Типы органических оснований. Факторы, определяющие основность. Примеры

Среди оснований Брёнстеда анионы по сравнению с нейтральными моле­кулами, как правило, обладают более сильно выраженными основными свой­ствами. Например, амид-ион NH₂^-, гидроксид-ион НО^- и алкоксид-ион RO^- по основности превосходят аммиак NH₃, воду Н₂О и спирт ROH соответствен­но. Перечисленные ионы являются очень сильными основаниями. В результате присоединения протона к нейтральному основанию образу­ются солеобразные ониевые соединения:

В зависимости от природы гетероатома получаются соли: аммониевые (центр основности — атом азота), оксониевые (атом кислорода) и сульфониевые (атом серы). На примере молекулы новокаинамида:

Сила основания определяется как доступностью пары электронов гетеро­атома, так и стабильностью образующегося катиона (сопряженной кислоты). Чем стабильнее катион, тем сильнее основание. Для качественной оценки основности органических оснований привлека­ются те же факторы, что и для оценки кислотности с той разницей, что влия­ние этих факторов на стабильность катиона противоположно (за исключением сольватации) тому влиянию, которое эти факторы оказывают на стабильность аниона.

Основность соединений с разными гетероатомами в центре основности, но с одинаковыми заместителями при нем, зависит от электроотрицательнос­ти и поляризуемости элемента в основном центре. Из двух элементов второго периода — азота и кислорода — электроотрицательность больше у кислорода, поэтому он прочнее удерживает неподеленную пару электронов и менее скло­нен присоединять протон по сравнению с азотом. Амины яв­ляются более сильными основаниями, чем спирты. У элементов третьего пе­риода — серы и фосфора — электронная плотность неподеленной пары элект­ронов рассредоточена в большем объеме (фактор поляризуемости). Эти атомы слабее связывают протон, поэтому тиолы, как правило, более слабые основа­ния, чем спирты и тем более чем амины. В целом сила n-оснований с одинако­выми заместителями при гетероатоме уменьшается в следующем порядке:

Наибольшая основность среди органических соединений характерна для алифатических аминов, значения рK_вн+ которых находятся в диапазоне 9 - 11 единиц. При взаимодействии с кислотами амины превра­щаются в аммониевые соли. Под действием более сильного основания аммо­ниевые соли депротонируются с освобождением исходного амина:

Перевод водонерастворимых органических оснований в растворимые со­ли часто служит способом выделения таких оснований из смесей и их очистки.

У спиртов, простых и сложных эфиров, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот значения pK_BH+ лежат в диапазоне от - 2 до – 7. Это очень слабые основания, могут протонироваться только сильными кислотами. Образующиеся оксониевые соли легко гидролизуются избытком воды до ис­ходных соединений:

Серосодержащие n-основания еще слабее кислородсодержащих.

Основность соединений с одинаковыми гетероатомами в центре основ­ности определяется доступностью электронной пары гетероатома для связи с протоном, электронным влиянием заместителей и эффектом сольватации. В ароматических аминах аминогруппа находится в p,π-сопряжении с π-электронами бензольного кольца, что приводит к делокализации неподеленной пары электронов по общей сопряженной системе. В этом случае атом азота стано­вится менее склонным к образованию ковалентной связи с протоном, и поэто­му ароматические амины более слабые основания, чем алифатические. Кроме того, катионы ароматических аминов вследствие большого размера аромати­ческого радикала плохо сольватируются в протонсодержащих растворителях.

В амидах карбоновых кислот участие неподеленной пары электронов ато­ма азота в p,π-сопряжении с акцепторной карбонильной группой приводит к тому, что более сильным основным центром становится атом кислорода:

Влияние заместителей на собственную основность, т. е. основность в газо­вой фазе, подчиняется следую щим закономерностям: (!) электронодонорные заместители повышают основность, электроноак­цепторные — понижают.

Алифатические амины, содержащие электронодонорные алкильные груп­пы у атома азота, более сильные основания, чем аммиак, и наоборот, из-за на­личия сильных электроноакцепторных трифторометильных групп перфторотриметиламин практически не проявляет основных свойств:

Сольватация может оказывать сильное воздействие на собственную ос­новность алифатических аминов. Однако в ароматических аминах, размеры катионов которых не различаются слишком сильно, электронные эф­фекты заместителей вносят главный вклад в стабилизацию катиона и, следова­тельно, определяют силу оснований:

Многие соли органических оснований, особенно гидрохлориды, раство­римы в воде. Поэтому лекарственные органические вещества часто использу­ются в виде солей.

Некоторые органические соединения обладают одновременно и кислот­ными, и основными свойствами, т. е. являются амфотерными. В зависимости от соотношения силы кислотного и основного центров это может приводить либо к образованию внутренней соли (полный перенос протона), либо к обра­зованию водородных связей внутри молекулы или между молекулами. Напри­мер, амфотерными соединениями являются спирты, амиды, аминокислоты, аминосульфоновые кислоты: