Deprotonácia

Deprotonácia alebo dehydronácia je odstránenie protónu (alebo hydrónu/vodíkového katiónu), H+, z Brønstedovej–Lowryho kyseliny v acidobázickej reakcii. V procese sa z kyseliny stáva jej konjugovaná báza. Komplementárny proces, pri ktorom sa protón pridáva na Brønstedovu–Lowryho zásadu, je protonácia (alebo hydronácia). Vtedy vzniká zo zásady jej konjugovaná kyselina.

Zlúčenina, ktorá je schopná prijať i odštiepiť protón je takzvane amfiprotická. Príkladom takej zlúčeniny je voda, H2O, ktorá je schopná prijať protón, čím vzniká hydrónium, H3O+, alebo je schopná protón odštiepiť, čím vzniká hydroxidový anión, OH−.

Relatívna schopnosť molekuly odštiepiť protón sa posudzuje podľa jej hodnoty pKa. Nízka hodnota pKa naznačuje, že zlúčenina je kyslá a protón ľahko odštiepi v prospech nejakej zásady. pKa sa určuje na základe mnohých aspektov, ale najdôležitejším je stabilita konjugovanej zásady. Tá je daná primárne schopnosťou (alebo neschopnosťou) konjugovanej zásady stabilizovať záporný náboj. Jeden z najdôležitejších spôsobov posúdenia tejto schopnosti je distribúcia záporného náboja vďaka rezonancii. Hodnotu pKa takisto ovplyvňujú skupiny, ktoré odoberajú elektrónovú hustotu (ktoré môžu molekulu stabilizovať rozložením náboja) alebo ju dodávajú (ktoré molekulu destabilizujú znížením rozloženia náboja). Rozpúšťadlo môže takisto pomôcť pri stabilizácii záporného náboja v konjugovanej zásade.

Zásady používané na deprotonáciu záležia na pKa deprotonovanej zlúčeniny. Ak zlúčenina nie je veľmi kyslá, teda molekula len ťažko štiepi protón, je nutné použiť zásadu silnejšiu, než sú bežne známe hydroxidy. Hydridy sú jedny z mnohých silných deprotonačných činidiel. Bežne používanú hydridy sú hydrid sodný alebo draselný. Z hydridov vzniká plynný vodík, tvorený uvoľneným protónom z druhej zlúčeniny. Plynný vodík je nebezpečný a môže sa vznietiť s kyslíkom vo vzduchu, takže hydridy by sa mali používať v inertnej atmosfére (napr. dusíku).

Deprotonácia môže byť dôležitý krok v chemickej reakcii. Acidobázické reakcie typicky prebiehajú omnoho rýchlejšie, než iné kroky reakcií, čo môže určiť produkt reakcie. Konjugovaná zásada je bohatšia na elektróny než pôvodná molekula, čo môže zmeniť reaktivitu molekuly. Napríklad deprotonáciou alkoholov vznikajú záporne nabité alkoxidy, ktoré sú omnoho silnejším nukleofilom, než alkohol samotný.

Na určenie schopnosti konkrétnej zásady deprotonovať konkrétnu kyselinu je nutné porovnať konjugovanú zásadu s pôvodnou zásadou. Konjugovaná zásada vzniká deprotonáciou kyseliny zvolenou zásadou. V obrázku hore vystupuje hydroxid ako zásada a deprotonuje karboxylovú kyselinu. Konjugovanou zásadou je karboxylátová soľ, konjugovanou kyselinou je voda. V tomto prípade je hydroxid dostatočne silnou zásadou, aby mohol deprotonovať karboxylovú kyselinu, pretože konjugovaná báza (karboxylátová soľ) je stabilnejšia, keďže záporný náboj je delokalizovaný (rozložený) na dvoch elektronegatívnych atómoch (kyslíkoch) oproti jednému v hydroxide. Porovnaním hodnôt pKa je možné zistiť, že pKa karboxylovej kyseliny je asi 4 a konjugovanej kyseliny (vody) je asi 15,7. Keďže kyseliny s vyššou hodnotou pKa nemajú tendenciu štiepiť protón, rovnováha je posunutá smerom k tvorbe kyselín s vyšším pKa. Kvôli tomu bude reakcia prebiehať prevažne na tú stranu, kde sa tvorí voda (v tomto prípade doprava). Ak by sa namiesto hydroxidu použila voda na deprotonáciu karboxylovej kyseliny, rovnováha by nebola posunutá v prospech tvorby karboxylátovej soli. Konjugovaná kyselina, hydrónium, má totiž pKa asi -1,74, čo je nižšie než pKa karboxylovej kyseliny (asi 4). V tom prípade by bola v rovnováhe preferovaná karboxylová kyselina.

Referencie

Zdroj 

Chemické reakcie
Chemické rovnováhy
Reakčné mechanizmy