Luisove kiseline i baze

Luisova kiselina je od strane IUPACA definisana kao "molekularni entitet (i odgovarajuće hemijske vrste) koji je primaoc elektronskog para i zbog toga u mogućnosti da reaguje sa Luisovom bazom pri čemu se stvara zajednički adukt, tako što se dijeli elektronski par koji je dala Luisova baza". Ilustrativni primjer je reakcija između trimetilbora i amonijaka pri čemu se dobije adukt Me_3BNH₃.

Luisova kiselina je definisana kao bilo koja vrsta koja prihvata elektronski par. Luisova baza je bilo koja vrsta koja daje elektronski par. Zbog toga je H⁺ Luisova kiselina zbog toga što može prihvatiti elektronski par, a OH^- i NH₃ su Luisove baze zato što mogu donirati slobodan elektronski par.

Opisivanje adukata

U mnogim slučajevima interakcija između bora i azota se označava sa strelicom Me3B←-NH3 pri čemu njen smjer pokazuje od Luisove baze do Luisove kiseline. Neki izvori označavaju Luisovu bazu sa parom tačaka na Luisovoj bazi kao i na aduktu, kao što je prikazano:

Me₃B + :NH3 → Me₃B:NH₃

U opštem slučaju veza između donora i akceptora se posmatra kao korak između kovalentne i jonske veze.

Istorijat

Ovaj koncept je prvi predstavio Gilbert Njutn Luis koji je predložio teoriju hemijske veze 1923. Iste godine je bila objavljena Bronsted-Lourijeva teorija kiselina i baza. Dvije teorije su različite ali komplementarne. Luisova baza je ujedno i Bronsted-Lourijeva baza, ali Luisova kiselina ne mora biti ujedno i Bronsted-Lourijeva kiselina.

Zatim je 1963. slijedio koncept klasifikacije u jake i slabe baze i kiseline. Jačina inzerkacija između Luisovih baza i kiselina se mjeri standardnom entalpijom stvaranja adukta i može biti predviđena Drago-Vajlandovom jednačinom sa dva parametra.

Reformulacija Luisove teorije

Luis je 1916. godine predložio koncept po kome se hemijska veza stvara tako što dva atoma dijele zajednički elektronski par koji ih drži na okupu. Kada svaki atom doprinese sa pojednim svojim elektronom onda se zove kovalentna veza. Kada oba elektrona dolaze od samo jednog od atoma onda se veza naziva dativna kovalentna ili koordinatna veza. Razlika između ovih veza nije čvrsta. Tako na primjer tokom formiranja amonijum jona između amonijaka i vodonika molekul amonijaka donira elektronski par jonu vodonika, ali identitet elektrona je izgubljen u amonijum jonu koji je formiran. Luis je takođe predložio da donor elektronskog para bude klasifikovan kao baza a akceptor elektronskog para kao kiselina.

Moderna definicija Luisove kiseline ja da je to atomska ili molekulska vrsta koja ima lokalizovanu praznu atomsku ili molekulsku orbitalu. Molekulska orbitala sa najnižom energijom (LUMO) može primiti elektronski par.

Upoređivanje sa Bronsted-Lourijevom teorijom

Luisova baza je često i Bronsted-Lourijeva baza pošto može donirati elektronski par protonu, proton je Luisova kiselina pošto može prihvatiti elektronski par. Konjugovana baza Bronsted-Lourijeve kiseline je takođe Luisova baza pošto nakon gubitka protona iz kiseline na mjestu gdje je bila veza A—H ostaje slobodni elektronski par na konjugovanoj bazi. Luisove baze se mogu teško protonizovati ali reaguju sa Luisovim kiselinama. Na primjer ugljen monoksid je slaba Bronsted-Lourijeva baza ali formira jak adukt sa BF₃.

2,6-di-t-butilpiridin reaguje sa HCl pri čemu se formira hidrohloridna so ali ne reaguje sa BF₃. Ovaj primjer pokazuje da sterni faktori u kombinaciji sa elektronskim faktorom igra ulogu u određivanju jačine interakcije između glomaznog di-t-butilpiridina i malog protona.

Bronsted-Lourijeva kiselina je donor protona, a ne akceptor elektronskog para.

Luisove kiseline

Postoje razne vrste Luisovih kiselina. Najjednostavnije su one koje reaguju direktno sa Luisovom bazom ali češće su one koje prvo stupaju u reakciju prije nego što se formira adukt.

Jednostavne Luisove kiseline

Najčešći primjer takvih kiselina su bor-trihalidi i organska jedinjenja bora:

BF₃ + F^- → BF₄⁻

U ovom aduktu se sve četiri fluoridine grupe (tj. ligandi) ekvivalentne.

BF₃ + OMe₂ → BF₃OMe₂

I BF₄^- i BF₃OMe₂ su adukti Luisove baze od bor-trifluorida. U mnogim slučajevima adukti krše pravilo okteta kao u slučaju trijodidnog anjona:

I₂ + I^- → I₃⁻

Različite boje rastvora joda potiču od različitih mogućnosti rastvarača da formira adukt sa Luisovom kiselinom I₂. U nekim slučajevima je Luisova kiselina u mogućnosti da veže dvije Luisove baze, poznati primjer toga je formiranje heksafluorsilikata:

SiF₄ + 2 F⁻ → SiF₆²⁻