ルイス酸塩基理論では、電子を酸塩基反応の活性種と見なしています。 ルイス酸 は電子対受容体ですが、ルイス塩基 電子対供与体です。これは、それぞれ水素イオンまたはプロトンの挙動から反応を見るアレニウスおよびブレンステッド-ローリーの酸および塩基とは対照的です。ルイス理論の利点は、酸と塩基のリストを拡張し、酸化還元反応でうまく機能することです.
- ルイス酸は電子対を受け取り、共有結合を形成します。
- ルイス塩基は電子対を供与して共有結合を形成します。
歴史
アメリカの物理化学者ギルバート N. ルイスは、化学結合の理解を酸塩基理論に適用しました。 1916 年、Lewis は、各原子が 1 つの電子を提供して原子が共有する電子対を形成するときに共有結合が形成されることを提案しました。両方の電子が 1 つの原子から来る場合、化学結合は配位共有結合または配位共有結合です。 1923年、ルイスは酸を「それ自体の原子の1つの安定基を完成させる際に、別の分子からの孤立電子対を使用できる」物質として説明しました. 1963 年に、この理論はハードおよびソフトの酸と塩基を分類するように拡張されました (HSAB 理論)。
ルイス酸とルイス塩基の働き
ルイス酸塩基反応には、塩基から酸への電子対の移動が含まれます。たとえば、アンモニアの窒素原子 (NH3 ) は電子対を持っています。アンモニアが水素イオン (H) と反応すると、電子対が水素に移動し、アンモニウム イオン (NH
NH3 + H → NH4
したがって、アンモニアはルイス塩基であり、水素カチオンはルイス酸です。アレニウス理論とブレンステッド・ローリー理論の両方が、この酸塩基反応を説明しています。
ただし、ルイス酸と塩基の理論では、水素を含まない酸も使用できます。たとえば、三フッ化ホウ素 (BF3 ) は、アンモニアと反応するとルイス酸になります (これもまたルイス塩基です):
NH3 + BF3 → NH3 BF3
窒素は電子対をホウ素原子に供与します。 2 つの分子が直接結合し、付加体を形成します . 2 つの種の間に形成される結合は、座標結合です。 または配位共有結合 .
ルイス酸と塩基の例
ルイス塩基には、他の定義の通常の塩基が含まれます。ルイス塩基の例には、OH、NH3 が含まれます。 、CN、および H2 O. ルイス酸には、通常の酸に加えて、他の定義では酸と見なされない種が含まれます。ルイス酸の例には、H、HCl、Cu、CO2 が含まれます 、SiBr4 、AlF3 、BF3 、H2 O.
| ルイス酸 | ルイス基地 |
|---|---|
| 孤立ペアアクセプター | 孤立ペア ドナー |
| 求電子剤 | 求核剤 |
| 金属陽イオン (Ag、Mg など) | Bronsted-Lowry ベース |
| 陽子 (H) | リガンド |
| 電子不足のπ系 | 電子が豊富なπ系 |
ハードおよびソフト ルイス酸と塩基 (HSAB 理論)
ルイス酸とルイス塩基は、硬さや柔らかさによって分類されます。ハードとは、小さくて分極できないことを意味します。 Soft は、より大きな分極性原子に適用されます。
- 硬酸の例は、H、アルカリ金属陽イオン、アルカリ土類金属陽イオン、Zn、ボランです。
- 軟酸の例としては、Ag、Pt、Ni(0)、Mo(0) があります。
- 典型的な硬塩基は、アンモニア、アミン、水、フッ化物、塩化物、カルボン酸塩です。
- 軟塩基の例としては、一酸化炭素、ヨウ化物、チオエーテル、有機ホスフィンがあります。
HSAB 理論は、付加体形成またはメタセシス反応の生成物の強度を予測する際に役立ちます。ハードハード相互作用はエンタルピー優先です。ソフト-ソフト相互作用はエントロピー優先です。
両性種
一部の化学種は両性であり、状況に応じてルイス酸またはルイス塩基として作用することができます。水 (H2 O) は良い例です。
水はアンモニアと反応すると酸として作用します:
H2 O + NH3 → NH4 +ああ
塩酸と反応すると塩基として機能します:
H2 O + HCl → Cl + H3 O
水酸化アルミニウム [Al(OH)3 ] は、ルイス理論に基づく両性化合物の例です。これは、水素イオンとの反応でルイス塩基として機能します:
Al(OH)3 + 3H → アル + 3H2 O
これは、水酸化物イオンとの反応でルイス酸として機能します:
Al(OH)3 + OH → Al(OH)4
ルイスの酸と塩基 vs ブレンステッド-ロウリーの酸と塩基
ブレンステッド・ローリーの酸と塩基の理論は、ルイス理論と同じ年に発表されました。 2 つの理論は異なる基準を使用して酸と塩基を予測しますが、ほとんどの酸と塩基のリストは同じです。
ブレンステッド・ローリー塩基はすべてルイス塩基です。ブレンステッド・ローリー酸はすべてルイス酸です。また、ブレンステッド・ローリー酸の共役塩基はルイス塩基です。ただし、Bronsted-Lowry 酸ではないルイス酸がいくつかあります。また、一部のルイス塩基は容易にプロトン化されませんが、ルイス酸と反応します。たとえば、一酸化炭素 (CO) は非常に弱いブレンステッド-ローリー塩基であるルイス塩基です。一酸化炭素はフッ化ベリリウム (BF3 ).
参考文献
- キャリー、フランシス A. (2003). 有機化学 （第5版）。ボストン:マグロウヒル。 ISBN 0-07-242458-3.
- IUPAC (1997)。 「ルイス酸」。 Compendium of Chemical Terminology (第 2 版) (「ゴールド ブック」)。ブラックウェル科学出版物。 doi:10.1351/goldbook.L03508
- W.B.ジェンセン（1980）。 ルイス酸塩基の概念:概要 .ニューヨーク:ワイリー。 ISBN 0-471-03902-0。
- レプチ、クリスティーン。マラバル、ヴァレリー。カナック、イヴ。ショーヴァン、レミ（2016）。 「配位結合の性質について:金属への配位とその先.カーボンケース」。 配位化学のレビュー . 308:59–75. doi:10.1016/j.ccr.2015.07.018
- ルイス、ギルバート・ニュートン (1923)。 原子と分子の原子価と構造 .アメリカ化学会。モノグラフシリーズ。米国ニューヨーク州ニューヨーク：Chemical Catalog Company。 ISBN 9780598985408.
