置换反应
极性质子?极性非质子?非极性吗?关于溶剂
最后更新:2022年12月6日|
极性质子vs极性非质子vs非极性:有机化学中的溶剂
和我交谈过的很多学生都对溶剂有疑问。
溶剂会在反应中引起相当大的混乱，因为它们与反应的试剂一起列出，但通常并不真正参与反应本身。老实说，很多教师(包括我自己)在什么时候加入溶剂，什么时候不加入溶剂的问题上不太一致。所以整个过程看起来有些随意:你什么时候知道什么时候加入溶剂?
目录
1.什么是溶剂?
让我们往回看。溶剂是什么?
溶剂是液体这是反应的媒介。它有两个主要用途:
- (Non-participatory)溶解反应物。还记得“物以类聚”吗?极性溶剂最适合溶解极性反应物(如离子);非极性溶剂最适合溶解非极性反应物(如碳氢化合物)。
- 参与性:作为一个来源酸(质子),基地(去除质子)，或作为一个亲核试剂(提供一对孤电子)你通常需要担心的唯一一类溶剂是极性质子溶剂(见下文）.
2.极性溶剂具有较大的偶极矩。非极性溶剂偶极矩小或为零
好的。那么“polar”和“non-polar”是什么意思呢?
- 极性溶剂具有较大的偶极矩(即“部分电荷”);它们含有电负性非常不同的原子之间的键，比如氧和氢。
- 非极性溶剂含有电负性相似的原子间的键，如碳和氢(想想碳氢化合物，如汽油)。具有相似电负性的原子之间的键将缺乏部分电荷;正是这种无电荷使这些分子“非极性”。
有两种直接测量极性的方法。一种是通过测量介电常数电容率．介电常数越大，极性越大(水=高，汽油=低)。第二个来自于直接测量偶极矩。
极性是连续体．虽然我们都同意戊烷是“非极性的”，水是“极性的”，但也有一些边缘性的情况，比如乙醚二氯甲烷和四氢呋喃（四氢呋喃)，同时具有极性和非极性特征。在紧要关头，“极性”和“非极性”之间的一条很好的经验法则是与水的混相。乙醚二氯甲烷不能与水混合;四氢呋喃，DMSO溶液，乙腈，DMF，丙酮短链醇有。
3.“质子”溶剂具有O-H键或N-H键，并且可以与自身形成氢键。“非质子”溶剂不能成为氢键供体
还有最后一个区别，这也会引起混乱。有些溶剂被称为“质子溶剂”，有些被称为“非质子溶剂”。到底是什么让溶剂成为“质子”溶剂?
- 质子溶剂有O-H或N-H键。为什么这很重要?因为质子溶剂可以参与氢键，这是一种强大的分子间作用力。此外，这些O-H或N-H键可以作为质子(H+)的来源。
- 非质子溶剂可能有氢在它们的某个地方，但它们没有O-H键或N-H键，因此不能形成氢键与自己。
4.非极性的年代溶剂几乎没有偶极矩
这些溶剂具有低介电常数(<5)，并不是带电物种如阴离子的良好溶剂。然而乙醚(等2O)是格氏反应的常用溶剂;它的孤对是路易斯碱，有助于Mg阳离子的溶剂化。
5.“边界”极性非质子溶剂具有小的偶极矩和低(<10)介电常数
这些溶剂的介电常数比非极性溶剂略高(在5到20之间)。由于它们具有中间极性，它们是用于广泛反应的良好“通用”溶剂。它们是非质子的，因为它们缺乏O-H键或N-H键。就我们的目的而言，它们不参与反应:它们只是作为媒介。
6.具有大(>10)介电常数的四种关键极性非质子溶剂
这些溶剂都有较大的介电常数(>20)和较大的偶极矩，但它们不参与氢键(没有O-H键或N-H键)。它们的高极性允许它们溶解带电物种，如各种用作亲核试剂的阴离子(例如CN(-)， HO(-)等)。溶剂中缺乏氢键意味着这些亲核试剂在溶液中相对“自由”，使它们更活泼。就我们的目的而言，这些溶剂不参与反应。
7.极性质子溶剂:表格
极性质子溶剂往往具有高介电常数和高偶极矩。此外，由于它们具有O-H键或N-H键，它们也可以参与氢键。这些溶剂也可以作为酸(质子的来源)和弱亲核试剂(与强亲电试剂形成键)。
它们最常用作共轭碱的溶剂。(如H2O作为HO(-)的溶剂;EtO(-)的溶剂为EtOH。
这些类型的溶剂是迄今为止最有可能参与反应的。有许多例子(太多，无法列出)，极性质子溶剂，如水，甲醇或乙醇可以作为亲核试剂在一种反应中，往往当一种强烈亲电试剂(如酸)存在。所以如果你看到这种溶剂，一定要小心。
数据来源:维基百科
我不明白的是:为什么氯仿的偶极子比DCM的小?3个Cl不是比2个Cl更吸引人吗?我觉得我错过了什么，但我不能确切地说出来。
我也不明白。
由于偶极矩是基于电荷的大小和分离，我想原因是3个C-Cl键比2个C-Cl键更能相互抵消。如果我没有弄错的话，我认为氯甲烷(CH3Cl)比DCM或氯仿有更高的偶极矩。
你是对的——我发现它是1.9 D。http://en.wikipedia.org/wiki/Chloromethane_ (data_page)
我不是世界上最擅长代数的人，但我认为三个C-Cl偶极子的矢量和会得到一个比单个C-Cl键更大的整体偶极子。也许碳氢键提供了额外的电子密度，使得分子整体极化更大。
三个碳-氯键指向不同的方向
思考向量
我还以为是因为氯仿中碳原子的2p2电子被更多的氯原子共用所以碳氯键之间的偶极矩比DCM中弱。所以DCM中有更大的偶极矩。氯甲烷偶极矩为1.09,DCM为1.60，氯仿为1.04。对于氯甲烷，我想一个氯本身的强度不足以形成一个大的偶极矩。
进一步化学:画出分子轨道图可能会有帮助，因为它会显示哪些电子进入哪个亚壳层，这将告诉你它是进入一个更高或更低的能级。
如果你通过去除一个氯原子来分别生成这三种碳正离子并比较它们的稳定性，显然ch3+是最稳定的，这意味着氯甲烷最有可能被极化。
事实上，CH3+是最不稳定的。别忘了Cl可以贡献一对电子形成键。
@James，但由于Cl是第三周期元素，而C是第二周期元素，我认为它们的p轨道由于尺寸差异不会很好地重叠，在这种情况下，我们必须更喜欢感应效应而不是共振。
对于F，虽然你的观点可能是正确的，但如果氟甲烷的极性顺序与氯取代甲烷相反，则可以验证这一点。
你也忽略了在DCM和氯仿中有一个额外的氢原子。因为氢的正电性比碳强，所以偶极矩较低。例如，比较HCl和CCl键之间的电负性。虽然这种差异很小，但对偶极矩的影响是明显的。
氯仿1 H 1.9D
二氯甲烷2h的1.6D
氯甲烷3h’s ~1.1D
希望这能有所帮助。
我认为这是因为三个氯对氯仿的感应作用抵消了很多向外的负偶极子，而DCM只有两个氯来抽电子，感应作用的抵消较少。
回到向量和，伙计们。如果你把CH2Cl2和CHCl3放在笛卡尔图上，使整体偶极子指向-Y的值(传统上是向下的)，那么CH2Cl2的C-Cl键的-Y值比CHCl3的大。简单的几何形状表明，CH2Cl2的X轴角度低于X 35º，CHCl3的X轴角度仅低于15º。很难描述，但如果你建立一个分子，想象它在笛卡尔坐标系中，你会很好。
如果你用向量和定律做同样的尝试，就会很清楚了
是的，我认为这是一个几何问题
这并不重要，3cl -正在吸收电子密度....但它们把它拉向不同的方向......双力矩是一个矢量，应该受到矢量相加的影响，正如你知道的，在ccl4中DP=0…有4个cl-离子，但它是0....因为他们在不同的方向....这3个氯离子将尽可能由于空间排斥..所以他们拉在不同的方向....就像一盒大巧克力被孩子们往四面八方拉。
一些观察:
第5段:“用极性溶剂溶解带电物质(比如NaOH)，但不要用它来溶解”(句子到此结束)——溶解什么?
-极性非质子溶剂下的段落，最后一句:“就我们的目的而言，这些溶剂不参与反应”-句末缺少点
-极性质子溶剂上面的反应-产物中C原子的立体化学不应该反转吗?
除此之外，一如既往的出色工作。
谢谢，我很高兴你发现了立体化学的例子。重要的是要确保有反转!
如果你理解了为什么HI比HF酸性更强尽管氟的电负性很强那么你就不会有二氯甲烷的问题了，它比氯甲烷的极性更强，尽管碳上有更多的吸电子基团，键强是关键，键断得越快反应中溶剂的极性越好。注意这仅限于极性。
没错，从没想过要把酸的强度和溶剂的极性进行比较。与亲核性趋势相比，酸碱强度更有用。
詹姆斯，你在这个主题(溶剂)上的工作非常惊人。许多学生搞不清哪种溶剂是质子的/非质子的以及极性的/非极性的。很棒的工作。谢谢你！真佩服你。
当溴加入氯仿和溴加入二氯甲烷时会发生什么?
我相信你所指的是所谓饱和碳氢化合物的“溴测试”。如果在氯仿中加入溴，我认为溴应该保持双原子单质颜色，因为氯仿是饱和的，不会发生反应，它应该和DCM反应一样。
每种溶剂的使用例子正是我需要帮助的，而且确实很有帮助。这些都是值得扩展的领域。谢谢你！
极性溶剂和非极性溶剂中哪一种运行效率最高，为什么?
如果不更具体的话，这个问题很难回答。
你能说清楚你想用什么溶剂吗
我所知道的是，这完全取决于你想要的溶剂的极性。如果你想运行极性内容物，运行它与极性溶剂，因为极性是决定相互作用的。极性到极性，非极性到非极性。
我有一个关于醋酸的低介电常数的问题。与所有其他极性质子溶剂相比，它的介电电荷非常低，但当进行同样的比较时，它的偶极矩非常高。为什么会这样?
问得好，伊隆。如果你看一下上表的趋势，你会发现乙酸中有两个O，剩下的只有一个或一个N原子。由于乙酸中HO和CO键之间的位移电荷可以抑制或稳定产生的部分电荷，因此偶极矩较低。一个偶极矢量指向远离H的O方向，而另一个指向远离C的O方向，HO矢量的负端最接近CO矢量的正端，因此诱导电荷的衰减。
至于高偶极矩，记住(我得查一下，哈哈)u = E*q*r，
在哪里
U =偶极矩矢量
E =求和
Q =电荷的大小
R =净电荷的矢量
由此可以得出结论，在含有两个高电负性原子的乙酸中，电荷的总和q小于只含有一个高电负性原子的醇中的q。因此，在醋酸中偶极矩较大，但在H2O中较小，这是偶极矢量以一种增加矢量大小的方式排列的地方，并导致更高的1.80D。
希望这能有所帮助。
嗨
电导率如何随极性变化?如果电压高，极性非质子溶剂也能电解吗?
嗨
请告诉我为什么写的是甲基shift bt而不是甲烷。但是CH3带负电荷一些其他的例子，比如苯基。
你好,
据我所知，六氟异丙醇(HFIP)是一种很好的聚合物溶剂，尽管它是一种极性质子溶剂。
但直觉上我不明白它是怎么运作的。
请给我解释一下。谢谢你！
据我所知，HFIP的最大特性是既可以溶解极性在非极性分子中，也可以溶解非极性在极性分子中。我用它来制作聚酯和蛋白质之间的聚合物。但我不知道这是怎么回事，因为我是生物学家，不是化学家。如果有人知道，请给我一些解释。
干杯
氯仿不是非极性溶剂。它是极性的。
你看起来很自信。氯仿能和水混合吗?: -)
记住极性和非极性是一个连续体。
请告诉我为什么sn1反应发生在极性溶剂中而sn2反应发生在非极性溶剂中
我认为这是因为sn1的碳正离子通过与溶剂的偶极作用稳定了下来。在非极性非质子溶剂中，sn2反应发生得更好，因为亲核试剂不受与溶剂偶极相互作用的阻碍，更容易攻击碳。
“在极性*非质子溶剂中，sn2反应。”
我需要睡觉。一整天都在学习
使用极性质子溶剂会加快反应速度，对吧?我怎么知道是用1型还是2型呢?
谁能建议一下里面的材料是抗蜡(碳氢化合物)的??
这比我的超级密集的vollhardt课本>好多了。<非常感谢!
乙醚是极性的!!！
它比碳氢化合物的极性更强，但仍然完全不能与水混溶。所以我把它归为非极性溶剂。
非常感谢!!你太棒了。
四氢呋喃也是格氏反应的合适溶剂
James，你能解释一下为什么在不使用烯烃的情况下向烯烃中添加HBr会受到极性质子溶剂的青睐吗?为什么质子?
对不起，“不使用过氧化物”。
罗杰，速率限制步骤是自由碳正离子的形成。如果我们使用具有高介电常数(即极性)的溶剂，则速率将会增加。具有高介电常数的溶剂也趋向于极性质子(例如甲醇)。然而，极性质子溶剂并不是添加HBr的必要条件。
我会谨慎使用极性质子溶剂因为它可以作为亲核试剂，捕获碳正离子。
下面是一个使用二氯甲烷作为溶剂的例子:
http://www.orgsyn.org/Result.aspx?ga=na
我在3月份的高级有机化学课程中没有提到HX添加的典型溶剂。
一种精炼产品曾被我描述为“溶剂-溶剂”。
詹姆斯医生，你能给我解释一下这意味着它有溶解各种化学阻塞的能力吗?
谢谢,
罗伊
什么溶剂最适合自由基合成?
如果你能找到的话，碳tet是很好的。沸点很高。
当碘化甲酯与金属钠处理时，乙烷形成。当乙醚用作溶剂时，反应发生!!!!!!!为什么会这样????
这可能有几种不同的方式，但其中一种方式是甲基阴离子的还原生成，然后是取代。另一种是甲基自由基的形成和随后两个自由基的耦合(终止)。Wurtz耦合。这不是一个很高的反应
在SN2机制中哪个更好?H2O还是OH-?有极性质子和不是最好的这类机制?那么它们的反应速率是否相等。
作为亲核试剂更好?HO-因为它是更强的亲核试剂。溶剂的选择最好是像乙腈或DMF或其他极性非质子溶剂如果你想促进SN2。
用什么方法去除二甲酰胺中的水分?
使用Smithers的方法，JOC。https://www.chem.tamu.edu/rgroup/gladysz/documents/nmr6.pdf
我想知道乙二醇的极性是多少?它是极性溶剂还是非极性溶剂?乙二醇的介电常数是多少?
有人知道这些吗?
请帮帮我。谢谢
乙二醇是极性质子溶剂，因为它有羟基。根据这个网站，乙二醇的介电常数是37.0。https://www.engineeringtoolbox.com/liquid-dielectric-constants-d_1263.html
如何区分极性溶剂和非极性溶剂?
链接……http://chemwiki.ucdavis.edu/Organic_Chemistry/Reactions/Substitution_Reactions/SN2/Nucleophile
有时使用两相溶剂，如THF/H2O。为什么会这样呢?
四氢呋喃和水可混溶。当你想要使用水溶性试剂时，它是一个有用的溶剂体系，比如在有机分子存在的情况下，LiOH。例如，酯的水解通常在1:1 THF/H2O中进行
偶氮二异丁腈与二甲基甲酰胺高度溶解吗?如果你把这些混合起来，然后加入聚苯乙烯，化合物会溶解到聚苯乙烯中吗?
AIBN可溶于DMF，是的。它是一个自由基引发剂。我认为你描述的反应是苯乙烯自由基聚合生成聚苯乙烯。
詹姆斯博士和其他人，
你能解释一下共溶剂是如何工作的吗?比如二甲苯-甲醇或二甲苯-二甲基亚砜在一定比例下?你有关于混合溶剂如何工作以及如何确定它们的比例的参考文献吗?
嗨
如何容易地找出极性质子和极性非质子?
它有没有羟基或者NH基团?如果是的话，它就是极性质子。
为什么氯仿存放在琥珀色瓶中?
使用琥珀色瓶子可以减少光化学降解的可能性，这种降解可能会随着时间的推移而发生。
嗨，詹姆斯!
首先，祝贺你的网站!这很神奇，也很有帮助。
我需要一些帮助来应用你解释的这个概念。我不是化学家，但我需要这方面的有机化学知识，用于液相色谱(UFLC-MS/MS)，用C18硅胶柱定量原花青素(极性化合物)。旧的出版物提到甲醇+酸化水作为流动相，而最新的出版物使用乙腈+酸化水。由于成本降低，专业材料建议用甲醇取代乙腈，在我的情况下，我只有MS级的甲醇(ACN为HPLC级)。两者都是极性的，但ACN是极性非质子的，而甲醇是极性质子的。虽然它们的介电常数非常相似(也许这就是一些研究人员建议替换的原因)，但我是否应该预期由于使用甲醇可能成键而在定量上有巨大的差异?
你好,
我现在有点反应不太好我希望你能帮帮我。有没有办法水解反应可以在溶剂以外的溶剂中进行?我一直在尝试用丙二醇或甘油，但它们似乎不像水那样有效。
提前感谢!
丙二醇和甘油是质子性的。
谢谢你让非极性溶剂更清楚了。在看了你列出的所有化合物之后，这就说得通了。所以非极性溶剂通常没有氢键?看了氯仿之后，溶剂是非极性的因为电荷必须均匀地分散在三个氯中，对吧?
嘿，卢克——
“极性”是一个连续体。测量极性的一种方法是通过一个被称为“介电常数”的数字。水的介电常数很高，而像己烷这样的非极性溶剂介电常数很低。
对我来说，极性的一个有用的“硬线”是溶剂是否与水混溶——例如甲醇，乙醇，DMSO, DMF, THF，都是可与水混合的，并且相当“极性”。
溶剂如乙醚，己烷，二氯甲烷，氯仿，不溶于水，一般被归类为“非极性”。是的，你说这些溶剂都没有氢键是正确的。
这并不是说这些溶剂没有极性比如说氯仿有偶极矩，乙醚也有，所以它们比戊烷更极性。
我希望这能有所帮助!詹姆斯
我有一个问题。为什么极性质子异丙醇能与环己烷和乙腈混溶，而环己烷和乙腈不混溶?更一般地说，我理解了为什么极性质子和极性非质子相互作用的“同类溶解同类”，但为什么非极性环己烷和极性质子异丙醇之间有相互作用，而非极性环己烷和极性非质子乙腈之间没有反应(不混溶)?
谢谢!
乙腈有一个N原子，所以H-N分子间的相互作用是可能的，因此氢键也是可能的。规则有助于完成特定的推理，但它们不是用来解释事物是如何工作的，而是用来简化我们在解决问题时对它们的思考。在Sn2反应中，极性非质子溶剂能包围并包封离子的根本原因是氢键能与溶液中的离子很好地相互作用。因此，只要有1个HCN分子能排列到异丙醇中O原子靠近H原子，HCN的N原子与异丙醇的H原子靠近H原子，则氢键是溶剂化和混相的主要驱动力。
希望这能有所帮助。
丙二醇是什么?甘油呢?
极性质子。丙二醇有羟基。
二苯醚是非极性的?或极?
它在室温下是固体。不是最实用的溶剂。
如何比较两种极性质子溶剂的强度?
介电常数是一个很好的指标。
谢谢你！但是如何确定哪些物种会成为亲核试剂呢?溶剂还是亲核试剂?
如果你有一个非常活泼的亲电试剂，比如碳正离子，还有一个能和碳正离子反应的溶剂，比如水或醇，那么溶剂的存在量就会远远超过其他亲核试剂。所以仅仅根据浓度，我们就可以认为溶剂是亲核试剂。
不错的讨论。丁醇是极性的吗(我的意思是，它能和水混溶吗)
ff溶剂的极性依次递增(乙醚、丁醇、氯仿、乙酸乙酯)
如果你用你提到的所有溶剂搜索“水溶性”，你会发现丁醇是最溶于水的。它是迄今为止最极端的。
为什么丁基纤维素溶液能与水混溶??
如何决定反应中使用的溶剂是参与性溶剂还是非参与性溶剂?
大多数情况下，参与溶剂会有一个O-H键，在作为亲核试剂后可以去质子化。
DMSO作为极性非质子溶剂还能进行氢交换吗?
假设我想测量氘化DMSO中葡萄糖的IR或VCD，我能做到而不用担心氢交换吗?否则我就得先氘化葡萄糖的OH键。
氘化DMSO不会交换葡萄糖羟基上的质子。氘都连着碳。
你好,
我猜你终于向我解释了一个我不知道为什么观察到的趋势。我经常遇到这样的情况，人们会使用酸-醇(如hcl - ethh)溶液作为溶剂。
如果我没理解错的话:“有很多例子(太多了，无法一一列举)，在反应中，极性质子溶剂(如水、甲醇或乙醇)可以充当亲核试剂，通常是在强亲电试剂(如酸)存在的情况下。”
然后使用酸-醇混合物作为溶剂允许在亲核环境中稳定溶解离子的某些低价。这就是在HCl- ethoh而不是HCl中工作的好处吗?
通常发生的情况是酸会将醇质子化，并将其转化为一个好的离去基(R-OH2 +)。在失去水之后，溶剂可以作为亲核试剂。
教授,
你知道在哪里可以找到有关有机极性溶剂的电击穿电压的信息吗?
这是我在50多年的独立研究中唯一没有找到的科学信息，假设我知道我在寻找什么。
谢谢你！
最好的问候,
吉姆Andrakin
问得好，吉姆。我没有什么特别的见解。
为什么F-氢键能比I-更好地与极性质子溶剂成键?
看看H-F键(135千卡/摩尔)比H-I键(70千卡/摩尔)强得多。负电荷更集中在F上。
所以，极性质子溶剂能稳定SN1反应中形成的碳正离子，而极性非质子溶剂不能溶剂化SN2反应中的亲核试剂，从而维持其有效性，这是正确的吗?极性质子溶剂能溶解SN1中的亲核试剂吗?如果能，为什么这很重要?
你好，我有一个问题:
关于离子的溶剂化;为什么水比甲醇更容易溶解K+离子?
可知:K+配合物在水溶剂中的稳定常数为100，而在甲醇溶剂中的稳定常数为100,000
可见水的溶剂化作用较大，导致络合物的生成减少
(超分子化学课程)
非常有用。感谢你花时间开发和张贴这篇文章!
好的，谢谢你伊莎贝拉。很高兴有用。
你好，这对我的科学展览项目很有帮助。非常感谢! ! ?
好的!谢谢Malak。
我在研究不同溶质在己烷中的溶解度。己烷是非极性的所以它能溶解非极性的溶质但我相信乙酸乙酯是极性的但它能和己烷混溶。你能告诉我这是为什么吗?
乙酸乙酯的极性比己烷强，但又不至于与水混溶。它是极性有机溶剂。
我有一个疑问:
当极性质子溶剂用作共轭碱的溶剂时，共轭碱会是溶剂中最强的碱/亲核试剂吗?
谢谢!
含有NH2或NHC的溶剂会更糟糕吗?
NHC吗?
关于DCM和氯仿的偶极矩，我想我有些东西可以贡献。问题是它们的结构都是四面体，键角=cos-1(-0.33)=109.5°。现在，如果你对向量有了一些了解，那么你就会意识到，保持这个角度的四个向量得到的净=0。但有趣的是三个这样的向量的结式等于一个这样的向量，只是方向相反。所以在氯仿的情况下，THREE -Cl实际上对偶极矩有贡献，就好像它只是1 -Cl。然而，在DCM的情况下，两个-Cl就像有两个cos(54.9°)-Cl = 1.15 -Cl一样
总之，使用一点向量代数:
IN CHCl3 =偶极子eqv。到1 -Cl
IN CH2Cl2 =偶极子eqv。1.15 cl
伟大的评论。非常感谢。早该想到的。
这对清晰的理解很有帮助。谢谢你
2022年11月24日
如何区分极性溶剂和非极性溶剂
你说的分离是指在实验室里把他们物理分离，还是指“区分”?
区分极性溶剂最重要的区别是:寻找O-H键，因为它们会有氢键(O的电负性比H大得多，氧上有大量的部分负电荷，氢上有大量的部分正电荷)。第二个最重要的区别:寻找电负性差异较大的化学键，如丙酮和DMF中的C=O, DMSO中的S=O，乙腈中的CN。
非常非极性的溶剂(碳氢化合物)只有碳氢键。
要寻找的关键测量是所谓的“介电常数”，它对极性分子来说很大，对非极性分子来说很小。
是的，我的意思是如何在实验室里将它们物理分离
谢谢
我们使用分离漏斗。极性溶剂和非极性溶剂一般不能混合。