由結構看出酸的強度

1. 在前一篇文章阿瑞尼斯、布-洛、路易士酸鹼學說曾提到過,強酸的共軛鹼一定是弱鹼;反之,弱酸的共軛鹼一定是強鹼

 

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2. 『共軛鹼的穩定性』,是判斷分子酸性強度的指標,越穩定、鹼性越弱的共軛鹼,其共軛酸的強度越強。而影響共軛鹼穩定性的主要因素有電負度原子大小共振效應以及誘導效應

(1) 電負度:

電負度越大的元素越喜歡拉電子,所以承受負電荷的能力越好。承受負電荷的能力越好,即表示這樣的陰離子越穩定,如下圖所示:

 

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CNOF元素形成陰離子時,F的電負度最大,所以它是裡面最穩定的陰離子(最弱的鹼),越弱的鹼它的共軛酸越強,故HF是四種分子中最強的酸。

 

 

(2) 原子大小:

同樣帶『-1』的負電荷,若元素的體型比較大,電荷分布的區域較廣(離域的概念),這樣的陰離子就會比較穩定,其共軛酸的酸性會比較強。

 

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p.s 離域的觀念可以參考『共振 Resonance

 

(3) 共振效應

共軛鹼上的負電荷可以藉由共振被離域(delocalized),共振通常是穩定陰離子主要效應,當負電荷離域的範圍越廣時,其陰離子越穩定,共軛酸也就越強。

 

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如圖,ethoxide ion 的負電荷被定域 (localized) 在一個氧原子中;acetate ion 的負電荷可在兩個氧原子中離域 (delocalized)methanesulfonate ion 的負電荷可以在三個氧原子中離域。以上三種陰離子()中,最穩定的是methanesulfonate ion,故其共軛酸是三種裡面最強的。

 

 

(4) 誘導效應 (inductive effects)

拉電子(electron-withdrawing)的原子或基團,可以透過sigma鍵來穩定共軛鹼。

 

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如上圖,右邊的結構中多了一個Cl原子,Cl原子的電負度大,拉電子的能力強,能夠透過sigma鍵來將O原子上的負電向左拉,使電荷分布區域更廣(離域),陰離子更穩定,其共軛酸酸性就會更強。

 

‚誘導效應的程度,與拉電子原子(or基團)的『數量』、『強度』、『與負電荷的距離』有關。

 

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如上圖,上述四個分子,拉電子的Cl與共軛鹼的負電荷的距離越近,酸性越強(通常計算ClO- 距離幾個sigma)

 

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如上圖可得知,拉電子Cl的數量越多,其酸度越強(分子ACD)F的拉電子能力比Cl強,其酸度也會越強(分子AB)

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