酸鹼電子理論

「路易斯鹼」的各地常用名稱
「路易斯鹼」的各地常用名稱
中國大陸	路易斯鹼
臺灣	路易士鹼
港澳	路易斯鹼

「路易士酸」的各地常用名稱
「路易士酸」的各地常用名稱
中國大陸	路易斯酸
臺灣	路易士酸
港澳	路易斯酸

酸鹼電子理論，也稱廣義酸鹼理論、路易斯酸鹼理論，是1923年美國化學家吉爾伯特·路易斯提出的一種酸鹼理論。該理論認為：凡是可以接受外來電子對的分子、基團或離子為酸（路易斯酸，L酸）；凡可以提供電子對的分子、基團或離子為鹼（路易斯鹼，L鹼）。因為跳脫了限定氫離子與氫氧根的酸鹼概念，這種理論包含的酸鹼範圍很廣，但是，它對確定酸鹼的相對強弱來說，沒有統一的標度，對酸鹼的反應方向難以判斷。後來，拉爾夫·皮爾森（英語：Ralph Pearson）提出的軟硬酸鹼理論彌補了這種理論的缺陷。

常見的路易斯酸有：

正離子、金屬離子：鈉離子、烷基正離子、硝基正離子
氯化鋁、氯化鐵、三氟化硼、五氯化鈮以及鑭系元素的三氟甲磺酸鹽。

常見的路易斯鹼有：

負離子：鹵離子、氫氧根離子、烷氧基離子、烯烴、芳香化合物
氨氣、水、氟離子、氰離子、一氧化碳。

路易斯酸

物理性質

路易斯酸，簡稱L酸，其多具腐蝕性。氯化鋅，對纖維素具腐蝕性，是一個路易斯酸腐蝕性的典型例子。由於水顯路易斯鹼性，多數路易斯酸會和水反應並產生具有布侖斯惕酸性的水合物。因此，很多路易斯酸的水溶液都是呈布侖斯惕酸性的。水合物中的路易斯酸與水分子之間有強的化學鍵連系著，因此很難把路易斯酸水合物乾燥，即使路易斯酸水合物通常是可分離出的化合物。例如，如果試圖加熱乾燥金屬氯化物（路易斯酸）中的水分，則會生成氯化氫及其金屬的氫氧化物。

化學性質

親電試劑或電子受體都是路易斯酸。路易斯酸通常含低能量LUMO（最低未占軌域），會與路易斯鹼的HOMO（最高占有軌域）反應。它與布侖斯惕-勞里酸不同的是，路易斯酸並不一定需要有質子（H⁺）的轉移，對路易斯酸理論來說，所有親電試劑都可以叫做路易斯酸（包括H⁺）。雖然所有布侖斯惕-勞里酸都屬於路易斯酸，但實際上路易斯酸這個名詞多指那些不屬於布侖斯惕-勞里酸的路易斯酸。

路易斯酸的化學反應活性可以用軟硬酸鹼理論來判斷。現時科學家仍沒有知道路易斯酸「強度」的通用定義，這是因為路易斯酸的強度與其特有的路易斯鹼的反應特性有關。一個模型^[1] 曾以氣態路易斯酸對氟離子的親合能來預測路易斯酸的強度，從而得出在常見可分離出的路易斯酸中，以SbF₅（五氟化銻）的路易斯酸性最強。氟離子是「硬」的路易斯鹼，氯離子及一些較「軟」的路易斯鹼，以及溶液中的路易斯酸性，都受到計算複雜的限制而較難研究。

酸根型錯合物

酸根型錯合物（Ate complex）是指路易斯酸與特定的鹼生成的中心原子價升高的鹽。^[2] 英文有機化學命名法中，ate這個字是一個後輟，用在被描述的原子上。例如，硼化合物的酸根型錯合物被叫作borate硼酸鹽。因此，三甲基硼烷可和甲基鋰反應生成酸根型錯合物Me₄B⁻Li⁺。這個概念是由格奧爾格·威悌在1958年引入的。^[3] 相似地，路易斯鹼可以生成鎓鹽。

路易斯鹼

氫鍵X—H…Y中的電子給予體Y是路易斯鹼，簡稱L鹼。路易斯鹼在有機反應中為親核試劑。若路易斯鹼與路易斯酸反應，形成錯合物時，路易斯鹼為配位基。

優缺點

優點

酸鹼電子理論擴大了酸鹼範圍，可把酸鹼概念用於許多有機反應和無溶劑反應

缺點

如果選擇不同的反應對象，酸鹼的強弱次序可能不同，它對確定酸鹼的相對強弱來說，沒有統一的標度，因此對酸鹼的反應方向難以判斷。

參考資料

^ Christe, K.O.; Dixon, D.A.; McLemore, D.; Wilson, W.W.; Sheehy, J.A.; and Boatz, J.A. On a quantitative scale for Lewis acidity and recent progress in polynitrogen chemistry. Journal of Fluorine Chemistry. 2000, 101 (2): 101, 151–153. ISSN 0022-1139.
^ Advanced organic Chemistry, Reactions, mechanisms and structure 3ed. Jerry March ISBN 0-471-85472-7
^ Komplexbildung und Reaktivität in der metallorganischen Chemie Angewandte Chemie Volume 70, Issue 3, Date: 7 Februar 1958, Pages: 65-71 G. Wittig doi:10.1002/ange.1760700302

延伸閱讀

The Lewis acid-base concepts: an overview, 1980, ISBN 0-471-03902-0
Selectivities in Lewis acid promoted reactions, 1989, ISBN 0-7923-0452-7
Lewis acid reagents: a practical approach, 1999, ISBN 0-19-850099-8

參見

[1] Christe, K.O.; Dixon, D.A.; McLemore, D.; Wilson, W.W.; Sheehy, J.A.; and Boatz, J.A. On a quantitative scale for Lewis acidity and recent progress in polynitrogen chemistry. Journal of Fluorine Chemistry. 2000, 101 (2): 101, 151–153. ISSN 0022-1139.

[2] Advanced organic Chemistry, Reactions, mechanisms and structure 3ed. Jerry March ISBN 0-471-85472-7

[3] Komplexbildung und Reaktivität in der metallorganischen Chemie Angewandte Chemie Volume 70, Issue 3, Date: 7 Februar 1958, Pages: 65-71 G. Wittig doi:10.1002/ange.1760700302

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