Номер 331, страница 77 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.331. Приведите примеры частиц, которые проявляют и сильные основные, и сильные нуклеофильные свойства.

Частицы, проявляющие одновременно сильные основные и сильные нуклеофильные свойства, — это, как правило, небольшие по размеру анионы с высокой плотностью заряда на донорном атоме, который не является чрезмерно электроотрицательным и не создает стерических препятствий.

Следует различать понятия основности и нуклеофильности. Основность — это термодинамическая характеристика, мера сродства частицы к протону ($H^+$). Нуклеофильность — это кинетическая характеристика, которая описывает скорость реакции частицы с электрофильным центром (например, с атомом углерода). Хотя эти свойства часто коррелируют (сильное основание часто является сильным нуклеофилом), ключевым фактором, их разделяющим, являются стерические (пространственные) препятствия. Сильно затрудненная частица может быть сильным основанием (поскольку протон очень мал и доступен), но слабым нуклеофилом (поскольку ей трудно подойти к более крупному электрофильному атому углерода).

Примерами частиц, которые являются и сильными основаниями, и сильными нуклеофилами, служат:

• Гидроксид-ион ($HO^-$). Это сильное основание (сопряженная кислота $H_2O$ имеет $pKa \approx 15.7$). Ион мал по размеру, что делает его и хорошим нуклеофилом, способным атаковать незатрудненные электрофильные центры.
• Незатрудненные алкоксид-ионы ($RO^-$). Например, метоксид ($CH_3O^-$) и этоксид ($C_2H_5O^-$). Они являются более сильными основаниями, чем гидроксид-ион, так как их сопряженные кислоты (спирты) имеют более высокие значения $pKa$ (16-18). Их небольшой размер позволяет им также быть сильными нуклеофилами. В отличие от них, пространственно затрудненный трет-бутоксид-ион ($(CH_3)_3CO^-$) — сильное основание, но слабый нуклеофил.
• Амид-ион ($NH_2^-$). Это чрезвычайно сильное основание (сопряженная кислота $NH_3$ имеет $pKa \approx 38$). Отрицательный заряд на атоме азота, который менее электроотрицателен, чем кислород, делает его также очень сильным нуклеофилом.
• Карбанионы. Например, алкильные группы в составе металлоорганических соединений, таких как бутиллитий ($C_4H_9Li$) или реактивы Гриньяра ($RMgX$). Их сопряженные кислоты — алканы ($pKa \approx 50$), что делает их одними из самых сильных оснований. Отрицательный заряд на атоме углерода делает их и превосходными нуклеофилами.
• Гидрид-ион ($H^-$). Источниками служат, например, гидрид натрия ($NaH$) или алюмогидрид лития ($LiAlH_4$). Это очень сильное основание (сопряженная кислота $H_2$ имеет $pKa \approx 36$). Будучи наименьшим из возможных анионов, он является и сильным нуклеофилом, атакующим, например, карбонильный углерод.

Ответ: Примерами частиц, проявляющих сильные основные и сильные нуклеофильные свойства, являются гидроксид-ион ($HO^-$), незатрудненные алкоксид-ионы (например, $CH_3O^-$ и $C_2H_5O^-$), амид-ион ($NH_2^-$), карбанионы (например, алкильная группа в $C_4H_9Li$), гидрид-ион ($H^-$).