Молекулярная структура и кислотность

Сила действия кислоты зависит от стабильности ее сопряженного аниона. Устойчивый анион является слабым основанием, в то время как соответствующая ему кислота является сильной.

На стабильность анионов влияет несколько факторов.

Рассмотрим два аниона, содержащих атомы из одной колонки. Больший атом распространяет отрицательный заряд на больший объем пространства, что делает его анион более стабильным, а соответствующую кислоту более сильной.

При сравнении анионов, содержащих атомы в одном ряду, электроотрицательность атома, несущего заряд, доминирует над стабильностью аниона.

Чем больше электроотрицательного атома, тем больше отрицательного заряда стабилизирует отрицательный заряд, образуя стабильное основание и, следовательно, сильную кислоту.

Если сравнить анионы с отрицательным зарядом на одном и том же атоме, то их устойчивость зависит от резонирующих структур.

Например, ион этоксида не имеет резонансной структуры, а ион метансульфоната имеет три, в которых заряд делокализован на трех атомах.

Таким образом, метансульфоновая кислота — с резонансно-стабилизированным сопряженным основанием — является более сильной кислотой, чем этанол.

Электроотрицательный заместитель, расположенный рядом с отрицательно заряженной областью, забирает электронную плотность из этой области посредством индукции, тем самым стабилизируя отрицательный заряд на анионе.

По мере удаления точки замещения от отрицательной области стабильность аниона снижается. Таким образом, 4-хлорбутановая кислота слабее 2-хлорбутановой кислоты.

Теперь предположим, что сравниваются алкины, алкены и алканы. Относительная кислотность их протонов зависит от гибридизации атома углерода, который несет отрицательный заряд в соответствующих сопряженных основаниях.

Электроны в sp-гибридизованном углероде находятся гораздо ближе к ядру, чем электроны в sp ² или sp³ гибридизованном атоме углерода.

Таким образом, заряд на sp-углероде является наиболее стабильным, что делает алкиновый анион более стабильным, чем алкеновый анион, который более стабилен, чем алкан-анион.

В заключение можно сказать, что алкины являются самыми сильными кислотами в данном ряду, алканы — самыми слабыми кислотами, а алкены находятся между ними.