Депротонирование (или дегидрирование ) — это удаление (перенос) протона ( или гидрона , или катиона водорода) (H + ) из кислоты Бренстеда-Лоури в кислотно-основной реакции . [1] [2] Образовавшаяся разновидность представляет собой сопряженное основание этой кислоты. Дополнительный процесс, когда протон присоединяется (переносится) к основанию Бренстеда-Лоури , представляет собой протонирование (или гидронирование). Образовавшаяся разновидность представляет собой кислоту, сопряженную с этим основанием.
Виды, которые могут принимать или отдавать протон, называются амфипротонными . Примером может служить молекула H 2 O (воды), которая может получить протон с образованием иона гидроксония H 3 O + или потерять протон, оставив ион гидроксида OH - .
Относительная способность молекулы отдавать протон измеряется ее значением p K a . Низкое значение pKa указывает на то, что соединение является кислым и легко отдает свой протон основанию . P K a соединения определяется многими аспектами, но наиболее важным является стабильность сопряженного основания. В первую очередь это определяется способностью (или неспособностью) сопряженного основания стабилизировать отрицательный заряд. Одним из наиболее важных способов оценки способности сопряженного основания распределять отрицательный заряд является использование резонанса . Электроноакцепторные группы (которые могут стабилизировать молекулу за счет увеличения распределения заряда) или электронодонорные группы (которые дестабилизируют за счет уменьшения распределения заряда), присутствующие на молекуле, также определяют ее p K a . Используемый растворитель также может способствовать стабилизации отрицательного заряда сопряженного основания.
Основания, используемые для депротонирования, зависят от p K a соединения. Когда соединение не является особенно кислым и, как таковое, молекула с трудом отдает свой протон, требуется основание, более сильное, чем общеизвестные гидроксиды. Гидриды — один из многих типов мощных депротонирующих агентов. Обычно используемые гидриды представляют собой гидрид натрия и гидрид калия . Гидрид образует газообразный водород с освобожденным протоном из другой молекулы. Водород опасен и может воспламениться вместе с кислородом воздуха, поэтому химическую процедуру следует проводить в инертной атмосфере (например, азоте ).
Депротонирование может быть важным этапом химической реакции. Кислотно-основные реакции обычно происходят быстрее, чем любой другой этап, который может определить продукт реакции. Сопряженное основание более богато электронами, чем молекула, что может изменить реакционную способность молекулы. Например, при депротонировании спирта образуется отрицательно заряженный алкоксид, который является гораздо более сильным нуклеофилом.
Чтобы определить, будет ли данного основания достаточно для депротонирования определенной кислоты, сравните сопряженное основание с исходным основанием. Сопряженное основание образуется при депротонировании кислоты основанием. На изображении выше гидроксид действует как основание для депротонирования карбоновой кислоты. Сопряженное основание представляет собой карбоксилатную соль. В этом случае гидроксид является достаточно сильным основанием, чтобы депротонировать карбоновую кислоту, поскольку сопряженное основание более стабильно, чем основание, поскольку отрицательный заряд делокализован на двух электроотрицательных атомах по сравнению с одним. Используя значения p K a , карбоновая кислота равна примерно 4, а сопряженная кислота, вода, равна 15,7. Поскольку кислоты с более высокими значениями pKa с меньшей вероятностью отдадут свои протоны, равновесие будет благоприятствовать их образованию. Поэтому часть уравнения с водой будет формироваться преимущественно. Если, например, для депротонирования карбоновой кислоты вместо гидроксида использовать воду, равновесие не будет благоприятствовать образованию карбоксилатной соли. Это связано с тем, что сопряженная кислота гидроксония имеет ap K a -1,74, что ниже, чем у карбоновой кислоты. В этом случае равновесие будет в пользу карбоновой кислоты.