Как следует из табл.3, 4 большинство лекарственных веществ органической природы являются слабыми кислотами или основаниями и их титриметрическое определение в водной среде не может быть проведено с достаточной точностью. Дело в том, что выбор индикатора для установления конечной точки титрования проводится на основе скачка на кривой титрования. У слабых электролитов скачок отсутствует и ни один индикатор не дает в этих условиях четкого перехода. В этих случаях обращаются к титрованию в неводных средах.

Неводные растворители имеют ряд преимуществ перед водными средами: они растворяют малорастворимые или нерастворимые в воде вещества, активно участвуют в кислотно-основном взаимодействии, усиливая кислотные свойства слабых кислот и основные свойства слабых оснований.

С точки зрения участия в кислотно-основном взаимодействии, растворители условно делятся на 2 группы: апротонные и протолитические.

Апротонные растворители – это химические соединения инертного характера, молекулы которых не способны ни отдавать, ни присоединять протон. Их молекулы не ионизированы. К ним относятся углеводороды и их галогенопроизводные (бензол, толуол, хлороформ, четыреххлористый углерод и др.). Эти растворители не вступают во взаимодействие с растворенным веществом, следовательно, не способны изменить свойства ни кислоты ни основания.

Апротонные растворители часто добавляют к растворам для подавления сольволиза продукта нейтрализации, что способствует более четкому установлению конца титрования.

Протолитические растворители – это химические соединения, способные отдавать или присоединять протон. Они принимают непосредственное участие в кислотно-основном взаимодействии. Протолитические растворители делят на 3 группы: протогенные, протофильные и амфипротные (амфотерные).

Протогенные (кислые) – такие растворители, у которых способность к отдаче протона значительно превышает способность к его присоединению. К этой группе относятся муравьиная, уксусная, пропионовая кислоты, уксусный ангидрид. В протогенных растворителях по сравнению с амфотерными значительно возрастает степень ионизации оснований.

Протофильные (основные) растворители – это растворители, отличающиеся ярко выраженным сродством к протону, у них акцепторные свойства по отношению к протону преобладают над донорными. К ним относятся аммиак, этилендиамин, бутиламин, пиридин, диметилформамид.

Амфотерные легко проявляют способность, как к присоединению протона, так и к его отщеплению. К ним относятся спирты, фенолы, кетоны и др. В амфотерных растворителях одинаково возможна ионизация и кислот, и оснований.

По характеру влияния на относительную силу кислот и оснований и по способности изменять соотношения в силе электролитов растворители делятся на 2 группы: нивелирующие и дифференцирующие. В нивелирующих растворителях разные электролиты уравниваются по силе, вдифференцирующих – проявляется значительное различие. Например, сильные минеральные кислоты: хлористоводородная, азотная, серная, хлорная, полностью ионизированы в водном растворе, в безводной уксусной кислоте ионизированы неодинаково (табл.9).

Cтраница 1

Апротонные растворители, например диметоксиэтан, делают предпочтительным разложение до карбена.  

Апротонные растворители представляют собой химические соединения инертного характера. Их молекулы не ионизированы. Они практически не отдают и не присоединяют протоны. Кислотно-основное равновесие в этих растворителях осуществляется почти полностью без их участия.  

Апротонный растворитель - растворитель, молекулы которого не содержат атом водорода, способный к образованию водородной связи или к взаимодействию с основанием. Примерами апротонных растворителей являются бензол, гексан, диметилсульфоксид.  

Апротонные растворители, не обладающие ни основными, ни кислотными свойствами, не проявляют себя как ионизирующие растворители по отношению к кислотам и основаниям Брен-стеда. Примерами таких растворителей являются бензол и че-тыреххлористый углерод.  

Апротонные растворители являются растворителями с высокими дифференцирующими свойствами вследствие низкого значения диэлектрической проницаемости этих растворителей. Рассматривая зависимость дифференцирующего действия растворителей одновременно от кислотно-основных свойств растворителя и величины диэлектрической проницаемости, можно сказать, что в одних случаях наибольшее значение имеют кислотно-основные свойства растворителя, а в других-величина диэлектрической проницаемости. С другой стороны, как было показано, дифференцирующее действие уксусной кислоты и пиридина, являющихся растворителями с ярко выраженными протогенными и протофильными свойствами, соответственно обусловлено низкими значениями диэлектрической проницаемости.  

Апротонные растворители (классы 4 и 8 по Бренстеду, табл. 1) образуют необычайно интересную группу, так как они по существу не обладают ни кислотными, ни основными свойствами. Поэтому взаимодействие между растворенными в них кислотами и основаниями не замаскировано реакциями с растворителем и проявляется наиболее отчетливо. В некоторых случаях вопрос о наиболее подходящей классификации растворителей остается неясным.  

Апротонные растворители представляют собой индивидуальные жидкости, характеризующиеся по сравнению с водой низким значением диэлектрической проницаемости и обладающие низким или нулевым дипольным моментом. Поэтому кислоты, основания и соли в них заметно не диссоциируют. Во многих апротонных растворителях хорошо растворяются неорганические и органические соединения, но кислотно-основное реагирование в их среде, в отличие т характера взаимодействия в протолитических растворителях происходит с участием слабых сил взаимодействия.  

Апротонные растворители, такие как гексан, циклогексан, бензол, толуол, тетрахлорид углерода и др., не вступают непосредственно в кислотно-основное взаимодействие с растворенным веществом, но тем не менее оказывают известное влияние на силу кислот и оснований, воздействуя на образование ассоциатов. Например, ассоциаты образуются между кислотами и анионами в процессе кислотно-основного титрования.  

Апротонные растворители, например диметилформамид и диметилсульфоксид, слабо стабилизируют анионы и поэтому не способствуют отщеплению X. Поскольку такие растворители не ослабляют основность нуклео-фильного агента из-за образования водородных связей, они представляют собой хорошую среду для бимолекулярного элиминирования.  

Апротонные растворители сами по себе редко применяются для титрования, поскольку реагенты и титруемые вещества малорастворимы в них. Часто, однако, они находят применение в смеси с другими нейтральными растворителями.  

Апротонные растворители не способны отщеплять протоны, поэтому для них невозможно определить константу кислоты.  

Апротонные растворители (бензол, большинство углеводородов) - это вещества, которые или совсем не проявляют кислотные и основные свойства, или проявляют их очень слабо. Они не способны отдавать или принимать протоны.  

Апротонные растворители либо совсем не вступают в процессы протолитического (кислотно-основного) взаимодействия с растворенным веществом, либо слабо проявляют кислотно-основные свойства. В их среде кислотно-основное равновесие осуществляется без заметного протонно-донорно-акцепторного участия молекул растворителя.  

Рассмотрим подробнее, какую же роль играют растворители в органических реакциях, особенно растворители, которые стали использоваться в последние годы.

Решающее значение имеет ионизующая сила растворителя, поскольку она определяет способность растворителя растворять ионные (обычно неорганические) реагенты, используемые во многих реакциях, и способствует диссоциации органических молекул в -реакциях. Ионизующая сила растворителя зависит: а) от его диэлектрической проницаемости, т. е. от его способности изолировать заряды, и б) от способности сольватировать ионы вследствие образования ион-дипольных связей.

Вода имеет очень высокую диэлектрическую проницаемость и может сольватировать как катионы, так и анионы: катионы вследствие наличия свободной пары электронов, а анионы вследствие наличия положительно заряженных атомов водорода, т. е. благодаря способности образовывать водородные связи (разд. 15.5). Однако вода плохо растворяет большинство

органических соединений, но это затруднение можно преодолеть добавлением второго растворителя, например этилового спирта.

Растворители типа воды или спиртов называются протонными растворителями: это растворители, содержащие водород, связанный с кислородом или азотом и вследствие этого довольно кислый. Посредством образования водородных связей такие растворители сольватируют в основном анионы; анионы как основания или нуклеофилы обычно являются важной частью ионного реагента. Таким образом, хотя протонные растворители растворяют реагент и приводят его в соприкосновение с органической молекулой, в то же время они сильно понижают его реакционную способность: анионы становятся менее основными и менее нуклеофильными.

В последние годы широкое применение получили апротонные растворители полярные растворители, имеющие довольно высокие диэлектрические проницаемости и не содержащие кислого водорода, например:

Эти растворители растворяют и органические и неорганические реагенты и в случае растворенных ионных соединений сольватируют в основном катионы, оставляя анионы относительно свободными и сильно реакционноспособными. Это приводит к увеличению основности оснований и нуклеофильной силы нуклеофилов.

Начиная с 1958 г. число работ, посвященных применению этих растворителей, резко возросло; вначале стали применять диметилформамид (ДМФ), а затем диметилсульфоксид (ДМСО). Реакции, протекающие медленно в большинстве растворителей при повышенной температуре и дающие низкий выход, в апротонном растворителе протекают быстро, часто при комнатной температуре и с высоким выходом. Это относится к реакциям различных типов: нуклеофильное замещение, элиминирование, восстановление, перегруппировки. (Диметилсульфоксид используется не только как растворитель, но и как многосторонний реагент: он может служить окислителем, отдавая свой кислород, и метилирующим агентом.)