溶媒和効果

酸の強度とそれに対応する共役塩基の相対的な安定性は、酸のpK_a値から推定できます。pK_aの値が低いほど、より強い酸と安定した対応する共役塩基を示します。

これは、極性酸分子が溶媒和によって溶液中の共役塩基アニオンを安定化する能力に基づいて説明できます。

たとえば、エタノールとその共役塩基エトキシドイオンの溶液について考えてみます。溶媒和中、溶媒の双極子の正極端はエトキシドアニオンと相互作用します。

この電荷-双極子引力は、立体的に妨げられないエトキシドイオンを重く溶媒和し、効果的に安定化します。その結果、エタノールのエトキシドイオンへの脱プロトン化反応が好まれ、エタノールのpK_a値は15.5です。

次に、イソプロパノールとその結合塩基イソプロポキシドイオンの溶液について考えます。

エトキシドイオンと比較して、イソプロポキシドイオンはアルファ炭素に追加のメチル基を持っているため、立体的により妨げられます。

適度に阻害されたイオンと相互作用する溶媒分子が少ないため、イソプロポキシドアニオンはエトキシドイオンよりも不安定であり、したがってイソプロパノールはエタノールよりも弱い酸です。

最後に、tert-ブタノールとその共役塩基tert-ブトキシドイオンの溶液を調べます。

イソプロポキシドイオンと比較して、tert-ブトキシドイオンには3つのかさばるメチル基があるため、溶媒が相互作用しにくくなっています。

共役塩基の安定化が不十分なため、tert-ブトキシドイオンはイソプロポキシドイオンよりも安定性の低い塩基になります。したがって、tert-ブタノールはイソプロパノールよりも弱い酸です。

要約すると、共役塩基アニオンの立体障害が増加すると、それらの溶媒和度が低下し、これにより常にイオンの安定性が低下し、対応する酸が弱くなります。