$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Kimyada, asit-baz modelleri, bir sentez tasarlarken önemli olan reaktivitedeki eğilimleri ve reaktanların özelliklerini açıklamak için kullanılır.
1894'te Svante Arrhenius, asitler ve bazlar kavramına öncülük etti ve bunları özellikle suda ayrışan ve sırasıyla hidronyum veya hidroksit iyonları veren maddeler olarak tanımladı.
1923'te Johannes Bränsted ve Thomas Lowry, asitleri ve bazları, farklı çözücülerde hidrojen iyonlarını bağışlama ve kabul etme yeteneklerine göre tanımladılar ve asit-baz eşlenik çiftleri kavramını yarattılar.
Aynı yıl Gilbert Lewis, asitleri ve bazları protonlar yerine elektron çiftlerini bağışlama ve kabul etme yeteneklerine göre tanımlayan bir alternatif önerdi. Bu model, metal iyonlarını ve ana grup bileşiklerini dikkate alarak asitlerin ve bazların uygulanmasını genişletti.
Bu video, Lewis asit-baz kavramını bir trifenilfosfin boran kompleksi, sentezi ve analizi temelinde gösterecektir.
Lewis Asit ve Baz modelini kullanırken, molekülün bir elektron çifti bağışlayıp bağışlamayacağını veya kabul edip etmeyeceğini belirlemek için moleküler yapının dikkate alınması gerekir.
Bu nedenle, VSEPR teorisini kullanarak trifenilfosfin ve boranın yapı analizi ile başlayın ve ardından Lewis asidi ve bazını belirleyin.
Trifenilfosfin, fosfor atomu ile üç fenil halkasının her birinde bir karbon arasında üç kovalent bağa sahiptir. Oktet'i doldurmak için serbest elektron çifti olarak iki serbest elektron kalır.
Ayrıca, trifenilfosfin fosfor merkezinde sp3?hibritlenir ve tetrahedral bir elektronik geometriye sahiptir. Bir sp3 orbitalinde bulunan yalnız elektron çifti, trifenilfosfini bir Lewis bazı olarak sınıflandırarak başka bir moleküle bağışlanabilir.
Öte yandan, boranın bor ve üç hidrojen atomu arasında üç kovalent bağa vardır. Boran merkezi sadece altı değerlik elektronuna sahip olduğundan, oktet kuralını yerine getirmez ve bu nedenle elektron eksikliğidir.
Geometri üçgen düzlemseldir ve bağlar sp'dir.2?hibritleşmiştir. Yalnız p orbitali boştur ve elektronları kabul etmeye hazırdır, bu da boranı bir Lewis asidi olarak sınıflandırır.
Trifenilfosfin iki elektronunu boran içindeki boş p orbitaline bağışlarsa, hibridizasyonun sp2'den sp3'e değişmesine yol açar ve kararlı bir Lewis asit-baz eklentisinin oluşacağı öne sürülebilir.
Bir Lewis asidi ve baz arasındaki bu tür bir bağa genellikle koordinatlı kovalent veya bir ok kullanılarak gösterilen bir datif bağ denir.
Artık Lewis asitlerinin ve bazlarının ilkelerini öğrendiğinize göre, trifenilfosfin ve boran arasında kararlı bir eklenti oluşup oluşmayacağını araştıralım.
Başlamadan önce, Schlenk Line'ı ve solvent transferi için nasıl kullanılacağını bildiğinizden emin olun. Uygun KKD giyin ve tüm cam malzemeleri yıldız çatlakları açısından inceleyin.
Basınç tahliye vanasını kapatın, N2'yi ve vakum pompasını açın. Soğuk tuzağı monte edin ve minimum basınca ulaşıldığında kuru buz/aseton ile doldurun. Bu şekilde, organik çözücülerin varlığında patlayıcı olan tuzakta O2 yoğuşması riskini en aza indirirsiniz.
Şimdi, A olarak etiketlenmiş 200 mL'lik bir Schlenk şişesine 5.3 g trifenilfosfin ekleyerek senteze başlayalım.
Kanül transferi kullanarak Schlenk şişesi A'ya 20 mL kuru ve gazı alınmış THF ekleyin. Trifenilfosfini çözmek için çözeltiyi karıştırın. Bu arada, kanül transferi için 1.15 g NaBH4 içeren ikinci bir Schlenk şişesi B hazırlayın.
Hem Schlenk şişeleri A hem de B'yi bir buz banyosunda soğutun. Kanülü kullanarak, şişe A'nın içeriğini şişe B'ye aktarın. Ardından, Schlenk B'nin kauçuk septumunu bir ilave huni ile değiştirin, huniyi temizleyin ve yeni bir septum ile takın.
Ardından, kanül transferi yoluyla ekleme hunisine 8 mL kuru ve gazı alınmış THF ekleyin. Sistem N2'nin altındayken, septumu ekleme hunisinden çıkarın, 2 mL buzlu asetik asit ekleyin ve septumu tekrar takın. Şimdi, THF ve buzul asit karışımını kuvvetlice karıştırarak Schlenk şişesi B'ye damla damla ekleyin.
Eklemeden sonra, reaksiyonun oda sıcaklığına ısınmasına izin verin ve N2 altında bir saat daha karıştırın. Ardından N2 beslemesini kapatın, ekleme hunisini çıkarın ve reaksiyonu 20 mL H2O ile yavaşça söndürün.
Daha sonra, reaksiyona yavaşça suya bir asetik asit karışımı ekleyin ve ürün çökelmesine neden olun. Çökelti oluşmazsa şişeyi soğutun.
Ürünü, fritli bir huniden emerek süzün. Elde edilen katıyı 20 mL buz gibi soğuk suyla yıkayın ve çökeltiyi kurutmak için bir şişeye aktarın.
Son olarak, başlangıç malzemesinin ve izole edilmiş ürünün CDCl3'te bir NMR numunesi hazırlayın. Her numune için bir 31P NMR toplayın.
Şimdi, trifenilfosfinin fosfor sinyalinin, NMR kullanılarak üründeki boran koordinasyonu üzerine nasıl etkilendiğini analiz edelim.
Serbest trifenilfosfin -5.43 ppm'de sinyal olarak gösterilirken, boran trifenilfosfin kompleksinin sinyali aşağı doğru 20.7 ppm'ye kaydırılır. Bu, Lewis eklenti oluşumu üzerine kalkanı ayrılan fosfor merkezinden elektron yoğunluğunun çıkarılması ile tutarlıdır.
Bu gözlem, bir Lewis asidi olarak boranın ve bir Lewis bazı olarak trifenilfosfinin kararlı bir eklenti oluşturacağını öngören Lewis asit-baz teorisini güçlendirir.
Lewis asit-baz modeli, geçiş metalleri de dahil olmak üzere moleküller için organik ve inorganik kimyada yeni sentezler tasarlarken gerekli olan moleküler özellikler hakkında daha fazla bilgi edinmek için kullanılır.
Tarihsel olarak, geçiş metali iyonları Lewis asitleri olarak kabul edilmiştir, ancak aynı zamanda Lewis bazları olarak da işlev görebilirler. Örneğin, metal-boran kompleksleri, olefinlerin hidrojenasyonu ve nitrojen fiksasyonu gibi önemli dönüşümlere katılabilir.
Olefin hidrojenasyonu, bir nikel boran türüne dayalı yeni bir katalizör kullanılarak gerçekleştirilebilir. Bu tür, HH bağını heterolitik olarak parçalar ve geri dönüşümlü olarak H2'yi olefine ekleyerek onu bir alkana dönüştürür.
Ayrıca, bir demir-boran kompleksi homojen katalizör, nitrojeni katalitik olarak kimya endüstrisinde kritik bir reaksiyon olan amonyağa indirgeyebilir.
Hüsrana uğramış Lewis Çiftleri veya FLP'ler, sterik engel nedeniyle datif bir bağ oluşturamayan Lewis asit-baz eklentileridir.
Hayal kırıklığına uğramış Lewis çiftlerinin reaktivitesi, yeni hidrojenasyon katalizörlerinin geliştirilmesinde uygulama bulmuştur. Örneğin, ana grup elementlerine dayanan bir zwitteriyonik kompleksin, bu ürünü vermek için geri dönüşümlü olarak H2 kaybettiği gösterilmiştir. Bu çalışma, FLP araştırmalarının geliştirilmesine öncülük etmiştir.
JoVE'nin Lewis asit-baz teorisine girişini yeni izlediniz. Artık Lewis asitlerinin ve bazlarının tanımını, bir Lewis asit-baz kompleksinin nasıl sentezleneceğini ve bu tür komplekslerin nerede uygulandığını anlamalısınız. İzlediğiniz için teşekkürler!
