиза на вода

В тази реакция водата е както киселинният вид, така и видът, който е протониран едновременно.

Протониране на азотна киселина от сярна киселина.

Въпреки че и двете вещества са силни киселини, сярната киселина е по-силна от азотната киселина и всъщност е способна да я протонира, принуждавайки я да действа като основа.

Протониране на алкохол

Тези реакции на протониране са чести в химичните реакции на алкохолите. По принцип е необходима доста силна киселина за протониране на алкохоли, тъй като те са много слаби основи.

Протониране на хидроксиден йон

Можем да разглеждаме реакцията на неутрализация между хидроксиден йон и протон като реакция на протониране на хидроксидния йон за образуване на вода. Можете да видите промяната на електрическия заряд от -1 в случай на хидроксид, до неутрален в случай на вода.

Протониране на карбонилно съединение:

Карбонилните съединения могат да бъдат протонирани с известна лекота благодарение на образуването на резонансни структури, които стабилизират протонираните видове.

Препратки

Ashenhurst, J. (2020, 16 октомври). Как протонирането и депротонирането влияят на реактивността . Магистър по органична химия. https://www.masterorganicchemistry.com/2012/05/30/acid-base-reactions-whats-the-point/

Кери, Ф. (2021). Органична химия (9-то ^{издание} ). MCGRAW HILL ОБРАЗОВАНИЕ.

Чанг, Р. (2021). Химия (11-то ^{издание} ). MCGRAW HILL ОБРАЗОВАНИЕ.

Какво означава ПРОТОНИРАНЕ? (nd). Дефиниции. https://www.definitions.net/definition/PROTONATION