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酸鹼電子理論

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酸鹼電子理論,也稱廣義酸鹼理論路易斯酸鹼理論,是1923年美國化學家吉爾伯特·路易斯提出的一種酸鹼理論。該理論認為:凡是可以接受外來電子對分子基團離子為酸(路易斯酸,L酸);凡可以提供電子對的分子、基團或離子為鹼(路易斯鹼,L鹼)。因為跳脫了限定氫離子與氫氧根的酸鹼概念,這種理論包含的酸鹼範圍很廣,但是,它對確定酸鹼的相對強弱來說,沒有統一的標度,對酸鹼的反應方向難以判斷。後來,拉爾夫·皮爾森英語Ralph Pearson提出的軟硬酸鹼理論彌補了這種理論的缺陷。

常見的路易斯酸有:

常見的路易斯鹼有:

路易斯酸

「路易士酸」的各地常用名稱
中國大陸路易斯酸
臺灣路易士酸
港澳路易斯酸

物理性質

路易斯酸,簡稱L酸,其多具腐蝕性氯化鋅,對纖維素具腐蝕性,是一個路易斯酸腐蝕性的典型例子。由於水顯路易斯鹼性,多數路易斯酸會和水反應並產生具有布侖斯惕酸性的水合物。因此,很多路易斯酸的水溶液都是呈布侖斯惕酸性的。水合物中的路易斯酸與水分子之間有強的化學鍵連系著,因此很難把路易斯酸水合物乾燥,即使路易斯酸水合物通常是可分離出的化合物。例如,如果試圖加熱乾燥金屬氯化物(路易斯酸)中的水分,則會生成氯化氫及其金屬的氫氧化物

化學性質

親電試劑或電子受體都是路易斯酸。路易斯酸通常含低能量LUMO(最低未占軌域),會與路易斯鹼的HOMO(最高占有軌域)反應。它與布侖斯惕-勞里酸不同的是,路易斯酸並不一定需要有質子(H+)的轉移,對路易斯酸理論來說,所有親電試劑都可以叫做路易斯酸(包括H+)。雖然所有布侖斯惕-勞里酸都屬於路易斯酸,但實際上路易斯酸這個名詞多指那些不屬於布侖斯惕-勞里酸的路易斯酸。

路易斯酸的化學反應活性可以用軟硬酸鹼理論來判斷。現時科學家仍沒有知道路易斯酸「強度」的通用定義,這是因為路易斯酸的強度與其特有的路易斯鹼的反應特性有關。一個模型[1] 曾以氣態路易斯酸對氟離子的親合能來預測路易斯酸的強度,從而得出在常見可分離出的路易斯酸中,以SbF5(五氟化銻)的路易斯酸性最強。氟離子是「硬」的路易斯鹼,氯離子及一些較「軟」的路易斯鹼,以及溶液中的路易斯酸性,都受到計算複雜的限制而較難研究。

酸根型錯合物

酸根型錯合物(Ate complex)是指路易斯酸與特定的鹼生成的中心原子升高的[2] 英文有機化學命名法中,ate這個字是一個後輟,用在被描述的原子上。例如,硼化合物的酸根型錯合物被叫作borate硼酸鹽。因此,三甲基硼烷可和甲基鋰反應生成酸根型錯合物Me4BLi+。這個概念是由格奧爾格·威悌在1958年引入的。[3] 相似地,路易斯鹼可以生成鎓鹽

路易斯鹼

「路易斯鹼」的各地常用名稱
中國大陸路易斯鹼
臺灣路易士鹼
港澳路易斯鹼

氫鍵X—H…Y中的電子給予體Y是路易斯鹼,簡稱L鹼。路易斯鹼在有機反應中為親核試劑。若路易斯鹼與路易斯酸反應,形成錯合物時,路易斯鹼為配位基

優缺點

優點

酸鹼電子理論擴大了酸鹼範圍,可把酸鹼概念用於許多有機反應和無溶劑反應

缺點

如果選擇不同的反應對象,酸鹼的強弱次序可能不同,它對確定酸鹼的相對強弱來說,沒有統一的標度,因此對酸鹼的反應方向難以判斷。

參考資料

  1. ^ Christe, K.O.; Dixon, D.A.; McLemore, D.; Wilson, W.W.; Sheehy, J.A.; and Boatz, J.A. On a quantitative scale for Lewis acidity and recent progress in polynitrogen chemistry. Journal of Fluorine Chemistry. 2000, 101 (2): 101, 151–153. ISSN 0022-1139. 
  2. ^ Advanced organic Chemistry, Reactions, mechanisms and structure 3ed. Jerry March ISBN 0-471-85472-7
  3. ^ Komplexbildung und Reaktivität in der metallorganischen Chemie Angewandte Chemie Volume 70, Issue 3, Date: 7 Februar 1958, Pages: 65-71 G. Wittig doi:10.1002/ange.1760700302

延伸閱讀

參見