Номер 104, страница 25 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

1.104. Расположите следующие спирты в порядке увеличения ОН-кислотности и объясните свой выбор: а) этанол; б) пропанол-2; в) 2,2,2-трифторэтанол; е) 1,1,1,3,3,3-гексафторпропанол-2; д) 3,3,3-трифторпропанол-1.

Решение

OH-кислотность спиртов ($R-OH$) определяется их способностью диссоциировать с отщеплением протона ($H^+$) и образованием алкоксид-аниона ($R-O^-$). Сила кислоты тем выше, чем стабильнее образующийся алкоксид-анион. Стабильность аниона, в свою очередь, зависит от электронных эффектов заместителей в алкильной группе R.

1. Электронодонорные группы (например, алкильные) проявляют положительный индуктивный эффект (+I). Они увеличивают электронную плотность на атоме кислорода, что дестабилизирует отрицательный заряд алкоксид-аниона и ослабляет кислотные свойства спирта.

2. Электроноакцепторные группы (например, атомы фтора в трифторметильной группе -$CF_3$) проявляют отрицательный индуктивный эффект (-I). Они оттягивают электронную плотность от атома кислорода, рассредотачивая (делокализуя) отрицательный заряд. Это стабилизирует алкоксид-анион и значительно усиливает кислотные свойства. Сила -I эффекта уменьшается с увеличением расстояния от гидроксильной группы.

Проанализируем каждое соединение на основе этих принципов:

б) пропанол-2 ($ (CH_3)_2CHOH $) и а) этанол ($ CH_3CH_2OH $).
Это спирты, содержащие только электронодонорные алкильные группы. В пропаноле-2 у α-атома углерода (связанного с OH-группой) находятся две донорные метильные группы, а в этаноле — одна этильная группа. Суммарный +I эффект двух метильных групп сильнее, чем у одной этильной. Поэтому алкоксид-ион, образующийся из пропанола-2, менее стабилен, чем из этанола. Следовательно, пропанол-2 — самая слабая кислота в ряду, а этанол — следующая за ним по силе. Порядок: пропанол-2 < этанол.

в) 2,2,2-трифторэтанол ($ CF_3CH_2OH $), г) 1,1,1,3,3,3-гексафторпропанол-2 ($ (CF_3)_2CHOH $) и д) 3,3,3-трифторпропанол-1 ($ CF_3CH_2CH_2OH $).
Эти спирты содержат сильные электроноакцепторные группы -$CF_3$, которые значительно повышают их кислотность по сравнению с этанолом и пропанолом-2.
Сравним их между собой:

• В д) 3,3,3-трифторпропанол-1 акцепторная группа -$CF_3$ находится у третьего атома углерода, то есть наиболее удалена от OH-группы. -I эффект ослаблен расстоянием.
• В в) 2,2,2-трифторэтанол группа -$CF_3$ находится у второго атома углерода, ближе к OH-группе. -I эффект проявляется сильнее, что делает этот спирт более сильной кислотой, чем (д).
• В г) 1,1,1,3,3,3-гексафторпропанол-2 у α-атома углерода находятся сразу две мощные акцепторные группы -$CF_3$. Их суммарный -I эффект является максимальным, что обеспечивает наибольшую стабилизацию алкоксид-аниона. Это самая сильная кислота в представленном ряду.

Таким образом, полный ряд спиртов в порядке увеличения их ОН-кислотности выглядит следующим образом:
пропанол-2 < этанол < 3,3,3-трифторпропанол-1 < 2,2,2-трифторэтанол < 1,1,1,3,3,3-гексафторпропанол-2.

Ответ: б < а < д < в < г.