さて前回からの続きです。

塩基との反応

これは
基礎編:酸・塩基の定義
で触れている塩基の性質を利用するよ。

まぁ簡単な話で塩基によってOHのHは奪われる
そんでもって奪われたHの代わりに塩基の陽イオンがくっつくことで安定化するって現象が起こる。

これを利用して何が出来るかというと
CHという求核剤を作れるってことだ。
例えばこんな感じ

アルカリ金属との反応

アルカリ金属というのは…なんとなくは分かるよね?
周期表のⅠ族(左端の列ね)の中にある
Li:リチウム
Na:ナトリウム
K :カリウム
Rb:ルビジウム
Cs:セシウム
Fr:フランシウム
のことだ。

ついでにちょっと紹介しておくと周期表で見ると同じⅠ族には水素がいる。
だけどアルカリ金属とは性質が大分異なる
アルカリ金属元素の場合、一価の陽イオンが生成しやすい(まぁ言い方を変えるなら安定化しやすい)
一方、水素の陽イオンであるプロトンはむき出しの正電荷になる。
なので電子を核から引き離すためのイオン化エネルギーが非常に大きい

アルカリ金属元素が一価の陽イオンで安定化しやすい理由は閉殻構造によるものなんだけれど
プロトンには閉殻構造が無いので安定化しようがない。

で、これが最終的にどうなるかというと
水素:共有結合性をもつ
アルカリ金属元素:金属性をもつ
といった性質の違いを与えることになる。

まぁ厳密にいえばイオン半径が小さめなリチウムも
アルカリ金属としてはちょっと変わった反応を見せることはあるけど・・・そこら辺はまぁ趣味の範囲かな?

さて大分脱線したので話しを戻して
上の方でざっと紹介したアルカリ金属の中で一番メジャーなのは・・・まぁNaだろう。
なのでこいつの反応を紹介してみよう。

まぁ見た感じでお察しなのだけれどこいつも2.の時と同じ求核剤を作るための反応になるよ。
2.と違って式だけで見ると?になる人もいるかもしれないのでもうちょっと細かく紹介しておくね。

CHOHのHとNaのeが反応してH2ができるっていうわけだ。

強酸との反応

もう大体想像はつくんじゃないかな?

例えば1級アルコールだとSN2反応がおこる。

そして2、3級アルコールだとSN1,E1反応が起こる

2.~4.については
基礎編:求核と脱離の起こりやすさ
を理解できてたらスルスルっと入っていくと思うので、ピンとこなかったら復習するようにしてね。

カルボカチオンによる転移反応

転移反応っていうのは
化合物の原子(団)が結合位置を変えることで、分子構造(骨格)が変わる反応のことだ。
まぁ例を見て考えていこう

流れとしては
・OHが脱離して2級カチオンになる
・2級カチオンの状態からHが隣に移動する
・3級カチオンになる
って感じだね。より安定な3級や2級アルカンを作ろうとしておこっていることはなんとなく想像がつくことだろう。

さてまぁこいつも動きだけみていると???似なると思うので、原子軌道の動きを追いながら解説してみよう。

隣接しているってことは原子軌道に重なりができてくるんだ。
このことにより電子の移動が可能となってくる。
基礎編:ラジカル でも似たようなことあったけど覚えているかな?

大事なことなので何度もいうけど、化合物ってやつは常にできるだけ安定の状態になろうとする。
移動できるならできるだけ安定な構造をとろうとする
だから転移が起きているわけだ。

さてついでに理解、というか思い出してほしいことが一つ。
この反応はSN1やE1よりも早い
だから3級カチオンができてからはSN1、E1反応が起こりやすくなる
まぁこんなところにも繋がりがあるってことだね。

もう少し続きます。

ではまた次回

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さて今回は割りと馴染みのある酸、塩基について説明するよ。
多分知ってると思うけど塩基っていうのは所謂アルカリのことだ。

一般的なイメージでいえば

・酸⇒硫酸とかなんか何でも溶かす感じ、酸っぱい
・アルカリ⇒アンモニア水とか石けん(最近見ないかな・・・)

くらいの認識なのかな?アルカリの例えが難しいね・・・。
小中学生とかだと酸性を中性に変えることができるのがアルカリ性だーなんてことも習ったんじゃないかな。

単純な話でいえばの字が示すとおり性質なのか塩基(アルカリ)なのか?
っていうお話だね。

ではこの性質を定義する方法を解説していくよ。

Arrhenius(アレニウス)の定義

まずとは水中で解離してH3O+を与えるものと考える。
要するに下のような感じ。

ここではH3O+を反応後に作ったのはHClだからこれがになるよ。

そして塩基水中で解離してOHを与えるものと考える。
こちらはこんなイメージ。

まぁ見たままの話なので問題としてあまり取り上げられるものじゃないので、あんまりしっかり覚えようとしなくてOK。
判断基準にこういうのがあるんだーっていうのを覚えておけば大丈夫です。

Lewis(ルイス)の定義

こいつにはさっきと違って1つの反応式に必ず酸と塩基が出てくるよ。
まずは下を見てほしい。

 

まずとは電子対を受け取るものと考える。
例でいうとBは電子を8個入れられる最外殻電子に6個しかないから受け取れるよね。
この定義上は別名ルイス酸とも呼ばれるよ。

そして塩基は電子対を与えるものと考える。
例でいうとO は自分だけの電子である非共有電子対を持ってるよね。
そしてこいつも定義上は別名ルイス塩基とも呼ばれるよ。

ただこいつもアレニウスよりは取り上げられる頻度は高いけど、それほど重要ではありませね。

Brφnsted-Lowry(ブレンステッド-ローリー)の定義

さて今回紹介するなかで一番重要なのがこちら。
問題として取り上げられるだけでなく、有機化学を学んでいく上でも超重要
なのでしっかり理解する必要があるってことを意識してね。

さて例によってまずは下を見てほしい。

まずとはHを出すものと考える。
そして塩基Hを受け取るものと考える。

共役酸:塩基がH受け取ったもの
※反応右から左になるとするとH出す側

共役塩基:酸がH出したもの
※反応右から左になるとするとH受け取る側

さてここまで紹介させてもらったけど多分いくつか?な部分があると思う。
例えば
なんで酸と塩基を定義する上で複数の定義があるのか?
その中で、なんでブレンステッド-ローリーが超重要なのか?
とか思ったんじゃないかな?

他にもあるかもしれないけど、今回は↑の2つの解説で締めさせていただきます。

まず複数定義が存在すること自体はおかしなことでなくて、歴史の流れの中では必然ともいえる。
一度解明した、もしくは完全に説明がつくわけではないけども経験則でこうとはいえるものがあって、その積み重ねの過程でいくつもの考え方(推論)が出てくる。
例えば天動説みたいに今では明らかに間違っているってわかるけど後々の世に残っているものもあるから、この変は歴史的な背景・流れを学べているんだ、という先人への感謝と共に受け止めていくべきかな、と思います。

で、ブレンステッド-ローリーについてももちろん歴史的な経緯があって、特に使われる範囲の広さから超重要という扱いになってるんだ。

まずアレニウスさんの考えについてなんだけど、最初に説明はしているけどこれはあくまで水溶液中での話になる。
これだと
塩酸 と アンモニア水 ⇒ 〇酸塩基反応
だけど
塩化水素 と アンモニア ⇒ ×酸塩基反応
っていう不都合が出てしまうんだ。
これが 1884年頃の話

で、これだと物足りないぜ!ってことで考えたのがブレンステッドさんとローリーさん(実は2人)。
これにより、水以外を溶媒とする溶液や気体中での反応にも適用できる考え方が誕生したんだ。
これが 1923年頃の話

ちなみにルイスさんのはブレンステッド-ローリーをさらに発展させたもので、これにより本来酸塩基反応に分類できない錯体の形成なんかが酸塩基反応として分類できるようになったってわけ。
これが 1938年頃の話

人に歴史あり、だね。(…違うか)

ではまた次回

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