Протонирование

ПРОТОНИРОВАНИЕ, процесс переноса протона с к-ты на прогофильную частицу (основание):

АН + ВА^- + ВН⁺ АН-к-та, В-основание

Доноры протонов в протонировании-к-ты Брёнстеда (см. Кислоты и основания), в частности ОН-, NH-, СН- и вообще ЭН-кис-лоты (см. СН-кислоты), акцепторы-разл. основания. Возможность протекания протонирования обусловлена относит. силой к-ты и основания. Напр., для таких сильных оснований, как карбанионы или амидные анионы, донорами протонов могут служить весьма слабые СН-кислоты; сильные протонные к-ты и особенно сверхкислоты (см. Кислоты неорганические) позволяют осуществить протонирование таких молекул, как карбоновые к-ты и даже насыщ. углеводороды, напр.:

Протонирование может происходить как межмолекулярно, так и внут-римолекулярно и сопровождаться перемещением кратной связи, образованием циклич. структуры, изменением валентности атома, к к-рому мигрирует протон, и др. превращениями.

Протонирование протекает с очень высокой скоростью. Так, в водных р-рах протонирование оснований типа анионов неорг. и орг. к-т, алкоксид-ионов, феноксид-ионов, аминов, циклич. N-oc-нований происходит обычно с константой скорости k ок. 10¹⁰ дм³/(моль·с). Быстрее всего протонируется НО^- [ок. 1,5·10¹¹ дм³/(моль·с)], что обусловлено перемещением Н⁺ по эстафетному механизму, по депочке водородных связей. В случае протонирования карбанионов k варьирует в очень широких пределах [~ от 1 до 10¹⁰ дм³/(моль·с)] из-за необходимости перестройки электронной или геом. структуры протофиль-ной частицы при переносе протона. На скорость протонирования в неводных средах сильное влияние оказывают сольватация и ионная ассоциация.

Количеств. данные о кинетике и механизме протонирования получают с помощью спец. методов изучения быстрых р-ций (см. Струевые кинетические методы, Релаксационные методы, Электрохимическая кинетика). Информацию о тонких деталях механизма протонирования дают зависимости (соотношения Брён-стеда) k от кислотности (рК_а) или основности (рК_b) участвующих в протонировании реагентов и величины кинетич. (первичного и вторичного) изотопных эффектов и изотопного эффекта р-рителя. Предполагается, что в нек-рых хим. процессах протонирование может происходить без преодоления энергетич. барьера (туннельный эффект).

Енолизация, изотопный водородный обмен, ионный обмен, гидролиз, гидратация, этерификация-явления, в к-рых протонирование-обязательная или возможная стадия.

Лит.: Шатенштейн А. И., Теории кислот и оснований, М.-Л., 1949; Меландер Л., Изотопные эффекты в скоростях реакций, пер. с англ., М., 1964; Белл Р., Протон в химии, пер. с англ., М., 1977; Гордон Дж., Органическая химия растворов электролитов, пер. с англ., М., 1979; Химия гиперкоординиро-ванного углерода, пер. с англ., М., 1990, с. 169-229, 253-327.

А. А. Соловьянов.