Molekulare Struktur und Säure

Die Stärke einer Säure hängt von der Stabilität ihres konjugierten Anions ab. Ein stabiles Anion ist eine schwache Base, während die entsprechende Säure stark ist.

Mehrere Faktoren beeinflussen die Stabilität der Anionen.

Stellen Sie sich zwei Anionen vor, die Atome aus derselben Säule enthalten. Das größere Atom verteilt die negative Ladung über ein größeres Raumvolumen, wodurch sein Anion stabiler und die entsprechende Säure stärker wird.

Vergleicht man Anionen, die Atome in der gleichen Reihe enthalten, so dominiert die Elektronegativität des Atoms, das die Ladung trägt, die Stabilität des Anions.

Das elektronegativere Atom stabilisiert die negative Ladung, um eine stabile Base und damit eine starke Säure zu erhalten.

Vergleicht man Anionen mit der negativen Ladung am gleichen Atom, so hängt ihre Stabilität von den Resonanzstrukturen ab.

So hat das Ethoxidion keine Resonanzstruktur, das Methansulfonat-Ion hingegen drei, bei denen die Ladung über drei Atome delokalisiert ist.

Als solche ist Methansulfonsäure – mit einer resonanzstabilisierten konjugierten Base – eine stärkere Säure als Ethanol.

Ein elektronegativer Substituent, wenn er neben dem negativ geladenen Bereich platziert wird, entzieht diesem Bereich durch Induktion die Elektronendichte, wodurch die negative Ladung auf dem Anion stabilisiert wird.

Je weiter sich der Substitutionspunkt vom negativen Bereich entfernt, desto geringer ist die Stabilität des Anions. Daher ist 4-Chlorbutansäure schwächer als 2-Chlorbutansäure.

Nehmen wir nun an, dass Alkine, Alkene und Alkane verglichen werden. Der relative Säuregehalt ihrer Protonen hängt von der Hybridisierung des Kohlenstoffatoms ab, das die negative Ladung in den entsprechenden konjugierten Basen trägt.

Die Elektronen in einem sp-hybridisierten Kohlenstoff sind viel näher am Kern als die Elektronen in einem sp²- oder sp^{3-hybridisierten} Kohlenstoffatom.

Daher ist die Ladung auf einem sp-Kohlenstoff am stabilsten, wodurch das Alkinanion stabiler ist als ein Alkenanion, das stabiler ist als ein Alkananion.

Zusammenfassend lässt sich

sagen, dass Alkine die stärksten Säuren in einer bestimmten Reihe sind, Alkane die schwächsten Säuren und Alkene dazwischen.