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5.2 : ルイス酸と塩基

この講義では、電子不足化合物のオクテット則に関連してルイス酸とルイス塩基を詳しく見ていきます。 ここでは、ホウ素やアルミニウムなどの 13 族元素を強調して、この概念について説明します。 13 族元素は 3 つの価電子を持っているため、電子の六重項と中心原子の空軌道を持つ 3 価の化合物を形成します。 その結果、これらの電子欠乏化合物は他の種から電子を受け取り、化学反応においてそのオクテットを完成させます。 それらは、ギルバート N. ルイスによって提案された「酸と塩基の一般化理論」に従ってルイス酸と呼ばれます。

ルイスの理論は、ブレンステッドの定義の範囲内にない化合物を扱っていました。 彼は、電子不足化合物がルイス酸として作用し、その原子価殻八重項結合が化学反応で完成すると提案しました。 したがって、ルイス酸は電子対を受け取って新しい結合を形成する種です。

対照的に、ルイス塩基は電子対を供与する種として定義されます。 これは、塩化アルミニウムがアンモニアと反応してルイス酸塩基付加物を形成するという特定の例を使用して説明されます。 ここで、電子対はオクテットを満たすために逆に帯電した種の間で移動します。 ルイスの酸と塩基の概念は、図 1 に示すように、電子不足の三フッ化ホウ素と電子が豊富なアンモニアとの反応によってさらに繰り返されます。

Figure1

図 1. 三フッ化ホウ素とアンモニアの反応

ここで、この種に関して重大な告発が展開される。 ホウ素中心には電子を受け入れることができる空の軌道があるため、正電荷が局在化します。 対照的に、アンモニアの窒素中心は、孤立電子対の存在により負の電荷を蓄積します。 したがって、それらが相互作用すると、窒素の価電子殻にある孤立電子対が、上の曲線の矢印で示されているように、BF3 のホウ素原子に移動します。 したがって、ホウ素と窒素の形式電荷のバランスが取れており、その結果、ルイス酸塩基付加物は正味電荷を持たなくなります。

ルイス理論は、孤立電子対の移動を組み込むことにより酸塩基反応を定義するためにプロトン移動のみを使用するブレンステッド理論への補足を提供します。 したがって、ブレンステッド・ローリー酸はすべてプロトン酸ですが、ルイス酸はプロトン性または非プロトン性の場合があります。 これを塩酸の例を使って説明します。 ブレンステッド-ローリーの定義によれば、プロトンを供与する能力があることから、HCl は酸です。 また、その水素原子は共有電子を塩素に失い、同時にアンモニアから電子対を受け取るため、ルイス酸でもあります。

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