在以前的文章,讨论了酸强度及其p的定量描述Ka. pK一个表格显示了不同的酸的变化有多大官能团.例如,
问题是我们如何解释这些差异?记住,我们说过酸越强,它的共轭碱越弱.例如,
共轭碱越弱,就意味着共轭碱越稳定因为如果它不像现在这么稳定,它就会和质子反应,反应就会变反,形成酸。
因此,解释酸性取决于共轭碱的稳定性.影响共轭碱稳定性的因素主要有四个,顺序依次为:
- 一个汤姆
- Resonance
- 我nduction
- Orbital
这通常被缩写为ARIO或CARIO。
让我们一个一个地回顾一下:
原子与酸性
这里,我们讨论的是连着氢原子的原子。负电荷越稳定,共轭碱就越稳定.例如,我们知道醇比胺更酸:
这就意味着氧比氮更能稳定负电荷。
你觉得它是怎么做到的?
答案是它比氮的电负性更强——它喜欢电子/负电荷,或者不像氮那样介意电子/负电荷。
记住,第一个因素是连着氢的原子,特别是这个原子的电负性。
H的酸度- - - - - -在元素周期表中,A的电负性从左到右依次递增:
原子大小和酸度
如果你看pK在表中,你会看到硫醇(R-SH)比醇更酸:
这很有趣,因为氧的电负性比硫强,你会期望相反的酸度趋势。原因是较大的原子能够更好地稳定负电荷:
你可以这么想;负电荷分布在更大的表面/体积周围,因此它更稳定。
因此,在元素周期表上,原子的大小决定了酸性,而不是电负性。
共振和酸度
让我们写出一个醇和一个羧酸的解离方程,看看为什么羧酸的酸性是醇的10亿倍以上:
根据我们目前学到的知识,我们需要观察与氢相连的原子,在这两种情况下,它都是氧原子。所以,第一个因素,原子并不能解释酸度的巨大差异。
如果你已经意识到这是一个结果共振稳定干得好!
羧酸的氧上的电子是非定域化的负电荷由两个原子共同处理,而酒精中的氧单独处理负电荷:
诱导和酸性
我们如何解释下面两种羧酸的酸度差异呢?
电负性和共振稳定并不能解释这种差异,因为在这两个分子中,我们比较的是一个共振稳定的氧原子。
我们记得氟是电负性最大的元素。那么,问题是三个电负性原子的存在是如何增加O-H键的酸性的?
答案是氟的电负性远程帮助氧处理负电荷。他们是拉动一些电子密度,从而降低它在氧上:
这叫做诱导效应.
电负性越强,感应效应越强:
另一个因素是电负性元素到负电荷的距离。距离越近,就越有利于稳定负电荷:
轨道/杂化和酸性
为了说明这个概念,我们将考虑碳氢化合物的酸度:
前面讨论的因素都不能用来解释这种酸性趋势。我们有相同的原子(C),没有共振稳定,也没有感应效应。
让我们在每个碳上加一个负电荷,仔细看看:
唯一的区别是这些碳是它们的杂化状态.记住,烷烃是sp3.,烯烃是sp2而且炔烃是sp杂化。
你需要知道的是s轨道的电负性比p轨道强,而且越强s轨道杂化轨道越稳定,负电荷就越稳定。这些是s轨道(s-character)在每个杂化轨道中的百分比:
总结,只要你需要为了确定酸性更强的质子,可视化(或者更好地画)共轭碱,并确定哪个是更稳定的碱ARIO因素。
实践
确定在下列化合物中,蓝色或红色质子的酸性更强:
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找出每个分子中酸性最强的质子,然后在此基础上,找出每对分子中酸性最强的化合物。考虑共轭碱的电负性、杂化和可能的共振稳定性。
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