Влияние растворителей на скорости и исходы химических реакций

Примеры растворителей

• Толуол
• Ацетон
• Метиловый ацетат
• Гексан
• Этанол

Растворитель — вещество, растворяющее твердое, жидкое или газообразное растворимое вещество, образуя раствор. Обычно жидкость, но может быть твердым или газом. Бытовой пример — вода.

Применение: сухая чистка, разбавители для красок, удалители лака, клеи, средства для удаления пятен, моющие средства, парфюмерия. В химической, фармацевтической, нефтегазовой отраслях — синтез, очистка.

Большинство распространенных растворителей содержат углерод — органические растворители. Низкая температура кипения → легко испаряются или удаляются дистилляцией, оставляя растворенное вещество. Инертны — не реагируют с растворенными соединениями. Используются для экстракции растворимых компонентов (пример: заваривание кофе/чая горячей водой).

Классификация растворителей

Группируются на: неполярные, полярные апротические, полярные протические.

Влияние растворителей на растворимость

Растворимое вещество растворяется только при благоприятных взаимодействиях с растворителем. Процесс зависит от изменения свободной энергии растворителя и растворенного вещества. Свободная энергия солватации зависит от множества факторов.

Влияние растворителей на устойчивость (равновесие)

Разные растворители сдвигают константу равновесия за счет дифференциальной стабилизации реагента или продукта. Равновесие смещается в сторону предпочтительно стабилизированного вещества. Стабилизация может происходить через нековалентные взаимодействия: водородные связи, диполь-диполь, ван-дер-ваальсовы силы.

Пример: ионное равновесие кислоты/основы зависит от растворителя. Эффект не только в кислотности/основности растворителя, но и в его диэлектрической проницаемости и способности преференциально сольватировать и стабилизировать определенные виды. Изменение сольватационной способности или диэлектрической постоянной влияет на кислотность/основность.

Влияние растворителей на скорости реакций

Растворители влияют на скорости через равновесные эффекты, объясняемые теорией переходного состояния. Суть: скорости определяются дифференциальной сольватацией исходного материала и переходного состояния растворителем.

Другие эффекты растворителей

Растворитель в реакциях замещения определяет нуклеофильность нуклеофила. Условия растворителя существенно влияют на выбор механизма реакции. Для SN1 критически важна способность растворителя стабилизировать промежуточный карбокатион. Полярные растворители ускоряют SN1 за счет сольватации карбокатиона, снижая его энергию относительно исходного вещества.

Реакции SN1

Нуклеофильное замещение унимолекулярное (rate-determining step — унимолекулярный). Промежуточный карбокатион. Типично для вторичных/третичных галогеналканов при сильных основаниях или сильных кислотах (вторичные/третичные спирты).

Реакции SN2

Бимолекулярное нуклеофильное замещение: разрыв и образование связи синхронно. Для SN1 важен сольватация карбокатиона; для SN2 — отсутствие сольватации нуклеофила повышает скорость.

Реакции заряженных комплексов переходных металлов (катионных/анионных) драматически зависят от сольватации, особенно в полярных средах.

© WOC Article
Контакт автора: articles@worldofchemicals.com