Протонирование

Протони́рование (протонизация), процесс переноса протона с кислоты на протофильную частицу (основание):

${\displaystyle AH+B\rightleftarrows A^{-}+BH^{+}}$,

где AH – кислота, B – основание.

Доноры протонов в протонировании – кислоты Брёнстеда (см. Теории кислот и оснований), в частности ОН-, NH-, СН- и вообще ЭН-кислоты (где Э – элемент), акцепторы – различные основания. Возможность протекания протонирования обусловлена относительной силой кислоты и основания. Например, для таких сильных оснований, как карбанионы или амидные анионы, донорами протонов могут служить весьма слабые СН-кислоты; сильные протонные кислоты и особенно сверхкислоты позволяют осуществить протонирование таких молекул, как карбоновые кислоты и даже насыщенные углеводороды, например:

Протонирование может происходить как межмолекулярно, так и внутримолекулярно и сопровождаться перемещением кратной связи, образованием циклической структуры, изменением валентности атома, к которому мигрирует протон, и другими превращениями.

Протонирование протекает с очень высокой скоростью. Так, в водных растворах протонирование оснований типа анионов неорганических и органических кислот, алкоксид-ионов, феноксид-ионов, аминов, циклических N-ocнований происходит обычно с константой скорости k около 10¹⁰ дм³ /(моль‧с). Быстрее всего протонируется НО^– [около 1,5‧10¹¹ дм³ /(моль‧с)], что обусловлено перемещением Н⁺ по эстафетному механизму, по цепочке водородных связей. В случае протонирования карбанионов k варьирует в очень широких пределах [~ от 1 до 10¹⁰ дм³ /(моль‧с)] из-за необходимости перестройки электронной или геометрической структуры протофильной частицы при переносе протона. На скорость протонирования в неводных средах сильное влияние оказывают сольватация и ионная ассоциация.

Количественные данные о кинетике и механизме протонирования получают с помощью специальных методов изучения быстрых реакций (струевые кинетические методы, релаксационные методы, электрохимическая кинетика). Информацию о тонких деталях механизма протонирования дают зависимости (соотношения Брёнстеда) k от кислотности (рК_а ) или основности (рК_b ) участвующих в протонировании реагентов и величины кинетических (первичного и вторичного) изотопных эффектов и изотопного эффекта растворителя. Предполагается, что в некоторых химических процессах протонирование может происходить без преодоления энергетического барьера (туннельный эффект).

Енолизация, изотопный водородный обмен, ионный обмен, гидролиз, гидратация, этерификация – явления, в которых протонирование – обязательная или возможная стадия.