تفاعل لويس بين حمض القاعدة في درجة الحموضة₃P-BH₃

في الكيمياء ، تستخدم النماذج الحمضية القاعدية لشرح الاتجاهات في تفاعل وخصائص المواد المتفاعلة ، وهو أمر مهم عند تصميم التوليف.

في عام 1894 ، كان سفانتي أرهينيوس رائدا في مفهوم الأحماض والقواعد ، واصفا إياها على وجه التحديد بأنها مواد تنفصل في الماء ، لإنتاج أيونات الهيدرونيوم أو الهيدروكسيد ، على التوالي.

في عام 1923 ، حدد يوهانس برنستد وتوماس لوري الأحماض والقواعد من خلال قدرتها على التبرع بأيونات الهيدروجين وقبولها في مذيبات مختلفة ، مما أدى إلى إنشاء مفهوم الأزواج المترافقة الحمضية القاعدية.

في نفس العام ، اقترح جيلبرت لويس بديلا ، يحدد الأحماض والقواعد من خلال قدراتها على التبرع بأزواج الإلكترونات وقبولها ، بدلا من البروتونات. وسع هذا النموذج من تطبيق الأحماض والقواعد ، مع مراعاة أيونات المعادن ومركبات المجموعة الرئيسية.

سيوضح هذا الفيديو مفهوم قاعدة حمض لويس على أساس مركب ثلاثي فينيل فوسفين بوران ، وتوليفه ، وتحليله.

عند استخدام نموذج لويس حمض وقاعدة ، يجب مراعاة التركيب الجزيئي لتحديد ما إذا كان الجزيء سيتبرع أو يقبل زوجا إلكترونيا.

لذلك ، ابدأ بتحليل هيكل ثلاثي فينيل فوسفين والبوران باستخدام نظرية VSEPR ، ثم حدد حمض لويس وقاعدته.

يحتوي ثلاثي فينيل فوسفين على ثلاث روابط تساهمية بين ذرة الفوسفور والكربون في كل حلقة من حلقات الفينيل الثلاث. يترك إلكترونين حران كزوج إلكتروني حر لملء الثماني بتات.

علاوة على ذلك ، يتم تهجين ثلاثي فينيل فوسفين sp3 في مركز الفوسفور وله هندسة إلكترونية رباعية السطوح. يمكن التبرع بالزوج الوحيد من الإلكترونات الموجودة في مدار sp3 لجزيء آخر ، ويصنف ثلاثي فينيل فوسفين على أنه قاعدة لويس.

من ناحية أخرى ، يحتوي البوران على ثلاث روابط تساهمية بين البورون وذرات الهيدروجين الثلاث. نظرا لأن مركز البوران يحتوي على ستة إلكترونات تكافؤ فقط ، فإنه لا يفي بقاعدة الثماني بتات وبالتالي فهو يعاني من نقص في الإلكترون.

الهندسة مستوية مثلثية الاضلاع والروابط sp2?مهجنة. المدار p الوحيد فارغ وجاهز لقبول الإلكترونات ، والذي يصنف البوران على أنه حمض لويس.

إذا تبرع ثلاثي فينيل فوسفين بإلكتروناته إلى المدار p الفارغ في البوران ، فإنه يؤدي إلى تغيير التهجين من sp2 إلى sp3 ويمكن للمرء أن يقترح أن يتشكل مقرب لويس الحمضي القاعدي المستقر.

غالبا ما يطلق على هذا النوع من الروابط بين حمض لويس والقاعدة تساهمية تنسيقية ، أو رابطة داتيف ، والتي يشار إليها باستخدام سهم.

الآن بعد أن تعلمت مبادئ أحماض لويس وقواعدها ، دعنا نتحقق مما إذا كان سيتم تشكيل مقرب مستقر بين ثلاثي فينيل فوسفين والبوران.

قبل أن تبدأ ، تأكد من أنك على دراية بخط Schlenk وكيفية استخدامه لنقل المذيبات. ارتد معدات الوقاية الشخصية المناسبة وافحص جميع الأواني الزجاجية بحثا عن تشققات النجوم.

أغلق صمام تحرير الضغط ، وقم بتشغيل N2 ومضخة التفريغ. قم بتجميع المصيدة الباردة واملأها بالثلج الجاف / الأسيتون ، بمجرد الوصول إلى الحد الأدنى للضغط. بهذه الطريقة تقلل من مخاطر O2 التكثيف في المصيدة ، وهو متفجر في وجود مذيبات عضوية.

الآن ، لنبدأ التوليف بإضافة 5.3 جم من ثلاثي فينيل فوسفين إلى قارورة Schlenk سعة 200 مل تحمل علامة A. تحضير قارورة Schlenk A لنقل قنية المذيب.

أضف 20 مل من THF الجاف ونزوع الغازات إلى قارورة Schlenk A باستخدام نقل القنية. حرك المحلول لإذابة ثلاثي فينيل فوسفين. في هذه الأثناء ، قم بإعداد قارورة Schlenk B ثانية تحتوي على 1.15 جم من NaBH4 لنقل القنية.

قم بتبريد كل من قوارير Schlenk A و B في حمام جليدي. باستخدام القنية ، انقل محتويات القارورة A إلى قارورة B. بعد ذلك ، استبدل الحاجز المطاطي ل Schlenk B بقمع إضافي ، وقم بتطهير القمع ، وقم بتركيبه بحاجز جديد.

بعد ذلك ، أضف 8 مل من THF الجاف ونزوع الغازات إلى قمع الإضافة عن طريق نقل القنية. مع وجود نظام تحت N2 ، قم بإزالة الحاجز من قمع الإضافة ، وأضف 2 مل من حمض الخليك الجليدي ، وأعد وضع الحاجز مرة أخرى. الآن ، أضف خليط THF والحمض الجليدي إلى قارورة Schlenk B ، مع التحريك بقوة.

بعد الإضافة ، اترك التفاعل يسخن إلى درجة حرارة الغرفة ويقلب لمدة ساعة إضافية تحت N2. ثم أغلق مصدر N2 ، وقم بإزالة قمع الإضافة ، وقم بإخماد التفاعل ببطء باستخدام 20 مل من H2O.

بعد ذلك ، أضف خليطا من حمض الأسيتيك في الماء ببطء إلى التفاعل ، مما يؤدي إلى هطول الأمطار في المنتج. قم بتبريد القارورة ، إذا لم تكن هناك أشكال ترسيب.

قم بتصفية المنتج عن طريق الشفط من خلال قمع ممزق. اغسل المادة الصلبة الناتجة ب 20 مل من الماء المثلج ، وانقل الراسب إلى قارورة للتجفيف.

أخيرا ، قم بإعداد عينة الرنين المغناطيسي النووي للمادة الأولية والمنتج المعزول في CDCl3. اجمع الرنين المغناطيسي النووي 31P لكل عينة.

الآن دعنا نحلل كيف تتأثر الإشارة الفوسفورية لثلاثي فينيل فوسفين عند التنسيق مع البوران في المنتج باستخدام الرنين المغناطيسي النووي.

يظهر ثلاثي فينيل فوسفين الحر كإشارة عند -5.43 جزء في المليون ، بينما يتم تحويل إشارة مركب البوران ثلاثي فينيل فوسفين إلى أسفل الحقل إلى 20.7 جزء في المليون. يتوافق هذا مع إزالة كثافة الإلكترون من مركز الفوسفور ، والذي يتم إزالته عند تكوين مقرب لويس.

تعزز هذه الملاحظة نظرية قاعدة حمض لويس التي تتنبأ بأن البوران ، مثل حمض لويس ، وثلاثي فينيل فوسفين ، كقاعدة لويس ، سيشكلان مقربا مستقرا.

يستخدم نموذج لويس الحمضي القاعدي لاكتساب مزيد من التبصر في الخصائص الجزيئية ، وهو أمر ضروري عند تصميم توليفات جديدة في الكيمياء العضوية وغير العضوية للجزيئات بما في ذلك المعادن الانتقالية.

تاريخيا ، اعتبرت أيونات المعادن الانتقالية أحماض لويس ، ومع ذلك ، يمكن أن تكون أيضا بمثابة قواعد لويس. على سبيل المثال ، يمكن أن تشارك مجمعات البوران المعدنية في تحولات مهمة مثل هدرجة الأوليفينات وتثبيت النيتروجين.

يمكن إجراء هدرجة أوليفين باستخدام محفز جديد يعتمد على أنواع بوران النيكل. يشق هذا النوع رابطة H-H بشكل غير متجانس ويضيف H2 إلى الأولفين ويحوله إلى ألكان.

علاوة على ذلك ، يمكن للمحفز المتجانس المركب بين الحديد والبوران أن يقلل بشكل محفز من النيتروجين إلى الأمونيا ، وهو تفاعل حاسم في الصناعة الكيميائية.

أزواج لويس المحبطة ، أو FLPs ، هي مقاربات لويس الحمضية القاعدية ، والتي لا يمكن أن تشكل رابطة داتيلية ، بسبب العائق الفراغي.

وجد تفاعل أزواج لويس المحبطة تطبيقا في تطوير محفزات هدرجة جديدة. على سبيل المثال ، تبين أن مركب zwitterionic ، الذي يعتمد على عناصر المجموعة الرئيسية ، يفقد H2 بشكل عكسي لإعطاء هذا المنتج. كانت هذه الدراسة رائدة في تطوير أبحاث FLP.

لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE لنظرية لويس الحمضية القاعدة. يجب أن تفهم الآن تعريف أحماض لويس والقواعد ، وكيفية تصنيع مركب لويس الحمضي القاعدي ، وأين يتم تطبيق هذه الأنواع من المجمعات. شكرا للمشاهدة!