Номер 86, страница 22 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

1.86. Расположите следующие кислоты в порядке увеличения силы: а) пропановая; б) 2-фторпропановая; в) 2-метилпропановая; г) 2,3-дифторпропановая; д) 2-бромпропановая; е) 3-бромпропановая.

Решение

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

Электронодонорные заместители (например, алкильные группы) проявляют положительный индуктивный эффект (+I). Они повышают электронную плотность на карбоксилат-группе, что дестабилизирует анион и уменьшает силу кислоты.

Электроноакцепторные заместители (например, галогены) проявляют отрицательный индуктивный эффект (-I). Они оттягивают электронную плотность от карбоксилат-группы, делокализуя отрицательный заряд, что стабилизирует анион и увеличивает силу кислоты.

Сила -I эффекта зависит от электроотрицательности заместителя (в нашем случае, $F > Br$), количества заместителей и их положения (индуктивный эффект затухает с расстоянием, поэтому заместитель в α-положении, т.е. у второго атома углерода, влияет сильнее, чем в β-положении, т.е. у третьего).

Применим эти принципы для сравнения данных кислот:

Самой слабой кислотой будет в) 2-метилпропановая кислота ($(CH_3)_2CH-COOH$), так как изопропильная группа обладает наиболее сильным электронодонорным (+I) эффектом среди представленных алкильных групп, что максимально дестабилизирует анион.

Следующей по силе идет а) пропановая кислота ($CH_3-CH_2-COOH$). Её этильная группа — более слабый донор, чем изопропильная, поэтому она немного сильнее предыдущей.

Далее следуют кислоты с электроноакцепторными заместителями, которые сильнее пропановой кислоты. Из них самой слабой будет е) 3-бромпропановая кислота ($CH_2Br-CH_2-COOH$). Хотя бром и является акцептором, его влияние в β-положении ослаблено.

д) 2-бромпропановая кислота ($CH_3-CHBr-COOH$) сильнее, так как атом брома находится в α-положении, ближе к карбоксильной группе, и его -I эффект проявляется ярче.

Еще более сильной кислотой является б) 2-фторпропановая кислота ($CH_3-CHF-COOH$). Фтор в том же α-положении, но он гораздо более электроотрицателен, чем бром, что обуславливает его более сильный -I эффект.

Самой сильной в ряду является г) 2,3-дифторпропановая кислота ($CH_2F-CHF-COOH$) из-за суммарного акцепторного эффекта двух атомов фтора.

Таким образом, итоговый порядок увеличения силы кислот: 2-метилпропановая кислота < пропановая кислота < 3-бромпропановая кислота < 2-бромпропановая кислота < 2-фторпропановая кислота < 2,3-дифторпропановая кислота.

Ответ: в < а < е < д < б < г.