Номер 3, страница 282 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 49. Карбоновые кислоты. Глава 4. Кислородсодержащие органические соединения - номер 3, страница 282.

Условие.

3. Расположите кислоты в порядке увеличения их силы: пропионовая, 2-хлорпропионовая, 3-хлорпропионовая, 2-фторпропионовая, 2,2-дифторпропионовая, 2,2-диметилпропионовая.

Решение.

Решение 2.

Сила карбоновых кислот определяется стабильностью их сопряженного основания — карбоксилат-аниона ($R-COO^-$), который образуется при отщеплении протона. Чем стабильнее анион, тем сильнее кислота. Стабильность аниона зависит от электронных эффектов заместителей в углеводородном радикале ($R$).

• Электронодонорные заместители (например, алкильные группы $-CH_3$, $-C_2H_5$) проявляют положительный индуктивный эффект (+I). Они увеличивают электронную плотность на карбоксилат-анионе, дестабилизируют его и, следовательно, уменьшают силу кислоты.
• Электроноакцепторные заместители (например, атомы галогенов F, Cl) проявляют отрицательный индуктивный эффект (-I). Они оттягивают электронную плотность, рассредоточивая (делокализуя) отрицательный заряд аниона. Это стабилизирует анион и увеличивает силу кислоты.

При сравнении кислот необходимо учитывать следующие факторы:

1. Природа заместителя: Электроноакцепторный (-I) эффект фтора сильнее, чем у хлора, так как фтор более электроотрицателен. Алкильные группы являются электронодонорами (+I).
2. Количество заместителей: Два электроноакцепторных заместителя оказывают более сильное влияние, чем один.
3. Положение заместителя: Индуктивный эффект ослабевает с увеличением расстояния от карбоксильной группы. Заместитель в α-положении (углерод-2) влияет сильнее, чем в β-положении (углерод-3).

Решение

Исходя из этих принципов, расположим кислоты в порядке возрастания их силы.

Самой слабой кислотой будет 2,2-диметилпропионовая кислота ($(CH_3)_3CCOOH$). Она содержит у α-атома углерода две метильные группы, которые обладают сильным суммарным электронодонорным (+I) эффектом, что максимально дестабилизирует сопряженное основание.

Следующей по силе идет пропионовая кислота ($CH_3CH_2COOH$). Ее этильная группа также проявляет +I эффект, но он слабее, чем у трет-бутильной группы в 2,2-диметилпропионовой кислоте.

Все остальные кислоты содержат электроноакцепторные заместители и поэтому сильнее пропионовой. Наименьшее усиление кислотности наблюдается у 3-хлорпропионовой кислоты ($ClCH_2CH_2COOH$), так как атом хлора находится в β-положении, далеко от карбоксильной группы, и его -I эффект ослаблен.

В 2-хлорпропионовой кислоте ($CH_3CHClCOOH$) атом хлора находится в α-положении, ближе к карбоксильной группе. Его -I эффект проявляется сильнее, что делает эту кислоту более сильной, чем 3-хлорпропионовая.

Далее следует 2-фторпропионовая кислота ($CH_3CHFCOOH$). Фтор более электроотрицателен, чем хлор, поэтому его -I эффект сильнее. Находясь в том же α-положении, он увеличивает силу кислоты еще больше.

Самой сильной в данном ряду является 2,2-дифторпропионовая кислота ($CH_3CF_2COOH$). Два атома фтора в α-положении создают очень мощный суммарный -I эффект, что приводит к максимальной стабилизации карбоксилат-аниона.

Ответ: 2,2-диметилпропионовая кислота, пропионовая кислота, 3-хлорпропионовая кислота, 2-хлорпропионовая кислота, 2-фторпропионовая кислота, 2,2-дифторпропионовая кислота.