有機(jī)化合物堿或酸的特性,是由于有某些依各別形式結(jié)合的元素存在與其活性,能反映出對(duì)氫離子(質(zhì)子)的受授(消耗和產(chǎn)生),或反映出與形成鹽密切相關(guān)的過(guò)程。一般,“鹽形成”的基團(tuán),都是位置在有機(jī)化合物分子內(nèi)的一定地方的。在有些實(shí)例中,按其正常結(jié)構(gòu)本來(lái)是中和的化合物,可以通過(guò)互變結(jié)構(gòu)的分子重排,或通過(guò)OH-離子的作用(酮-烯醇平衡,硫酮-烯硫醇平衡,硝基-硝酰的酸性平衛(wèi)),而取得一種酸性的“鹽形成”特性。
實(shí)際上,所有穩(wěn)定的堿性有機(jī)化合物,都是氨、胲或肼的衍生物①。它們和無(wú)機(jī)強(qiáng)酸所形成的鹽類(lèi),相當(dāng)于銨鹽、胲鹽和肼鹽。除了少數(shù)例外,這些鹽類(lèi),都是能溶于水的。如有過(guò)量鹽酸存在,一切有機(jī)含氮堿類(lèi)的鹽酸鹽,都很溶于水,這是具有實(shí)用的重要性的。有機(jī)含氮堿類(lèi),結(jié)合H+離子或放出OH-離子的強(qiáng)度,要取決于分子內(nèi)與氮原子結(jié)合的其余部分。例如NH2基團(tuán)及NH-基團(tuán)和烷基結(jié)合時(shí),是強(qiáng)堿性的,而和芳基結(jié)合時(shí),卻是弱堿性的。如果這些基團(tuán)和CO-基團(tuán)直接鍵合,其產(chǎn)物為中性而不溶于酸的化合物(酰胺及酰替苯胺)。環(huán)狀及非環(huán)狀化合物之含有NH-基團(tuán),而與CO-或CS-基團(tuán)相毗鄰的,其功能像酸類(lèi)。又磺酰胺類(lèi)之含有-SO2NH2或-SO2NHR基團(tuán)的,也是如此。
凡可作為氫離子分裂出來(lái)的,或可被等數(shù)同價(jià)的金屬原子置換而生成鹽類(lèi)的氫原子,都是有機(jī)化合物酸特性的要素。如果氫原子直接與碳鍵合,只有在含—C≡C—H基團(tuán)的乙炔及其衍生物中,才會(huì)顯出這個(gè)能力②。酸性的H原子一般都是含在直接與碳鍵合,或通過(guò)一個(gè)中間非金屬原子與碳鍵合的OH-、SH-及NH基團(tuán)之中,如下所示:
在論到能在水中至少有顯著溶解的化合物時(shí),它們對(duì)染料指示劑的性行,可以示出此時(shí)手頭的化合物,是否堿類(lèi),或酸類(lèi),或中性化合物。這類(lèi)試驗(yàn)可用水溶液數(shù)滴進(jìn)行,或用小量固體試樣直接放在潤(rùn)濕的指示劑試紙上進(jìn)行,或用數(shù)滴適當(dāng)指示劑溶液在滴試板上進(jìn)行。剛果紅可推薦用于酸性化合物;溴百里酚藍(lán)或酚酞,可用于堿性化合物。曾有提議采用四種混合指示劑,將有機(jī)化合物按照pH分成:強(qiáng)酸類(lèi)、中級(jí)酸類(lèi)、兩性電解質(zhì)類(lèi)、中性化合物類(lèi)、弱堿類(lèi)、中級(jí)堿類(lèi)。如果配制指示劑溶液時(shí),都是根據(jù)指示進(jìn)行的,那末它們?cè)谶@方面的定向功用,將會(huì)是優(yōu)越的。
一個(gè)指示水不溶有機(jī)化合物內(nèi)“鹽形成”基團(tuán)的方法,是由這些化合物對(duì)稀鹽酸或稀苛性堿的性行所給出的。這樣,堿性化合物就會(huì)以鹽酸鹽形式進(jìn)入溶液,而酸性化合物,則會(huì)以相應(yīng)的堿金屬鹽形式進(jìn)入溶液③。這些試驗(yàn),可在表面皿上,用極小量試樣加一滴酸或堿來(lái)進(jìn)行;如有必要,可將試樣進(jìn)行溫?zé)?。最好是將酸堿處理放在微量離心管內(nèi)進(jìn)行,并用離心分離法,將任何未溶解的物料進(jìn)行分離。然后將氨或稀鹽酸,一滴一滴地加入這澄清的液體中,直至達(dá)到明顯的堿性或酸性的反應(yīng)為止。如有沉淀或混濁出現(xiàn),就表明有不溶于水的堿性或酸性化合物存在。如果有一種不溶于水的物料,既溶解于鹽酸,溶解于堿,那末手頭上的物料,為一種兩性電解質(zhì),即是一種分子內(nèi)含有堿性及酸性兩種“鹽形成”基團(tuán)的化合物。
上述試驗(yàn)堿性及酸性化合物的方法,一般可適用于定向目的。即使是微克量的水溶物料,也可使指示劑發(fā)生明白可見(jiàn)的顏色變化。在酸或堿內(nèi)的溶度試驗(yàn)中,如果要求獲得明確的效應(yīng),至少需要固體試樣0.2~2毫克。檢試有機(jī)化合物的堿或酸特性,以及檢試揮發(fā)性酸類(lèi)及堿類(lèi)的其它微量及半微量操作手續(xù),都將在之后文章中介紹。
① 有少數(shù)化合物,如吡喃酮(氧(雜)芑酮)類(lèi),與一些花的花色素顏料,都含有充分堿性的氧原子,使它們能溶于稀鹽酸中,且在加入CH3I或C2H5I時(shí),會(huì)形成碘甲鹽(碘乙鹽)。
② 汞占一特殊位置;它有與碳原子形成穩(wěn)定結(jié)合的顯著傾向,所以能在許多脂族與芳族化合物中取代氫(所謂汞化)。這點(diǎn)可參閱F.C.Whitmore,Organic Compounds of Mercury,New York,1921。關(guān)于一般有機(jī)金屬化合物,見(jiàn)于E.G.Rachow,D.T.Hurd and R.N.Lewis,The Chemistry of Orgonometallic Compounds,New York 1957。
③ 這個(gè)規(guī)律,有可注意的例外。R.Adams,在 J.Amer.Chem.Soc.,41(1919)247中,指出許多被取代的酚類(lèi),即在沸騰的10%苛性鹼中也不溶解。他將這事歸之于這些有關(guān)酚類(lèi)在水中具有大的不溶性。有些磺酰胺類(lèi)也是如此。顯然堿類(lèi)及酸類(lèi)溶解于酸的水溶液或堿的水溶液的能力,不僅要取決于它們酸堿的強(qiáng)度,并且還要視它們未電離分子在水中溶解的能力。參閱D.Davidson,同上,參考文獻(xiàn)。