लुईस अम्ल और क्षार



एक लुईस एसिड (अमेरिकी भौतिक रसायनज्ञ गिल्बर्ट एन। लुईस के नाम पर) एक रासायनिक प्रजाति है जिसमें एक खाली गैर-बंधन कक्षीय होता है जो एक लुईस आधार (रसायन विज्ञान) से एक इलेक्ट्रॉन जोड़ी को स्वीकार करने में सक्षम होता है ताकि लुईस जोड़ बनाया जा सके। एक लुईस आधार, फिर, कोई भी प्रजाति है जिसमें एक इलेक्ट्रॉन जोड़ी युक्त एक भरा हुआ कक्षीय होता है जो सहसंयोजक बंधन में शामिल नहीं होता है लेकिन लुईस एसिड के साथ एक लुईस एसिड के साथ एक मूल बंधन बना सकता है। उदाहरण के लिए, अमोनिया|NH3लुईस बेस है, क्योंकि यह इलेक्ट्रॉनों की अपनी अकेली जोड़ी दान कर सकता है। ट्राइमिथाइलबोरेन (मि3बी) एक लुईस एसिड है क्योंकि यह एक अकेले जोड़े को स्वीकार करने में सक्षम है। एक लुईस जोड़ में, लुईस एसिड और बेस, लुईस बेस द्वारा प्रस्तुत एक इलेक्ट्रॉन जोड़ी साझा करते हैं, जो एक डाइवेटिव बॉन्ड बनाते हैं। एनएच के बीच एक विशिष्ट रासायनिक प्रतिक्रिया के संदर्भ में3 और मुझे3बी, एनएच से एक अकेली जोड़ी3 Me के खाली कक्षीय के साथ एक मूल बंधन बनाएगा3B एक adduct NH बनाने के लिए3•बम3. शब्दावली गिल्बर्ट एन लुईस के योगदान को संदर्भित करती है। न्यूक्लियोफाइल और इलेक्ट्रोफाइल शब्द क्रमशः लुईस बेस और लुईस एसिड के साथ विनिमेय हैं। हालांकि, ये शब्द, विशेष रूप से उनके सार संज्ञा न्यूक्लियोफिलिसिटी और इलेक्ट्रोफिलिसिटी बनाते हैं, प्रतिक्रियाशीलता के गतिज ऊर्जा पहलू पर जोर देते हैं, जबकि लुईस बेसिकिटी और लुईस अम्लता लुईस एडिक्ट फॉर्मेशन के ऊष्मप्रवैगिकी पहलू पर जोर देते हैं।

व्यसनों का चित्रण
कई मामलों में, एक जटिल में लुईस बेस और लुईस एसिड के बीच की बातचीत को एक तीर द्वारा इंगित किया जाता है जो लुईस बेस को इलेक्ट्रॉनों को लुईस एसिड की ओर एक डाइवेटिव बॉन्ड के नोटेशन का उपयोग करते हुए दर्शाता है - उदाहरण के लिए, Me3B←NH3. कुछ स्रोत लुईस बेस को डॉट्स की एक जोड़ी (स्पष्ट इलेक्ट्रॉनों का दान किया जा रहा है) के साथ इंगित करते हैं, जो बेस से ही एसिड के साथ परिसर में संक्रमण के लगातार प्रतिनिधित्व की अनुमति देता है:
 * Me3B + :NH3 -> Me3B:NH3

लुईस व्यसन का प्रतिनिधित्व करने के लिए एक केंद्र बिंदु का भी उपयोग किया जा सकता है, जैसे Me3B*NH3. एक अन्य उदाहरण बोरोन ट्राइफ्लोराइड डायथाइल ईथेरेट है, BF3*Et2O. थोड़ा अलग उपयोग में, केंद्र बिंदु का उपयोग विभिन्न क्रिस्टल में क्रिस्टलीकरण के पानी का प्रतिनिधित्व करने के लिए भी किया जाता है, जैसे कि MgSO4*7H2O हाइड्रेटेड मैग्नीशियम सल्फेट के लिए, भले ही पानी धातु के साथ एक मूल बंधन बनाता हो।

यद्यपि गैर-डेटिव सहसंयोजक बंधों से मूल संबंध को अलग करने के लिए कम्प्यूटेशनल और प्रायोगिक ऊर्जावान मानदंड का उपयोग करने का प्रयास किया गया है, अधिकांश भाग के लिए, भेद केवल इलेक्ट्रॉन जोड़ी के स्रोत पर ध्यान देता है, और मूल बंधन, एक बार बनने के बाद, अन्य सहसंयोजक बंधनों के रूप में व्यवहार करते हैं, हालांकि उनके पास आमतौर पर काफी ध्रुवीय चरित्र होता है। इसके अलावा, कुछ मामलों में (जैसे, सल्फॉक्साइड्स और अमीन ऑक्साइड्स R2S->O और R3N->O), औपचारिक शुल्कों के आरेखण से बचने के लिए मूल बांड तीर का उपयोग सिर्फ एक सांकेतिक सुविधा है। सामान्य तौर पर, हालांकि, दाता-स्वीकर्ता बंधन को आदर्श सहसंयोजक बंधन और आयनिक बंधन के बीच एक निरंतरता के रूप में देखा जाता है।

लुईस एसिड
लुईस एसिड विविध हैं और इस शब्द का प्रयोग शिथिल रूप से किया जाता है। सबसे सरल वे हैं जो लुईस बेस के साथ सीधे प्रतिक्रिया करते हैं, जैसे कि बोरॉन ट्राइहैलाइड्स और फॉस्फोरस, आर्सेनिक और एंटीमनी के पेंटाहैलाइड्स।

इसी क्रम में सीएच3+ को मेथिलिकरण प्रतिक्रियाओं में लुईस एसिड माना जा सकता है। हालांकि, संघनित चरण में मिथाइल केशन कभी भी एक मुक्त प्रजाति के रूप में नहीं होता है, और सीएच जैसे अभिकर्मकों द्वारा मिथाइलेशन प्रतिक्रियाएं होती हैं।3मैं न्यूक्लियोफाइल से कार्बन तक एक बंधन के एक साथ गठन के माध्यम से होता हूं और कार्बन और आयोडीन के बीच बंधन की दरार (एसN2 प्रतिक्रिया)। पाठ्यपुस्तकें इस बिंदु पर असहमत हैं: कुछ का कहना है कि एल्काइल हलाइड्स इलेक्ट्रोफिल हैं लेकिन लुईस एसिड नहीं हैं, जबकि अन्य अल्काइल हलाइड्स का वर्णन करते हैं (उदाहरण के लिए सीएच3Br) लुईस एसिड के एक प्रकार के रूप में। IUPAC गोल्ड बुक में कहा गया है कि लुईस अम्ल और लुईस क्षार प्रतिक्रिया करके लुईस व्यसन बनाते हैं, और इलेक्ट्रोफिल को लुईस एसिड के रूप में परिभाषित करता है।

सरल लुईस एसिड
इस तरह के लुईस एसिड के कुछ सबसे अधिक अध्ययन किए गए उदाहरण बोरॉन ट्राइहैलाइड्स और organoboranes हैं:
 * बर्फ3 + एफ− → BF4 -

इस जोड़ में, सभी चार फ्लोराइड केंद्र (या अधिक सटीक रूप से, लिगेंड) समतुल्य हैं।
 * बीएफ3 + ओमे2 → BF3ओमे2

दोनों बीएफ4− और बीएफ3ओमे2 बोरॉन ट्राइफ्लोराइड के लेविस बेस एडिक्ट हैं।

कई व्यसन ऑक्टेट नियम का उल्लंघन करते हैं, जैसे ट्रायोड्स का आयन:
 * मैं2 + मैं− → आई3 -

आयोडीन समाधान के रंगों की परिवर्तनशीलता लुईस एसिड I के साथ व्यसनों को बनाने के लिए विलायक की परिवर्तनशील क्षमताओं को दर्शाती है2.

कुछ लुईस एसिड दो लुईस आधारों को बांधते हैं, एक प्रसिद्ध उदाहरण hexafluorosilicate का निर्माण होता है:
 * सिफ4 + 2 एफ− → SiF62−

जटिल लुईस एसिड
लुईस एसिड माने जाने वाले अधिकांश यौगिकों को लुईस बेस के साथ जोड़ के गठन से पहले एक सक्रियण चरण की आवश्यकता होती है। एथिलेलुमिनियम सेस्क्यूक्लोराइड जैसे जटिल यौगिक|Et3अल2क्लोरीन3और एल्यूमीनियम क्लोराइड | AlCl3ट्राइगोनल प्लानर लुईस एसिड के रूप में माना जाता है लेकिन समुच्चय और पॉलिमर के रूप में मौजूद होता है जिसे लुईस बेस द्वारा अवक्रमित किया जाना चाहिए। एक सरल मामला बोरेन के व्यसनों का निर्माण है। मोनोमेरिक बीएच3 प्रशंसनीय रूप से मौजूद नहीं है, इसलिए डिबोराने के क्षरण से बोरेन के योग उत्पन्न होते हैं:
 * बी2H6 + 2 एच− → 2 BH4 -

इस मामले में, एक मध्यवर्ती बी2H7− अलग किया जा सकता है।

कई धातु परिसर लुईस एसिड के रूप में काम करते हैं, लेकिन आमतौर पर केवल अधिक कमजोर रूप से बंधे लुईस बेस को अलग करने के बाद, अक्सर पानी।
 * [एमजी (एच2ओ)6]2+ + 6 छोटे3 → [मिलीग्राम (छोटा)3)6]2+ + 6 एच2हे

एच+ लुईस एसिड
के रूप में प्रोटॉन (एच+) सबसे मजबूत में से एक है, लेकिन सबसे जटिल लुईस एसिड में से एक भी है। यह इस तथ्य को अनदेखा करने के लिए परंपरा है कि एक प्रोटॉन भारी विलायक (विलायक के लिए बाध्य) है। इस सरलीकरण को ध्यान में रखते हुए, अम्ल-क्षार प्रतिक्रियाओं को व्यसनों के निर्माण के रूप में देखा जा सकता है:
 * एच+ + छोटा3 → एनएच4+
 * एच+ + ओह− → एच2हे

लुईस अम्ल के अनुप्रयोग
कार्रवाई में लुईस एसिड का एक विशिष्ट उदाहरण फ्रीडेल-क्राफ्ट्स एल्केलाइजेशन रिएक्शन में है। मुख्य कदम AlCl द्वारा स्वीकृति है3 एक क्लोराइड आयन अकेला-जोड़ी, AlCl बनाता है4− और अत्यधिक अम्लीय, यानी इलेक्ट्रोफिलिक, कार्बोनियम आयन बनाना।
 * आरसीएल + एएलसीएल3 → आर+ + अलसीएल4 -

लुईस बेस
एक लुईस बेस एक परमाणु या आणविक प्रजाति है जहां HOMO (HOMO) अत्यधिक स्थानीयकृत है। विशिष्ट लुईस बेस अमोनिया और एल्काइल एमाइन जैसे पारंपरिक अमाइन हैं। अन्य आम लुईस आधारों में पिरिडीन और इसके डेरिवेटिव शामिल हैं। लुईस बेस के कुछ मुख्य वर्ग हैं
 * सूत्र एनएच की अमीन्स3− xRx जहाँ R = ऐल्किल या ऐरिल। इनसे संबंधित पाइरीडीन और इसके डेरिवेटिव हैं।
 * फॉर्मूला पीआर के फॉस्फीन3− xAx, जहां आर = एल्काइल, ए = एरील।
 * O, S, Se और Te के यौगिक ऑक्सीकरण अवस्था -2 में, जिनमें पानी, ईथर, कीटोन्स शामिल हैं

सबसे आम लुईस आधार आयन हैं। लुईस बेसिकिटी की ताकत इसके साथ संबंध रखती है pKa मूल अम्ल का: उच्च के साथ अम्ल pKaअच्छे लुईस बेस देते हैं। हमेशा की तरह, एक अम्ल शक्ति का एक मजबूत संयुग्म आधार होता है।


 * इलेक्ट्रॉन जोड़ी दाता की सामान्य परिभाषा के आधार पर लुईस आधारों के उदाहरणों में शामिल हैं:
 * सरल आयन, जैसे हाइड्राइड|एच- और फ्लोराइड | एफ -
 * अन्य एकाकी-जोड़ी युक्त प्रजातियां, जैसे कि एच2ओ, छोटा3, हाइड्रॉक्साइड | एच ओ-, और सीएच3 -
 * जटिल आयन, जैसे सल्फेट
 * इलेक्ट्रॉन से भरपूर $\pi$-सिस्टम लुईस बेस, जैसे एथाइन, एथीन और बेंजीन

लुईस बेस की ताकत का मूल्यांकन विभिन्न लुईस एसिड के लिए किया गया है, जैसे I2, एसबीसीएल5, और बीएफ3.

लुईस क्षारों के अनुप्रयोग
लगभग सभी इलेक्ट्रॉन युग्म दाता जो बाध्यकारी संक्रमण तत्वों द्वारा यौगिकों का निर्माण करते हैं, उन्हें लुईस बेस-या लिगैंड्स के संग्रह के रूप में देखा जा सकता है। इस प्रकार लुईस बेस का एक बड़ा अनुप्रयोग धातु उत्प्रेरक की गतिविधि और चयनात्मकता को संशोधित करना है। चिराल लुईस आधार इस प्रकार एक उत्प्रेरक पर चिरालिटी (रसायन विज्ञान) प्रदान करते हैं, असममित कटैलिसीस को सक्षम करते हैं, जो दवा्स के उत्पादन के लिए उपयोगी है।

कई लेविस बेस मल्टीडेंटेट हैं, यानी वे लुईस एसिड के लिए कई बंधन बना सकते हैं। इन बहुदंतुक लुईस क्षारों को कीलेटिंग एजेंट कहा जाता है।

हार्ड और सॉफ्ट वर्गीकरण
लुईस एसिड और बेस को आमतौर पर उनकी कठोरता या कोमलता के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है। इस संदर्भ में कठिन का तात्पर्य छोटे और गैर-ध्रुवीय और नरम से है जो बड़े परमाणुओं को इंगित करता है जो अधिक ध्रुवीकरण योग्य हैं।
 * ठेठ हार्ड एसिड: एच+, क्षार/क्षारीय मृदा धातु धनायन, बोरेन, Zn2+
 * ठेठ सॉफ्ट एसिड: Ag+, मो(0), नी(0), पं2+
 * विशिष्ट कठोर क्षार: अमोनिया और एमाइन, पानी, कार्बोक्सिलेट्स, फ्लोराइड और क्लोराइड
 * ठेठ नरम आधार: ऑर्गनोफॉस्फिन्स, थियोईथर, कार्बन मोनोऑक्साइड, आयोडाइड

उदाहरण के लिए, एक अमाइन एसिड बीएफ के साथ फॉस्फीन को एडिक्ट से विस्थापित कर देगा3. इसी प्रकार आधारों का वर्गीकरण किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन परमाणु से एक अकेला जोड़ा दान करने वाले आधार नाइट्रोजन परमाणु के माध्यम से दान करने वाले आधारों की तुलना में कठिन होते हैं। हालांकि वर्गीकरण को कभी भी परिमाणित नहीं किया गया था, यह प्रमुख अवधारणाओं का उपयोग करते हुए, कठोर एसिड-हार्ड बेस और सॉफ्ट एसिड-सॉफ्ट बेस इंटरैक्शन हार्ड एसिड-सॉफ्ट बेस या सॉफ्ट एसिड-हार्ड से अधिक मजबूत होते हैं, यह व्यसन गठन की ताकत का अनुमान लगाने में बहुत उपयोगी साबित हुआ। बेस इंटरैक्शन। बाद में बातचीत के ऊष्मप्रवैगिकी की जांच ने सुझाव दिया कि कठिन-कठोर अंतःक्रियाएं उत्साहजनक हैं, जबकि नरम-मुलायम एन्ट्रापी के पक्षधर हैं।

लुईस अम्लता की मात्रा निर्धारित करना
लुईस अम्लता का मूल्यांकन और भविष्यवाणी करने के लिए कई तरीके तैयार किए गए हैं। कई स्पेक्ट्रोस्कोपिक हस्ताक्षरों पर आधारित होते हैं जैसे शिफ्ट एनएमआर सिग्नल या आईआर बैंड उदा। गुटमैन-बेकेट विधि और चिल्ड्स तरीका।

ECW मॉडल एक मात्रात्मक मॉडल है जो लुईस एसिड बेस इंटरैक्शन -ΔH की ताकत का वर्णन और भविष्यवाणी करता है। मॉडल ने कई लुईस एसिड और बेस को ई और सी पैरामीटर दिए। प्रत्येक एसिड की विशेषता एक ई हैA और एक सीA. इसी तरह प्रत्येक आधार की अपनी ई द्वारा विशेषता हैB और सीB. ई और सी पैरामीटर क्रमशः इलेक्ट्रोस्टैटिक और सहसंयोजक योगदान को संदर्भित करते हैं जो बांड की ताकत में अम्ल और आधार बनेंगे। समीकरण है


 * −ΔH = ईAEB + सीACB + डब्ल्यू

डब्ल्यू टर्म एसिड-बेस रिएक्शन के लिए निरंतर ऊर्जा योगदान का प्रतिनिधित्व करता है जैसे डिमेरिक एसिड या बेस की दरार। समीकरण एसिड और बेस स्ट्रेंथ के उलट होने की भविष्यवाणी करता है। समीकरण की चित्रमय प्रस्तुतियों से पता चलता है कि लुईस बेस स्ट्रेंथ या लुईस एसिड स्ट्रेंथ का एक ही क्रम नहीं है। और वह एकल संपत्ति पैमाने अम्ल या क्षार की एक छोटी श्रेणी तक सीमित हैं।

इतिहास
अवधारणा की उत्पत्ति गिल्बर्ट एन. लुईस से हुई जिन्होंने रासायनिक बंधन का अध्ययन किया। 1923 में, लुईस ने लिखा था कि एक अम्ल पदार्थ वह है जो अपने स्वयं के परमाणुओं में से एक के स्थिर समूह को पूरा करने के लिए दूसरे अणु से एक इलेक्ट्रॉन अकेला जोड़ा नियोजित कर सकता है। मिस्लर, एल.एम., टार, डी.ए., (1991) पृ. 166 - खोजों की तालिका लुईस सिद्धांत के लिए प्रकाशन/रिलीज़ की तारीख को 1923 मानती है।  ब्रोंस्टेड-लोरी एसिड-बेस सिद्धांत उसी वर्ष प्रकाशित हुआ था। दो सिद्धांत अलग हैं लेकिन पूरक हैं। लुईस बेस भी ब्रोन्स्टेड-लोरी बेस है, लेकिन लुईस एसिड को ब्रोंस्टेड-लोरी एसिड होने की आवश्यकता नहीं है। 1963 में हार्ड और सॉफ्ट एसिड और बेस (एचएसएबी सिद्धांत) में वर्गीकरण। लुईस एसिड-बेस इंटरैक्शन की ताकत, जैसा कि एक जोड़ के गठन के मानक एन्थैल्पी द्वारा मापा जाता है, ड्रैगो-वेलैंड दो-पैरामीटर समीकरण द्वारा भविष्यवाणी की जा सकती है।

लुईस सिद्धांत का सुधार
लुईस ने 1916 में सुझाव दिया था कि इलेक्ट्रॉनों की जोड़ी साझा करके दो परमाणुओं को एक रासायनिक बंधन में एक साथ रखा जाता है। जब प्रत्येक परमाणु ने बंधन में एक इलेक्ट्रॉन का योगदान दिया, तो इसे सहसंयोजक बंधन कहा जाता था। जब दोनों इलेक्ट्रॉन एक परमाणु से आते हैं, तो इसे मूल सहसंयोजक बंधन या समन्वय बंधन कहा जाता है। भेद बहुत स्पष्ट नहीं है। उदाहरण के लिए, अमोनिया और हाइड्रोजन से अमोनियम आयन के निर्माण में अमोनिया अणु हाइड्रोन (रसायन) को इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी दान करता है; बनने वाले अमोनियम आयन में इलेक्ट्रॉनों की पहचान खो जाती है। फिर भी, लुईस ने सुझाव दिया कि एक इलेक्ट्रॉन-जोड़ी दाता को आधार के रूप में वर्गीकृत किया जाना चाहिए और एक इलेक्ट्रॉन-जोड़ी स्वीकर्ता को अम्ल के रूप में वर्गीकृत किया जाना चाहिए।

लुईस एसिड की एक और अधिक आधुनिक परिभाषा एक परमाणु या आणविक प्रजाति है जो कम ऊर्जा के स्थानीय खाली परमाणु कक्षीय या आणविक कक्षीय कक्षीय है। यह निम्नतम-ऊर्जा आणविक कक्षीय (LUMO) इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी को समायोजित कर सकता है।

ब्रोंस्टेड-लोरी सिद्धांत के साथ तुलना
एक लुईस बेस अक्सर ब्रोंस्टेड-लोरी बेस होता है क्योंकि यह एच को इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी दान कर सकता है+; प्रोटॉन एक लुईस अम्ल है क्योंकि यह इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी को स्वीकार कर सकता है। ब्रोंस्टेड-लोरी एसिड का संयुग्म आधार भी डीप्रोटोनेशन के रूप में लुईस बेस है। एच की हानि+ एसिड से उन इलेक्ट्रॉनों को छोड़ देता है जो संयुग्म आधार पर एक अकेले जोड़े के रूप में ए-एच बंधन के लिए उपयोग किए जाते थे। हालांकि, एक लुईस बेस प्रोटोनेशन के लिए बहुत मुश्किल हो सकता है, फिर भी लुईस एसिड के साथ प्रतिक्रिया करता है। उदाहरण के लिए, कार्बन मोनोआक्साइड एक बहुत कमजोर ब्रोंस्टेड-लोरी बेस है लेकिन यह बीएफ के साथ एक मजबूत जोड़ बनाता है।3.

ब्राउन और कनेर द्वारा लुईस और ब्रोंस्टेड-लोरी अम्लता की एक और तुलना में, 2,6-di-t-butylpyridine HCl के साथ हाइड्रोक्लोराइड नमक बनाने के लिए प्रतिक्रिया करता है लेकिन BF के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है3. यह उदाहरण दर्शाता है कि स्टायरिक कारक, इलेक्ट्रॉन विन्यास कारकों के अलावा, भारी di-t-butylpyridine और छोटे प्रोटॉन के बीच बातचीत की ताकत का निर्धारण करने में एक भूमिका निभाते हैं।

यह भी देखें

 * अम्ल
 * आधार (रसायन विज्ञान)
 * अम्ल-क्षार अभिक्रिया
 * ब्रोंस्टेड-लोरी अम्ल-क्षार सिद्धांत
 * चिरल लुईस एसिड
 * निराश लुईस जोड़ी
 * गुटमैन-बेकेट विधि
 * ईसीडब्ल्यू मॉडल