Что такое стабильные анионы

Анион

Одноатомные анионы и многоатомные анионы

Подобно ионам, анионы могут быть:

Многоатомные ионы чаще всего являются анионами.

Они также могут быть:

Анионы и катионы

Примеры анионов

Сетевое издание «Новая Наука» (16+).

Сетевое издание, зарегистрировано 10.11.2021 г. Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).

Свидетельство о регистрации Эл № ФС77-82267 от 10.11.2021 г.

Интернет-журнал Новая Наука каждый день сообщает о последних открытиях и достижениях в области науки и новых технологий. Читайте последние новости высоких технологий, науки и техники.

Перепечатка материалов без согласования допустима при наличии активной ссылки на страницу-источник.
Направляя нам электронное письмо или заполняя любую
регистрационную форму на сайте, Вы подтверждаете факт ознакомления и безоговорочного согласия с принятой у нас Политикой конфиденциальности.

Источник

Анион

Анио́н — отрицательно заряженный ион. Характеризуется величиной отрицательного электрического заряда; например, Cl − — однозарядный анион, а SO₄ 2− — двузарядный анион. В электрическом поле анионы перемещаются к положительному электроду — аноду. Анионы имеются в растворах большинства солей, кислот и оснований, а также в кристаллических решетках соединений с ионной связью, в ионных жидкостях и в расплавах.

Содержание

Кислотный остаток

Анион в сложном неорганическом соединении называется кислотным остатком. Его можно выделить в формулах неорганических кислот и солей (Na₂SO₄, HNO₃); в них он пишется на втором месте (после катиона). Отличительным признаком кислотного остатка от других анионов является то, что для почти всех кислотных остатков существует соответствующая кислота: например, SO₄ 2– — «остаток» серной кислоты, Cl – — соляной кислоты. Многие кислоты существуют только в растворах, например, угольная кислота, но её соли (карбонаты) известны. Некоторые кислоты не существуют даже в растворах, формально им приписываются соли несуществующих кислот, но, тем не менее они могут образовывать устойчивые соли, например, такие анионы, как фосфид-ион (P 3– или P 5– ), однако их нельзя назвать кислотными остатками, поскольку соответствующие им кислоты не существуют.

Неорганические кислоты и соответствующие им кислотные остатки

См. также

Ссылки

Полезное

Смотреть что такое «Анион» в других словарях:

АНИОН — (греч.). Вещество, отделяющееся на аноде при химическом разложении какой нибудь жидкости действием гальванического тока. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. анион (гр. ana вверх) отрицательно заряженный … Словарь иностранных слов русского языка

АНИОН — (от греч. anion букв. идущий вверх), отрицательно заряженный ион; при электролизе растворов, содержащих ионы, анион движется к положительному электроду аноду. См. также Катион … Большой Энциклопедический словарь

АНИОН — АНИОН, отрицательно заряженный ион, который притягивается к АНОДУ в процессе электролиза … Научно-технический энциклопедический словарь

анион — сущ., кол во синонимов: 1 • ион (17) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

АНИОН — ион, несущий отрицательный электрический заряд и при электролизе идущий к аноду положительно заряженному электроду. А. является атомом или гр. атомов (см. Ион комплексный), присоединившим или удерживающим в своей сфере один или несколько… … Геологическая энциклопедия

анион — а, м. anion m. <гр. an не, без + ion идущий. Отрицательно заряженный ион; противоп. катион. Крысин 1998. Лекс. БАС 1: анио/н … Исторический словарь галлицизмов русского языка

анион — Отрицательно заряженный ион [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN anion … Справочник технического переводчика

анион — – отрицательно заряженный ион. Словарь по аналитической химии [3] … Химические термины

анион — (от греч. aniōn, буквально идущий вверх), отрицательно заряженный ион; при электролизе растворов, содержащих ионы, анион движется к положительному электроду аноду. См. также Катион. * * * АНИОН АНИОН (от греч. anion, букв. идущий вверх),… … Энциклопедический словарь

Источник

Что такое анионы и в чем их польза для здоровья человека?

Всё большее количество людей в современном мире причисляют себя к приверженцам здорового образа жизни. Они стремятся изыскать новые, немедикаментозные средства, которые позволят им эффективно противостоять жизненным вызовам: постоянным стрессам, переутомлению, бессоннице, преждевременному старению. Одним из способов достижения этих целей является применение анионов для общего оздоровления организма и профилактики ряда заболеваний. В наше время использовать его необязательно в специализированных лечебных учреждения. На рынке представлены кислородные концентраторы для дома, купить которые может каждый желающий. В качестве дополнительной функции они добавляют в генерируемый кислородный поток процент анионов, полезных для здоровья человека.

Химическая природа анионов

Механизм воздействия анионов на организм человека

Анионы могут воздействовать на организм человека двумя путями: через легочные ткани при вдыхании и через кожу и слизистые оболочки. Последний способ является более эффективным, поскольку обеспечивает быстрое и более полное усвоение отрицательно заряженных частиц организмом. Электрически активный кислород не менее важен для нормальной жизнедеятельности человека, чем молекулярный.

Человек не может физически чувствовать воздействие анионов, однако они оказывают положительный эффект на различные системы организма, поскольку непосредственно влияют на базовые физико-химические процессы, которые в нём происходят. Прежде всего, они оказывают воздействие на высшие отделы центральной нервной системы человека, нормализуют артериальное давление. Особое позитивное влияние они имеют на химические свойства крови. Так, анионы способствуют гармонизации соотношения белковых фракций и красных и белых телец, улучшают свёртываемость и реакцию оседания эритроцитов. Важным аспектом является повышения качества pH крови и электрокинетического потенциала эритроцитов. Зафиксировано также положительное воздействие анионов на обмен веществ в организме человека и качество тканевого дыхания.

Немаловажным эффектом от воздействие анионов является оздоровление кожных покровов, что позволяет применять их в качестве дополнения к основному лечению ряда кожных заболеваний. Благодаря им стимулируется рост волос и ускоряется регенерация тканей организма. Помимо этого, положительный эффект оказывается на протекание окислительных и восстановительных процессов в кишечнике человека. Анионы могут существенно замедлить развитие колоний вредоносных микроорганизмов, к примеру, брюшнотифозной палочки, стафилококка золотистого и холерного вибриона. По некоторым данным, их распространение уменьшается до 50%.

Поступление в организм анионов имеет и ещё один позитивный эффект. Они выступают катализатором, который способствует ускоренному образованию и активизации энзимов, гормонов, ряда витаминов и ферментов, жизненно важных для человека.

Перечисленные положительные воздействия, обусловленные поступлением анионов в организм, в комплексе способны существенно замедлить его старение. Недостаток отрицательных частиц ведёт к ухудшению метаболизма и снижает электрические потенциалы кровяных частиц, тканей и внутренних органов.Таким образом, анионы воздействуют на организм по ряду направлений, оказывая в целом тонизирующий, профилактический и во многих случаях оздоравливающий эффект. Одновременно с этим человек ощущает повышение тонуса и работоспособности.

Источники анионов

Традиционно человеку были доступны только естественные источники анионов. Наибольшая их концентрация фиксируется высокогорных областях, морских побережьях и вблизи водопадов. Регулярно посещать их целесообразно современному человеку, живущему в городских условиях. Это позволит временно восполнить дефицит отрицательно заряженных частиц в организме. Вместе с тем, современные технологии предоставляют возможность получения их в искусственных условиях. В свободной продаже уже существуют различные модели кислородных концентраторов, обогащающих анионами воздушную смесь, и ионизаторов. Помимо этого, разработаны специальные технологии, позволяющие получать отрицательно заряженные ионы посредством постоянно проходящей каталитической реакции. Благодаря этому на рынке предлагаются товары, которые, как заявляют производители, обеспечивают необходимый постоянный доступ организма к анионам: браслеты, пояса, наколенники, постельное бельё и другие.

Источник

Что такое стабильные анионы

7.1. Что такое химические связи

В предыдущих главах вы познакомились с составом и строением изолированных атомов различных элементов, изучили их энергетические характеристики. Но в окружающей нас природе изолированные атомы встречаются крайне редко. Атомы почти всех элементов » стремятся» соединиться, образуя молекулы или другие более сложные химические частицы. Принято говорить, что при этом между атомами возникают химические связи.

Химические связи – взаимодействия, которые соединяют атомы в единые более сложные химические частицы.

В образовании химических связей участвуют электроны. Каким образом это происходит, вы узнаете, изучив эту главу. Но прежде нам надо ответить на вопрос, почему атомы образуют химические связи. На этот вопрос мы можем ответить, даже не зная ничего о природе этих связей: » Потому что это энергетически выгодно!» А вот, отвечая на вопрос, откуда при образовании связей возникает выигрыш в энергии, мы постараемся понять, как и почему химические связи образуются.

Как и электронное строение атомов, подробно и строго научно химические связи изучает квантовая химия, а мы с вами можем только воспользоваться некоторыми важнейшими выводами, сделанными учеными. При этом для описания химических связей мы будем пользоваться одной из простейших моделей, предусматривающей существование трех типов химической связи (ионной, ковалентной и металлической).

Вспомните – грамотно пользоваться любой моделью можно, только зная границы применимости этой модели. Модель, которой мы будем пользоваться, тоже имеет свои границы применимости. Например, в рамках этой модели нельзя описать химические связи в молекулах кислорода, большинства бороводородов и некоторых других веществ. Для описания химических связей в этих веществах используют более сложные модели.

ХИМИЧЕСКИЕ СВЯЗИ

7.2. Типы химических связей

Чтобы понять, за счет чего может возникнуть выигрыш в энергии, рассмотрим систему, состоящую из двух разноименно заряженных частиц а– и б + (рис. 7.1). Расстояние между частицами l (состояние I). Так как разноименно заряженные частицы притягиваются, то такая система обладает потенциальной энергией, которая может выделиться при сближении этих частиц. В результате система перейдет в состояние II с меньшей энергией. Именно это и происходит при образовании химической связи между ионами. Ведь получившиеся разноименно заряженные ионы притянутся друг к другу, между ионами возникнет ионная связь и образуется ионный кристалл. Выигрыш в энергии при образовании связи компенсирует затраты на образование ионов.

Если же у атомов близкие склонности отдавать (или принимать) электроны, то передать электроны друг другу они не могут, и им остается только попытаться использовать и свои, и чужие электроны совместно, не отдавая и не принимая их полностью. Это – вторая возможность атома образовать завершенную электронную оболочку. В этом случае при образовании связи также компенсируются все энергетические затраты, но причины здесь более сложные.
Посмотрим, в каких случаях и как атомы осуществляют эти возможности.

Электронные
формулы
исходных атомов

Уравнения
передачи
электронов

Электронные
формулы
образующихся ионов

Структурная
формула
вещества(*)

Простейшая
формула
веществаNa – [Ne]3s 1

Cl – [Ne]3s 2 3p 5Na – e– = Na +

(Na)(Cl)

Br – [Ar,3d 10 ]4s 2 4p 5Ca – 2e– = Ca 2+

Br + e– = Br–Ca 2+ – [Ar]

(Ca 2 )(Br)₂

CaBr₂Fe – [Ar]4s 2 3d 6

S – [Ne]3s 2 3p 4Fe – 2e– = Fe 2+

S + 2e– = S 2–Fe 2+ – [Ar]3d 6

(Fe2)(S 2 )

*)В структурных формулах веществ с ионными связями указываются формальные заряды: , 2 , 2 и т. д. Что это такое, и чем эти заряды отличаются от истинных зарядов (обозначаются без кружочков) вы узнаете, изучив § 7.6.

1. Если связываемые атомы сильно отличаются по размерам, то маленькие атомы (склонные принимать электроны) отнимут электроны у больших атомов (склонных отдавать электроны), и образуется ионная связь. Энергия ионного кристалла меньше, чем энергия изолированных атомов, поэтому ионная связь возникает даже тогда, когда атому не удается, отдавая электроны, полностью завершить свою электронную оболочку (незавершенным может остаться d— или f-подуровень). Рассмотрим примеры.

2. Если связываемые атомы маленькие(r_o 1А), то все они более или менее склонны отдавать свои электроны, а склонность принимать чужие электроны у них незначительна. Поэтому образовать между собой ионную связь эти большие атомы тоже не могут. Ковалентная связь между ними также оказывается невыгодной, так как электронная плотность в больших по размеру внешних электронных облаках незначительна. В этом случае при образовании из таких атомов химического вещества происходит обобществление валентных электронов всех связываемых атомов (валентные электроны становятся общими для всех атомов), и образуется металлический кристалл (или жидкость), в котором атомы связаны металлической связью.

Как определить, связи какого типа образуют атомы элементов в определенном веществе?
По положению элементов в естественной системе химических элементов, например:
1. Хлорид цезия CsCl. Атом цезия (IА группа) большой, легко отдает электрон, а атом хлора (VIIА группа) маленький и легко его принимает, следовательно, связь в хлориде цезия ионная.
2. Диоксид углерода CO₂. Атомы углерода (IVА группа) и кислорода (VIА группа) не сильно отличаются по размерам – оба маленькие. По склонности принимать электроны они отличаются незначительно, следовательно связь в молекуле CO₂ ковалентная.
3. Азот N₂. Простое вещество. Связываемые атомы одинаковые и при этом маленькие, следовательно, связь в молекуле азота ковалентная.
4. Кальций Са. Простое вещество. Связываемые атомы одинаковые и довольно большие, следовательно связь в кристалле кальция металлическая.
5. Барий-тетраалюминий BaAl₄. Атомы обоих элементов достаточно велики, особенно атомы бария, поэтому оба элемента склонны только отдавать электроны, следовательно, связь в этом соединении металлическая.

ИОННАЯ СВЯЗЬ, КОВАЛЕНТНАЯ СВЯЗЬ, МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ, УСЛОВИЯ ИХ ОБРАЗОВАНИЯ.
1.Что является причиной соединения атомов и образования между ними химических связей?
2.Почему благородные газы состоят не из молекул, а из атомов?
3.Определите тип химической связи в бинарных соединениях: а) KF, K₂S, SF₄; б) MgO, Mg₂Ba, OF₂; в) Cu₂O, CaSe, SeO₂. 4.Определите тип химической связи в простых веществах: а) Na, P, Fe; б) S₈, F₂, P₄; в) Mg, Pb, Ar.

7.З. Ионы. Ионная связь

В предыдущем параграфе вы познакомились с ионами, которые образуются, когда отдельные атомы принимают или отдают электроны. В этом случае число протонов в атомном ядре перестает быть равным числу электронов в электронной оболочке, и химическая частица приобретает электрический заряд.
Но в состав иона может входить и не одно ядро, как в молекуле. Такой ион представляет собой единую систему, состоящую из нескольких атомных ядер и электронной оболочки. В отличие от молекулы общее число протонов в ядрах не равно общему числу электронов в электронной оболочке, отсюда – электрический заряд иона.

Какие бывают ионы? То есть, чем они могут различаться?
По числу атомных ядер ионы делятся на простые (или одноатомные), то есть содержащие одно ядро (например: K, O 2 ), и сложные (или многоатомные), то есть содержащие несколько ядер (например: CO₃ 2 , [Fe(H₂O)₆] 3 ). Простые ионы – заряженные аналоги атомов, а сложные – заряженные аналоги молекул.
По знаку заряда ионы делятся на катионы и анионы.

Катионы – положительно заряженные ионы
Анионы – отрицательно заряженные ионы.

Примеры катионов: K (ион калия), Fe 2 (ион железа), NH₄ (ион аммония), [Cu(NH₃)₄] 2 (ион тетраамминмеди). Примеры анионов: Cl (хлорид-ион), N 3 (нитрид-ион), PO₄ 3 (фосфат-ион), [Fe(CN)₆] 4 (гексацианоферрат-ион).

По значению заряда ионы делятся на однозарядные (K , Cl , NH₄ , NO₃ и т. п.), двухзарядные (Са 2 , O 2 , SО₄ 2 и т. д.) трехзарядные (Аl 3 , РО₄ 3 и т. п.) и так далее.

Итак, ион РО₄ 3 мы назовем трехзарядным сложным анионом, а ион Са 2 – двухзарядным простым катионом.

Кроме этого, ионы различаются еще и своими размерами. Размер простого иона определяется радиусом этого иона или ионным радиусом. Размер сложных ионов охарактеризовать труднее. Радиус иона, как и радиус атома, непосредственно измерить невозможно (как вы понимаете, четких границ у иона нет). Поэтому для характеристики изолированных ионов используют орбитальные ионные радиусы (примеры – в таблице 17).

Источник

Лекция № 4

Кислотно-основные свойства органических соединений, ионизация. Роль ионизации в проявлении биологической активности

В протолитической теории понятия кислот и оснований относятся лишь к функции, которую выполняет вещество в данной реакции. Одно и то же вещество, в зависимости от реакционного партнера, может выполнять функцию как кислоты, так и основания:

Обычно кислотность определяется по отношению к воде как основанию. Количественная оценка кислотности (силы кислоты) проводится сравнением констант равновесия реакций по переносу протона от кислоты к основанию.

Концентрация воды практически не изменяется, поэтому, умножив правую и левую части этого равенства на [Н₂О], получим следующее выражение:

Сравнительный анализ силы кислот (качественная оценка) проводят путем сопоставления устойчивости соответствующих кислотам сопряженных оснований (анионов). Чем стабильнее сопряженный кислоте анион (основание), тем сильнее сопряженная ему кислота. Стабильность анионов зависит от степени делокализации отрицательного заряда – чем в большей степени делокализован отрицательный заряд, тем стабильнее анион, тем сильнее сопряженная кислота.

Степень делокализации отрицательного заряда зависит от следующих факторов:

от природы атома кислотного центра, т.е. от его электроотрицательности и радиуса (поляризуемости);

от характера связанного с ним радикала;

от электронного строения аниона;

4) от влияния растворителя.

Влияние природы атома кислотного центра

Аналогичная картина наблюдается и для соединений, в которых атом кислотного центра связан с одинаковым органическим радикалом:

С-Н кислоты проявляют самые слабые кислотные свойства, хотя алканы, алкены и алкины несколько различаются по кислотности.

Влияние заместителей, связанных с кислотным центром

Электроноакцепторные заместители увеличивают кислотность соединений. Смещая на себя электронную плотность, они способствуют увеличению полярности и уменьшению прочности связи атома кислотного центра с атомом водорода, облегчают отщепление протона. Смещение электронной плотности к электроноакцепторному заместителю приводит к большей делокализации отрицательного заряда в анионе и увеличению его стабильности.

Электронодонорные заместители уменьшают кислотность соединений, так как смещают электронную плотность от себя, что приводит к локализации отрицательного заряда на атоме кислотного центра в анионе и уменьшению его устойчивости, увеличению его энергии, что затрудняет его образование.

Влияние электронного строения анионов

На степень делокализации отрицательного заряда в анионе и его стабильность оказывает сильное влияние наличие сопряженной системы и проявление мезомерного эффекта. Делокализация отрицательного заряда по системе сопряжения приводит к стабилизации аниона, т.е к усилению кислотных свойств молекул.

Молекулы карбоновых кислот и фенола образуют более стабильные анионы и проявляют более сильные кислотные свойства, чем алифатические спирты и тиолы, в которых не проявляется мезомерный эффект.

На проявление кислотных свойств соединения влияние растворителя может быть значительным. Так, например, соляная кислота, являющаяся сильной кислотой в водном растворе, практически не проявляет кислотных свойств в бензольном растворе. Вода, как эффективный ионизирующий растворитель, сольватирует образующиеся ионы, тем самым стабилизирует их. Молекулы бензола, являясь неполярными, не могут вызвать значительной ионизации молекул хлороводорода и не могут стабилизировать за счет сольватации образующиеся ионы.

В протолитической теории кислот и оснований различают два типа оснований – p-основания и n-основания (ониевые основания).

p-Основания – это соединения, которые для образования связи с протоном предоставляют пару электронов p-связи. К ним относятся алкены, диены, ароматические соединения. Они являются очень слабыми основаниями, так как пара электронов не свободна, а образует p-связь, т.е принадлежит обоим атомам. Для образования s-связи с протоном сначала нужно разорвать p-связь, что требует затрат энергии.

n-Основания (ониевые основания) – это молекулы или ионы, которые для образования связи с протоном предоставляют неподеленную пару р-электронов. По природе оснóвного центра различают: аммониевые основания, оксониевые основания и сульфониевые основания.

Аммониевые основания – это соединения, в которых центром основности является атом азота с неподеленной парой р-электронов (амины, амиды, нитрилы, азотсодержащие гетероциклы,имины и др.)

Оксониевые основания – это соединения, в которых центром основности является атом кислорода с неподеленной парой р-электронов (спирты, простые и сложные эфиры, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и др.)

Сульфониевые основания – это соединения, в которых центром основности является атом серы с неподеленной парой р-электронов (тиоспирты, тиоэфиры и др.).

Cилу основания В в воде можно оценить, рассматривая равновесие:

Константу основности К_В, так же как и константу кислотности К_а, для удобства выражают величиной рК_В, численно равной отрицательному десятичному логарифму константы основности. Чем больше константа основности К_В и чем меньше рК_В, тем сильнее основание.

Сила оснований зависит от: 1) природы атома основного центра – электроотрицательности и поляризуемости (от радиуса атома); 2) от электронных эффектов заместителей, связанных с основным центром; 3) от влияния растворителя.

Влияние природы атома основного центра

С увеличением электроотрицательности атома основного центра сила оснований уменьшается, так как чем больше электроотрицательность, тем сильнее атом удерживает свою неподеленную пару электронов, и таким образом труднее ее предоставляет для образования связи с протоном. Исходя из этого, оксониевые основания слабее аммониевых, содержащих одинаковые заместители у основного центра:

Сульфониевые основания, содержащие одинаковые заместители у основного центра, проявляют еще более слабые основные свойства. Атом серы, хотя и менее электроотрицателен, чем атомы кислорода и азота, имеет больший атомный радиус и характеризуется большей поляризуемостью, поэтому труднее предоставляет неподеленную пару электронов внешнего слоя для образования связи с протоном.

Влияние заместителей, связанных с основным центром

Электронодонорные заместители, смещая электронную плотность к атому основного центра, облегчают присоединение протона, тем самым усиливают основные свойства. Электроноакцепторные заместители, смещая на себя электронную плотность, уменьшают ее на основном центре, чем затрудняют присоединение протона и ослабляют основные свойства:

Поскольку увеличение силы основания связано с возрастанием способности присоединять протон и, следовательно, с увеличением на основном центре частичного отрицательного заряда, можно ожидать повышения основности в ряду аммониевых оснований NH₃ + :

Реакционная способность субстрата зависит:

Нуклеофильное замещение может идти по одному из двух механизмов – S_N2 или S_N1. По механизму бимолекулярного нуклеофильного замещения S_N2 реагируют субстраты, содержащие уходящую группу, связанную с первичным атомом углерода.

В качестве субстратов в реакциях, идущих по механизму S_N2, могут выступать алкилгалогениды, спирты, тиолы, амины, содержащие первичные углеводородные радикалы.

Общая схема бимолекулярного нуклеофильного замещения S_N2 :

Реакции бимолекулярного нуклеофильного замещения представляют собой согласованный процесс, так как образование связи с нуклеофилом и разрыв связи с уходящей группой происходит одновременно, атакующая нуклеофильная частица постепенно вытесняет уходящую группу. При этом часть энергии, необходимая для разрыва связи С-Z, возмещается за счет энергии, выделяющейся при образовании связи С-Nu. Эти реакции являются бимолекулярным процессом, так как в образовании переходного состояния (самая медленная стадия) участвуют обе частицы и скорость реакции зависит от концентрации как нуклеофила, так и субстрата.

В переходном состоянии изменяется тетраэдрическое расположение связей атома углерода, подвергающегося нуклеофильной атаке: три заместителя R_1, R₂, R₃ располагаются в одной плоскости, перпендикулярной плоскости рисунка, а уходящая группа и нуклеофильная частица расположены на одной линии, перпендикулярной этой плоскости. Наличие объемных заместителей R_1, R₂, R₃, связанных с атакуемым атомом углерода, затрудняет нуклеофильную атаку, так как атаке подвергается тыльная сторона связи С-Z.

Увеличение полярности растворителя также снижает скорость реакции. Это объясняется тем, что полярный растворитель стабилизирует нуклеофильную частицу, имеющую отрицательный заряд, лучше, нежели переходное состояние, в котором отрицательный заряд распределен между нуклеофилом и уходящей группой. Это приводит к тому, что реакционная способность нуклеофила уменьшается и увеличивается разность энергий исходного вещества и переходного состояния, что ведет к увеличению энергии активации реакции.

Рассмотрим в качестве примеров реакции гидролиза галогеналканов и реакции превращения спиртов в галогеналканы.

Гидролиз галогеналканов осуществляется действием водных растворов щелочей. В качестве нуклеофильной частицы в этой реакции выступает гидроксид-ион, образующийся при диссоциации щелочи.

Однако превращение спиртов в галогенпроизводные не удается осуществить действием на спирты солями галогеноводородных кислот:

Ион водорода протонирует атом кислорода гидроксильной группы (быстрая стадия), что приводит к возникновению на атоме кислорода полного положительного заряда. Вследствие этого связь С®ОН становится более полярной, а на атоме углерода увеличивается частичный положительный заряд, что делает его более восприимчивым к нуклеофильной атаке.

В качестве субстратов в реакциях, идущих по механизму мономолекулярного нуклеофильного замещения S_N1, могут выступать алкилгалогениды, спирты, тиолы, амины, содержащие третичные углеводородные радикалы.

Общая схема мономолекулярного нуклеофильного замещения S_N1:

Реакция протекает в три последовательные стадии: 1) протонирование спирта – быстрая стадия; 2) гетеролитический разрыв связи С-О, приводящий к отщеплению воды и образованию карбкатиона – медленная стадия реакции, определяющая скорость реакции в целом; 3) нуклеофильная атака бромид-ионом образовавшегося на предыдущей стадии карбкатиона, в результате которой образуется конечный продукт – быстрая стадия.

Механизм реакции:

На механизм нуклеофильного замещения большое влияние оказывают заместители при электронодефицитном атоме углерода. При изучении реакций гидролиза в ряду галогеналканов

При переходе от бензилхлорида к дифенилхлорметану и трифенилхлорметану эффект стабилизации карбкатиона становится все более отчетливо выраженным и атака по механизму S_N1 облегчается еще сильнее, так как возможность делокализации положительного заряда возрастает. Аналогичная стабилизация наблюдается также для аллильных карбкатионов:

Схема реакции гидролиза бензилхлорида имеет вид:

Реакция протекает в три последовательные стадии:

1) гетеролитический разрыв связи С-Сl, протекающий под действием полярных молекул растворителя – медленная стадия реакции;

2) нуклеофильная атака молекулой воды образующегося карбкатиона с образованием оксониевого катиона – быстрая стадия;

3) отщепление протона от оксониевого катиона с образованием спирта – быстрая стадия.

Рассмотрев оба механизма нуклеофильного замещения, можно сделать некоторые обобщения о влиянии различных факторов на механизм реакции:

Реакция протекает по S_N1 механизму в случае тех соединений, которые способны образовывать достаточно стабильные катионы. Триалкилметильные и мезомерно стабилизированные катионы обеспечивают преимущественное протекание реакции мономолекулярного замещения. Увеличение числа алкильных заместителей облегчает мономолекулярное и затрудняет бимолекулярное замещение.

Растворители с высокой диэлектрической проницаемостью (Н₂О, НСООН, водноорганические смеси) стабилизируют ионы и поэтому способствуют мономолекулярному замещению, растворители с низкой диэлектрической проницаемостью (диметилформамид), не вызывающие стабилизации ионов, способствуют бимолекулярному замещению.

Источник