Lewis Acid กับ Base: ความแตกต่างและการเปรียบเทียบ

เคมีจะไม่สมบูรณ์หากไม่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกรดลิวอิสและเบสลิวอิส ทฤษฎีกรดของBrønsted-Lowry ได้กำหนดรูปร่างทางเคมี

GN Lewis ในปี 1923 เสนอว่ามีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนไม่ใช่โปรตอน ทฤษฎีนี้ช่วยให้นักเคมีคาดการณ์ปฏิกิริยาระหว่างกรดและเบสได้กว้างขึ้น

ประเด็นที่สำคัญ

1. กรดลิวอิสเป็นสารที่สามารถรับอิเล็กตรอนได้หนึ่งคู่ ในขณะที่กรดลิวอิสเป็นสารที่สามารถบริจาคอิเล็กตรอนได้หนึ่งคู่
2. กรดลิวอิสและเบสทำปฏิกิริยากันเพื่อสร้างพันธะโควาเลนต์ที่ประสานกัน
3. กรดและเบสของลิวอิสมีบทบาทสำคัญในปฏิกิริยาเคมี เช่น ปฏิกิริยากรด-เบส และการเร่งปฏิกิริยา

กรดลิวอิสกับเบส

กรดลิวอิสเป็นสารเคมีชนิดหนึ่งที่สามารถรับอิเล็กตรอนคู่หนึ่งได้โดยมีอิเล็กตรอนไม่เพียงพอ อะตอม ในระหว่างปฏิกิริยาเคมี ลูอิสเบสเป็นสารเคมีชนิดหนึ่งที่สามารถ บริจาค คู่ของอิเล็กตรอนระหว่างปฏิกิริยาเคมีและเป็นสารที่มีอะตอมที่อุดมด้วยอิเล็กตรอน

Lewis Acid มีเปลือกเปล่า และถูกระบุว่าเป็นอิเล็กโทรฟิล มันเป็นสายพันธุ์ที่ถูกล่อลวงไปยังแกนกลางที่อุดมด้วยอิเล็กตรอน กรดลิวอิสมีพลังงานต่ำกว่าเนื่องจากมีเปลือกว่าง

แคตไอออนส่วนใหญ่ทั้งหมดเป็นส่วนหนึ่งของสายพันธุ์กรดลิวอิส ถ้าก อณูไอออนหรืออะตอมมีชุดออคเตตอิเล็กตรอนที่ไม่เพียงพอ พวกมันมีพฤติกรรมเหมือนกรดลิวอิส

ลูอิสเบสมีเปลือกอยู่มากมาย และมีฉลากว่าเป็นนิวคลีโอไทล์ และมีระดับพลังงานสูงกว่ากรดของลิวอิส พวกมันพุ่งเข้าหาประจุบวกด้วยอิเล็กตรอนชุดเดียว

ประจุลบส่วนใหญ่เป็นส่วนหนึ่งของสายพันธุ์ Lewis Base หากโมเลกุล อะตอม หรือไอออนมีชุดอิเล็กตรอนโดดๆ พวกมันจะทำงานเป็นฐานของลูอิส

ตารางเปรียบเทียบ

พารามิเตอร์ของการเปรียบเทียบ	กรดลิวอิส	ลูอิส เบส
พลังงาน	สารเคมีมีพลังงานต่ำกว่า	พลังงานเคมีมีพลังงานสูงขึ้น
ไอออน	ไอออนบวกส่วนใหญ่เป็นส่วนหนึ่งของสายพันธุ์กรดลิวอิส	ประจุลบส่วนใหญ่เป็นส่วนหนึ่งของสายพันธุ์ Lewis Base
คำศัพท์ที่รู้จักกัน	อิเล็กโทรฟิล	นิวคลีโอไฟล์
ลักษณะ	แสดงคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์เมื่อสร้าง adducts	แสดงคุณสมบัติ Kinetic
อิเล็กตรอนในเปลือกนอก	ชุดอิเล็กตรอนที่ขาดในเปลือกนอก	ชุดพิเศษของอิเล็กตรอนอิสระในเปลือกนอก

กรดลูอิสคืออะไร?

ก่อนหน้านี้ในปี พ.ศ. 1916 ลูอิสเสนอว่าอะตอมจะรวมตัวกันเป็นกรอบทางเคมีโดยการกระจายของอิเล็กตรอน จากข้อมูลของกิลเบิร์ต เอ็น. ลูอิส กรดสามารถดึงดูดชุดอิเล็กตรอนจากโมเลกุลที่สองและสร้างรูปแบบที่คงที่ให้กับอะตอมตัวใดตัวหนึ่งได้

กรดลูอิสจะไม่ใช่กรดเบรินสเตด–โลว์รีโดยอัตโนมัติ เมื่อมีการบริจาคอิเล็กตรอนเอกพจน์จากแต่ละอะตอม จะเรียกว่าพันธะโควาเลนต์ เมื่ออิเล็กตรอนตัวหนึ่งและอิเล็กตรอนตัวอื่นเข้าใกล้การเพิ่มขึ้นของอะตอมตัวใดตัวหนึ่ง เรียกว่าพันธะโคออร์ดิเนต 

กรดลิวอิสถูกจำกัดอยู่ในระนาบตรีโกณมิติ การจัดหมวดหมู่. พวกเขามีความหลากหลายและทำปฏิกิริยากับ Lewis Base เพื่อกำหนดรูปแบบ adducts Lewis Acid ยืนยันคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของ การอุปมา รูปแบบ. 

กรดลูอิสสามารถแยกความแตกต่างได้มากขึ้นตามความแข็งและความนุ่มนวล ความแข็งหมายความว่าพวกมันไม่มีขั้ว

ขึ้นอยู่กับความแข็ง กรด: โบเรน, แคตไอออนของโลหะอัลคาไล, H+

ขึ้นอยู่กับความนุ่มนวล กรด: พรรณี(0), Ag+

ตัวอย่างของ Simple Lewis Acids:

Organoboranes และ Boron Trihalides เป็นเพียงส่วนหนึ่งของกรด Simple Lewis ภาพประกอบ: BF3 + F− → BF4−

บางครั้ง Lewis Acid สามารถรักษาฐาน Lewis ได้สองฐาน:

ตัวอย่าง: SiF4 + 2 F− → SiF62− (เฮกซาฟลูออโรซิลิเกต)

ตัวอย่างบางส่วนของ Complex Lewis Acids:

บางครั้งสารเคมีบางชนิดต้องมีการกระตุ้นเพิ่มเติม พวกเขาต้องการมันก่อนที่จะผลิต adduct เมื่อทำปฏิกิริยากับ Lewis Base 

1.  โดยปกติแล้ว ไม่มี Monomeric BH3 และจำเป็นต้องมีขั้นตอนการเปิดใช้งาน การก่อตัวของ adducts โบเรนเกิดจากขั้นตอนการกระตุ้นการย่อยสลายไดโบเรน ภาพประกอบ: B2H6 + 2 H− → 2 BH4− ปฏิกิริยา: [มก.(H2O)6]2+ + 6 NH3 → [Mg(NH3)6]2+ + 6 H2O
2. โดยปกติแล้ว อะลูมิเนียมไตรฮาไลด์ไม่สามารถมีอยู่ในคอนฟิกูเรชันของ AIX3 มีอยู่ในรูปของพอลิเมอร์และรวมตัวและย่อยสลายโดยเบส

การใช้กรดลิวอิส:

• อัลคิเลชันของ Friedel-Crafts 
• การก่อตัวของคาร์บอนไอออนอิเล็กโทรฟิลิกอย่างมาก ภาพประกอบ: RCl +AlCl3 → R+ + AlCl4−

ฐานลูอิสคืออะไร?

ทฤษฎีกรด-เบสของเบรินสเตด-ลาวรีระบุว่าเมื่อใดก็ตามที่กรดและเบสตอบสนองซึ่งกันและกัน กรดจะกำหนดค่าคอนจูเกตเบสของมัน ในทางกลับกัน เบสจะแลกเปลี่ยนโปรตอนและกำหนดค่ากรดคอนจูเกต 

ทฤษฎีลูอิสได้ก่อตั้งขึ้นตามโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ ลิวอิสเบสสามารถส่งชุดอิเล็กตรอนให้กับ H+ (โปรตอน) และฐานคอนจูเกตของทฤษฎีกรด-เบสของเบรินสเตด-โลว์รีก่อตัวขึ้นจากการสูญเสีย H+

เมื่อพิจารณาจากทฤษฎีกรด-เบสของเบรินสเตด-โลว์รีและทฤษฎีลิวอิสแล้ว เบสของลูอิสก็สามารถจัดประเภทเป็นเบสของเบรินสเต็ด-โลว์รีได้เช่นกัน 

Lewis Base คือเอมีนทั่วไป (แอมโมเนีย) ไพริดีนและอนุพันธ์ และอัลคิลามีน ลูอิสเบสมีวงโคจรโมเลกุลที่ถูกครอบครองสูงสุดและพวกมัน ยืนยัน คุณลักษณะทางจลนศาสตร์ของการเกิด adduction

Lewis Bases สามารถแยกแยะได้มากขึ้นตามความแข็งและความนุ่มนวล ความนุ่มนวลหมายความว่าพวกมันสามารถโพลาไรซ์ได้และมีขนาดใหญ่ขึ้น 

ฐานแข็ง: น้ำ คลอไรด์ แอมโมเนีย เอมีน

ฐานอ่อน: คาร์บอนมอนอกไซด์, ไทโออีเทอร์ 

การใช้ฐาน Lewis:

ผู้ให้คู่อิเล็กตรอนที่สร้างสารประกอบโดยองค์ประกอบการปรับตัวแบบสรุปจะถูกมองว่าเป็นฐานลูอิส พวกมันยังเป็นที่รู้จักในนามลิแกนด์ ดังนั้นการประยุกต์ใช้ของ Lewis Bases จึงแพร่หลายในการสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ

เนื่องจาก Lewis Bases สร้างพันธะมากมายกับกรด Lewis พวกมันจึงกลายเป็นสารคีเลต (สารคีเลต) 

บริษัทยาพึ่งพา Chiral Lewis Bases เนื่องจากบริษัทเหล่านี้ให้ค่า chirality บนตัวเร่งปฏิกิริยา คุณสมบัตินี้เอื้อต่อการก่อตัวของตัวเร่งปฏิกิริยาแบบไม่สมมาตร ซึ่งมีความสำคัญต่อการผลิตยา 

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างกรดลิวอิสและเบส

1. กรดลิวอิสได้รับชุดของอิเล็กตรอน Lewis Base แจกอิเล็กตรอนคู่ของพวกเขา
2. Lewis Acid มีแกนกลางที่อุดมด้วยอิเล็กตรอน Lewis Base พุ่งเข้าหาอะตอมหรือโมเลกุลที่มีประจุบวก
3. กรดลิวอิสมีชุดอิเล็กตรอนไม่เพียงพอในเปลือกนอก ลิวอิสเบสมีชุดอิเล็กตรอนพิเศษที่ปราศจากการพันกันของพันธะเคมี 
4. Lewis Acid ไม่มีวงโคจรโมเลกุลสูงสุด วงโคจรของโมเลกุล Lewis Bases มีความเข้มข้นสูง
5. กรด Lewis ไม่ใช่กรด Brønsted-Lowry Brønsted-Lowry Base สามารถเป็น Lewis Base ได้

อ้างอิง

1. https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/cr60311a002
2. https://www.thieme-connect.com/products/ejournals/html/10.1055/s-2005-869831

อัพเดตล่าสุด : 11 มิถุนายน 2023