回答這個問題我們先來了解一下羧酸的結構,羧酸我們知道它的官能團是羧基,羧基根據它的結構中化學鍵的斷裂方式不同而發生不同性質,其中羧酸的是羧基中羥基斷裂氫氧鍵而呈酸性,通常在水溶液中羧酸的pKa在4~5之間。
羧酸解離後,得到羧酸根負離子,但是這個負電荷並不是只侷限在一個氧原子上,而是平均分散到它的兩個氧原子上,並且實驗也證實,羧酸根的兩個碳氧鍵是等同的,如下圖所示
我們看左圖,碳原子採用sp2雜化,它的一個p軌道垂直於分子平面,分別和兩個氧原子的p軌道形成共軛,使負電荷平均在兩個氧原子上。右圖指的是羧酸根的共振式,由於形成上圖結構,所以羧酸根結構更穩定。因此,羧酸才容易失去羥基上的氫離子而形成穩定的羧酸根,這也是羧酸具有酸性的原因。
有機物的酸性比較,也是分析羧基結構的變化,這就涉及到一個概念,叫做誘導效應,羧酸的誘導效應是指:乙酸的α氫原子(α指的是與有機物官能團相鄰的第一個碳叫做α碳,碳上連的基團叫做α基團)被吸電子基團取代後比相應的脂肪酸的酸性更強,並且α碳上吸電子取代基越多,酸性就越強。出現這種原因是因為吸電子基團通常是電負性很強的原子,當這些原子接在α碳上時,可使吸電子基團和α碳原子之間的電子雲向吸電子方向偏移,並且吸電子基團的這種吸電子效應可以沿著化學鍵鏈傳遞下去(這種傳遞用箭頭表示,如下圖氯原子就是吸電子基團)
這種吸電子基團,吸引著電子往吸電子方向偏移,電子分散在更多原子上,使體系更加穩定,促進了羧基的酸性解離。顯然,α碳上鹵素越多,吸電子效應越大,體系越穩定。
與吸電子相反的是基團的供電子能力,也叫推電子作用,它的作用正好與吸電子基團相反,它的作用是電子雲更加集中在氧原子上,使羧酸根負離子不穩定使酸性減弱。甲基就典型的供電子基團。如下圖
注意:誘導效應是單向傳遞的短程效應,一般只在三個碳之間。
根據上面的分析,來看題主的四種物質,以乙酸為界,丙酸相當於乙酸α碳上接連線甲基,屬於供電子基團,因此羧酸根不穩定,不易解離出氫離子,酸性最弱;一氯乙酸和一溴乙酸中氯原子和溴原子都是吸電子基團,但是氯原子吸電子能力更強,所以羧基解離的氫離子更穩定。
所以,綜上所述四種有機物的酸性大小:一氯乙酸>一溴乙酸>乙酸>丙酸。
回答這個問題我們先來了解一下羧酸的結構,羧酸我們知道它的官能團是羧基,羧基根據它的結構中化學鍵的斷裂方式不同而發生不同性質,其中羧酸的是羧基中羥基斷裂氫氧鍵而呈酸性,通常在水溶液中羧酸的pKa在4~5之間。
羧酸解離後,得到羧酸根負離子,但是這個負電荷並不是只侷限在一個氧原子上,而是平均分散到它的兩個氧原子上,並且實驗也證實,羧酸根的兩個碳氧鍵是等同的,如下圖所示
我們看左圖,碳原子採用sp2雜化,它的一個p軌道垂直於分子平面,分別和兩個氧原子的p軌道形成共軛,使負電荷平均在兩個氧原子上。右圖指的是羧酸根的共振式,由於形成上圖結構,所以羧酸根結構更穩定。因此,羧酸才容易失去羥基上的氫離子而形成穩定的羧酸根,這也是羧酸具有酸性的原因。
有機物的酸性比較,也是分析羧基結構的變化,這就涉及到一個概念,叫做誘導效應,羧酸的誘導效應是指:乙酸的α氫原子(α指的是與有機物官能團相鄰的第一個碳叫做α碳,碳上連的基團叫做α基團)被吸電子基團取代後比相應的脂肪酸的酸性更強,並且α碳上吸電子取代基越多,酸性就越強。出現這種原因是因為吸電子基團通常是電負性很強的原子,當這些原子接在α碳上時,可使吸電子基團和α碳原子之間的電子雲向吸電子方向偏移,並且吸電子基團的這種吸電子效應可以沿著化學鍵鏈傳遞下去(這種傳遞用箭頭表示,如下圖氯原子就是吸電子基團)
這種吸電子基團,吸引著電子往吸電子方向偏移,電子分散在更多原子上,使體系更加穩定,促進了羧基的酸性解離。顯然,α碳上鹵素越多,吸電子效應越大,體系越穩定。
與吸電子相反的是基團的供電子能力,也叫推電子作用,它的作用正好與吸電子基團相反,它的作用是電子雲更加集中在氧原子上,使羧酸根負離子不穩定使酸性減弱。甲基就典型的供電子基團。如下圖
注意:誘導效應是單向傳遞的短程效應,一般只在三個碳之間。
根據上面的分析,來看題主的四種物質,以乙酸為界,丙酸相當於乙酸α碳上接連線甲基,屬於供電子基團,因此羧酸根不穩定,不易解離出氫離子,酸性最弱;一氯乙酸和一溴乙酸中氯原子和溴原子都是吸電子基團,但是氯原子吸電子能力更強,所以羧基解離的氫離子更穩定。
所以,綜上所述四種有機物的酸性大小:一氯乙酸>一溴乙酸>乙酸>丙酸。