有机化学酸碱理论
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• 这个理论要求碱必须有OH–基团，但是 NH3这样的物质，虽然没有OH–基团， 但毫无疑问它也是碱。
• Arrhenius 酸碱理论另一个问题是没有 考虑到溶剂（H2O）担当的角色。
3
BrØnstedLowry 酸碱（质子）理论
1 定义 2 共轭酸碱对 3 布朗斯特平衡 4 酸碱性强弱与分子结构的关系
酸碱理论基础
1
3.1 布朗斯特酸碱
The BrØnsted-Lowry acid-base model
3.2 路易斯酸碱
The Lewis acid-base model
3.3 酸碱平衡
Acetic-alkali equilibrium
2
经典的Arrhenius 酸碱理论
• 在水溶液中所有的酸都电离出氢离子， 所有的碱都电离出氢氧根离子。
20
1、一元弱酸 HA +
c0(HA)
c0(HA) – x
H2O c0(H2O) c0(H2O) – x
A– + 0 x
H3O+ 0 x
K
θ c
[A ][H3O ] [HA][H2O]
Kaθ
Kcθ[H2O]
[A- ][H3O+ ] [HA]
x2 c0 (HA)
x
If x << c0(HA), c0(HA) – x c0(HA) and c0(HA)/Kaq 500
碱
Cl+ + [AlCl4]Cl
Cl Cl
+ AlCl3
25
4. 亲核取代反应中的酸碱反应 所有的亲核取代反应都认为是酸碱反应。 卤代烃是酸，亲核试剂是碱。
卤代烃的腈解
RX + NaCN
酸
碱
醇与卤化氢的反应
ROH + HX
碱
酸
RCN RX
3.6 酸碱在有机化学中的应用
26
5. 亲电取代反应中的酸碱反应 所有的亲电取代反应都认为是酸碱反应。 芳烃是碱，亲电试剂是酸。
一种物质是酸是碱, 取决于它参与的反应；既可为 酸又可为碱的物质叫两性物质(Amphoteric substance)。
质子理论中无盐的概念，电离理论中的盐，在质子 理论中都是离子酸或离子碱。
8
9
酸碱反应的实质 两个共轭酸碱对之间的质子传递
● 酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共轭酸越弱 ● 反应总是由相对较强的酸和碱向生成相对较弱的碱
Lewis 酸： AlCl3, SnCl4,TiCl4, BF3, FeCl3, Ag, Cu, Pd, Pt
NR2
Lewis 碱： R4N+OH-
N
N
H
23
2. 亲核加成反应中的酸碱反应
所有的亲核加成反应都认为是酸碱反应。 醛、酮、酸及其衍生物是酸，亲核试剂是碱。
格氏试剂与羰 基化合物的加 成反应
4
• 酸就是质子供体，碱就是质子受体。 • 酸碱反应指质子由供体向受体的转移过程• Arrhenius 理论的两个问题这里就可以解决了，我们以NH3与H2O反 应为例。
5
共轭酸碱对
半反应(Half reaction)的概念
H2O(l) NH3(aq) OH(aq) NH4 (aq)
它的一个半反应是作为酸的H2O分子给出质子生成它的
和酸的方向进行
10
按照质子理论的酸碱反应
HOAc + NH3 酸1 碱2
OAc－ + NH4+ 碱1 酸2
H2O + H2O 酸1 碱2
OH－ + H3O+ 碱1 酸2
H2O + Ac－ OH－ + HAc 酸1 碱2 碱1 酸2
名称 成盐反应 自解离反应 弱酸盐水解
11
● 酸和碱的解离反应
12
反应，碱的强弱影响着酸的强度。
HA(aq) + H2O(l)
A–(aq) + H3O+(aq)
该反应的标准平衡常数 K叫aθ 酸性常数(Acidity
constant), 也叫酸的电离常数(Acid ionization constant):
Kaθ
{c(A )
/
mol dm3}{c(H3O ) / mol dm3} {c(HA) / mol dm3}
H2O + H2O = H3O+ + OH酸1 碱2 酸2 碱1 • 简写为： H2O = H+ + OH-
18
pH标度
为了方便指示水溶液的酸碱性，丹麦科学家 S.P.L.Sörensen在1909年提出pH标度。
定义： pH = -lg [H+] （SI规定：物理量变量的符号用斜体字书写， 但pH 例外，用正体字母书写）
x [H3O+ ] Kaθc0 (HA)
pH = -lg [H+] pKa=-lgKa
21
2、一元弱碱
B + H2O
c0(B)
c0(H2O)
c0(B) – x c0(H2O) – x
BH+ + OH–
0
0
x
x
Kcθ
[BH ][OH ] [B][H2O]
Kbθ
Kcθ [H 2 O]
[BH+ ][OH- ] [B]
Lewis G N 美国物理化学家
16
路易斯酸是指能作为电子对受体的原子、分子或离 子;
路易斯碱则指能作为电子对供体的原子、分子或离 子；
酸碱反应是电子对受体与电子对供体之间形成配位 共价键的反应。
17
水溶液的酸碱性
一、水的自偶电离 • 纯水有微弱的导电性，表明它有微弱的自偶电离。 • 按酸碱质子理论讨论:
x2 c0 (B)
x
If x << c0(B), c0(B) – x c0(B) and c0(B)/Kbq 500
x [OH ] Kbθc0 (B)
pOH = -lg [OH-] pKa=-lgKb
22
酸碱在有机化学中的应用
除自由基和协同反应外，有机反应均可看作是酸碱反应。 1. 有机反应的催化剂
14
路易斯酸 1 定义及相关概念 2 有代表性的路易斯酸
15
布朗斯特酸碱概念的核心系于 分子或离子间的质子转移，显然无 法对不涉及质子转移、但却具有酸 碱特征的反应做解释。这一不足在 布朗斯特概念提出的同年由美国化 学家路易斯提出的另一个更广的酸 碱概念所弥补，但后者直到20世纪 30年代才开始在化学界产生影响。
Cl2 + AlCl3
碱酸
Cl+ + [AlCl4]H Cl
+ Cl+
碱
H Cl
酸
+ [AlCl4]-
Cl + AlCl3 + HCl
酸
碱
27
pH = 7.0 pH < 7.0 pH > 7.0
Baidu Nhomakorabea
溶液呈中性 溶液呈酸性 溶液呈碱性
19
溶液的酸碱性及pH标度（续） 同样，定义 pOH = -lg [OH-] 水溶液中，
[H+ ] [OH- ] = Kw (= 1.0 10-14) 两边取负对数：
pH + pOH = pKw = 14.00 (R.T.)
共轭碱(conjugate base)OH–: H2O
H+ + OH–
另一个半反应是作为碱的NH3分子接受质子生成它的共
轭酸(conjugate acid) :
NH3 + H+
NH
+ 4
6
酸给出质子的趋势越强，生成的共轭碱越 弱，反之亦然；碱接受质子的趋势越强，生成 的共轭酸越弱， 反之亦然。
7
任何布朗斯特酸碱反应都涉及两个共轭酸碱对。
● 酸和碱的中和反应
H+
H3O (aq) OH (aq) = H2O(l) H2O(l)
H+
H3O (aq) NH3 (aq) = NH4 (aq) H2O(l)
H+
HAc(aq) + OH (aq) = H2O(l) Ac (aq)
● 盐的水解
H+
H2O(l) + Ac- (aq) = HAc(aq) +OH- (aq)
RMgX +
碱
CO
酸
羰基与氢化 锂铝的还原 反应
LiAlH4 + C O
碱
酸
R C O MgX
H COH
24
3. 亲电加成反应中的酸碱反应 所有的亲电加成反应都认为是酸碱反应。
烯烃、炔烃、或小环烷烃是碱，亲电试剂是酸。
烯烃与氯气 的加成反应
Cl2 + AlCl3
碱酸
碱
Cl
酸
+ Cl+
酸
+ [AlCl4]-
H+
NH+4 (aq) H2O(l) = H3O+ (aq) + NH3(aq)
H+
Cu(H2O)4 2+
+
H2O(l) = H3O+ (aq) +
Cu(OH)(H2
O)3
+ (aq) 13
布朗斯特酸碱反应可写为如下通式:
HA + A'
A + HA'
显然，布朗斯特酸碱反应是碱A与碱A'争夺质子的
• Arrhenius 酸碱理论另一个问题是没有 考虑到溶剂（H2O）担当的角色。
3
BrØnstedLowry 酸碱（质子）理论
1 定义 2 共轭酸碱对 3 布朗斯特平衡 4 酸碱性强弱与分子结构的关系
酸碱理论基础
1
3.1 布朗斯特酸碱
The BrØnsted-Lowry acid-base model
3.2 路易斯酸碱
The Lewis acid-base model
3.3 酸碱平衡
Acetic-alkali equilibrium
2
经典的Arrhenius 酸碱理论
• 在水溶液中所有的酸都电离出氢离子， 所有的碱都电离出氢氧根离子。
20
1、一元弱酸 HA +
c0(HA)
c0(HA) – x
H2O c0(H2O) c0(H2O) – x
A– + 0 x
H3O+ 0 x
K
θ c
[A ][H3O ] [HA][H2O]
Kaθ
Kcθ[H2O]
[A- ][H3O+ ] [HA]
x2 c0 (HA)
x
If x << c0(HA), c0(HA) – x c0(HA) and c0(HA)/Kaq 500
碱
Cl+ + [AlCl4]Cl
Cl Cl
+ AlCl3
25
4. 亲核取代反应中的酸碱反应 所有的亲核取代反应都认为是酸碱反应。 卤代烃是酸，亲核试剂是碱。
卤代烃的腈解
RX + NaCN
酸
碱
醇与卤化氢的反应
ROH + HX
碱
酸
RCN RX
3.6 酸碱在有机化学中的应用
26
5. 亲电取代反应中的酸碱反应 所有的亲电取代反应都认为是酸碱反应。 芳烃是碱，亲电试剂是酸。
一种物质是酸是碱, 取决于它参与的反应；既可为 酸又可为碱的物质叫两性物质(Amphoteric substance)。
质子理论中无盐的概念，电离理论中的盐，在质子 理论中都是离子酸或离子碱。
8
9
酸碱反应的实质 两个共轭酸碱对之间的质子传递
● 酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共轭酸越弱 ● 反应总是由相对较强的酸和碱向生成相对较弱的碱
Lewis 酸： AlCl3, SnCl4,TiCl4, BF3, FeCl3, Ag, Cu, Pd, Pt
NR2
Lewis 碱： R4N+OH-
N
N
H
23
2. 亲核加成反应中的酸碱反应
所有的亲核加成反应都认为是酸碱反应。 醛、酮、酸及其衍生物是酸，亲核试剂是碱。
格氏试剂与羰 基化合物的加 成反应
4
• 酸就是质子供体，碱就是质子受体。 • 酸碱反应指质子由供体向受体的转移过程• Arrhenius 理论的两个问题这里就可以解决了，我们以NH3与H2O反 应为例。
5
共轭酸碱对
半反应(Half reaction)的概念
H2O(l) NH3(aq) OH(aq) NH4 (aq)
它的一个半反应是作为酸的H2O分子给出质子生成它的
和酸的方向进行
10
按照质子理论的酸碱反应
HOAc + NH3 酸1 碱2
OAc－ + NH4+ 碱1 酸2
H2O + H2O 酸1 碱2
OH－ + H3O+ 碱1 酸2
H2O + Ac－ OH－ + HAc 酸1 碱2 碱1 酸2
名称 成盐反应 自解离反应 弱酸盐水解
11
● 酸和碱的解离反应
12
反应，碱的强弱影响着酸的强度。
HA(aq) + H2O(l)
A–(aq) + H3O+(aq)
该反应的标准平衡常数 K叫aθ 酸性常数(Acidity
constant), 也叫酸的电离常数(Acid ionization constant):
Kaθ
{c(A )
/
mol dm3}{c(H3O ) / mol dm3} {c(HA) / mol dm3}
H2O + H2O = H3O+ + OH酸1 碱2 酸2 碱1 • 简写为： H2O = H+ + OH-
18
pH标度
为了方便指示水溶液的酸碱性，丹麦科学家 S.P.L.Sörensen在1909年提出pH标度。
定义： pH = -lg [H+] （SI规定：物理量变量的符号用斜体字书写， 但pH 例外，用正体字母书写）
x [H3O+ ] Kaθc0 (HA)
pH = -lg [H+] pKa=-lgKa
21
2、一元弱碱
B + H2O
c0(B)
c0(H2O)
c0(B) – x c0(H2O) – x
BH+ + OH–
0
0
x
x
Kcθ
[BH ][OH ] [B][H2O]
Kbθ
Kcθ [H 2 O]
[BH+ ][OH- ] [B]
Lewis G N 美国物理化学家
16
路易斯酸是指能作为电子对受体的原子、分子或离 子;
路易斯碱则指能作为电子对供体的原子、分子或离 子；
酸碱反应是电子对受体与电子对供体之间形成配位 共价键的反应。
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水溶液的酸碱性
一、水的自偶电离 • 纯水有微弱的导电性，表明它有微弱的自偶电离。 • 按酸碱质子理论讨论:
x2 c0 (B)
x
If x << c0(B), c0(B) – x c0(B) and c0(B)/Kbq 500
x [OH ] Kbθc0 (B)
pOH = -lg [OH-] pKa=-lgKb
22
酸碱在有机化学中的应用
除自由基和协同反应外，有机反应均可看作是酸碱反应。 1. 有机反应的催化剂
14
路易斯酸 1 定义及相关概念 2 有代表性的路易斯酸
15
布朗斯特酸碱概念的核心系于 分子或离子间的质子转移，显然无 法对不涉及质子转移、但却具有酸 碱特征的反应做解释。这一不足在 布朗斯特概念提出的同年由美国化 学家路易斯提出的另一个更广的酸 碱概念所弥补，但后者直到20世纪 30年代才开始在化学界产生影响。
Cl2 + AlCl3
碱酸
Cl+ + [AlCl4]H Cl
+ Cl+
碱
H Cl
酸
+ [AlCl4]-
Cl + AlCl3 + HCl
酸
碱
27
pH = 7.0 pH < 7.0 pH > 7.0
Baidu Nhomakorabea
溶液呈中性 溶液呈酸性 溶液呈碱性
19
溶液的酸碱性及pH标度（续） 同样，定义 pOH = -lg [OH-] 水溶液中，
[H+ ] [OH- ] = Kw (= 1.0 10-14) 两边取负对数：
pH + pOH = pKw = 14.00 (R.T.)
共轭碱(conjugate base)OH–: H2O
H+ + OH–
另一个半反应是作为碱的NH3分子接受质子生成它的共
轭酸(conjugate acid) :
NH3 + H+
NH
+ 4
6
酸给出质子的趋势越强，生成的共轭碱越 弱，反之亦然；碱接受质子的趋势越强，生成 的共轭酸越弱， 反之亦然。
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任何布朗斯特酸碱反应都涉及两个共轭酸碱对。
● 酸和碱的中和反应
H+
H3O (aq) OH (aq) = H2O(l) H2O(l)
H+
H3O (aq) NH3 (aq) = NH4 (aq) H2O(l)
H+
HAc(aq) + OH (aq) = H2O(l) Ac (aq)
● 盐的水解
H+
H2O(l) + Ac- (aq) = HAc(aq) +OH- (aq)
RMgX +
碱
CO
酸
羰基与氢化 锂铝的还原 反应
LiAlH4 + C O
碱
酸
R C O MgX
H COH
24
3. 亲电加成反应中的酸碱反应 所有的亲电加成反应都认为是酸碱反应。
烯烃、炔烃、或小环烷烃是碱，亲电试剂是酸。
烯烃与氯气 的加成反应
Cl2 + AlCl3
碱酸
碱
Cl
酸
+ Cl+
酸
+ [AlCl4]-
H+
NH+4 (aq) H2O(l) = H3O+ (aq) + NH3(aq)
H+
Cu(H2O)4 2+
+
H2O(l) = H3O+ (aq) +
Cu(OH)(H2
O)3
+ (aq) 13
布朗斯特酸碱反应可写为如下通式:
HA + A'
A + HA'
显然，布朗斯特酸碱反应是碱A与碱A'争夺质子的