Номер 216, страница 56 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.216. Назовите основные причины повышенной С–Н-кислотности терминальных алкинов.

Решение

Повышенная $C-H$-кислотность терминальных алкинов (соединений, содержащих фрагмент $R-C \equiv C-H$) по сравнению с алкенами и алканами объясняется особенностями гибридизации атома углерода, связанного с водородом. Можно выделить две ключевые, взаимосвязанные причины.

1. Гибридизация и электроотрицательность атома углерода

Атом углерода в тройной связи находится в состоянии $sp$-гибридизации. Это означает, что его гибридные орбитали имеют 50% s-характера и 50% p-характера. Для сравнения, в алкенах ($C=C$) атом углерода находится в $sp^2$-гибридизации (33,3% s-характера), а в алканах ($C-C$) — в $sp^3$-гибридизации (25% s-характера). Электроны на s-орбитали располагаются ближе к ядру и удерживаются им сильнее, чем электроны на p-орбитали. Поэтому, чем выше доля s-характера в гибридной орбитали, тем выше электроотрицательность атома. В результате $sp$-гибридизованный атом углерода в алкине является самым электроотрицательным среди углеводородов. Он сильно оттягивает на себя электронную плотность от атома водорода в связи $C-H$, что приводит к ее значительной поляризации и облегчает отщепление водорода в виде протона ($H^+$).

2. Стабильность сопряженного основания (ацетиленид-аниона)

Сила кислоты определяется стабильностью ее сопряженного основания, которое образуется после отрыва протона. При диссоциации терминального алкина образуется ацетиленид-анион:

$R-C \equiv C-H \rightleftharpoons R-C \equiv C:^- + H^+$

В этом анионе неподеленная электронная пара, несущая отрицательный заряд, находится на $sp$-гибридной орбитали. Благодаря высокому (50%) s-характеру, эта орбиталь расположена близко к ядру углерода. Это обеспечивает эффективную стабилизацию отрицательного заряда, так как он сильно притягивается к положительно заряженному ядру. В сопряженных основаниях алкенов и алканов неподеленная пара находится на $sp^2$- и $sp^3$-орбиталях соответственно, которые имеют меньший s-характер и расположены дальше от ядра. Поэтому эти анионы значительно менее стабильны.

Таким образом, высокая стабильность ацетиленид-аниона является решающим фактором, обусловливающим относительно высокую кислотность терминальных алкинов (pKa ≈ 25) по сравнению с алкенами (pKa ≈ 44) и алканами (pKa ≈ 50).

Ответ: Основными причинами повышенной $C-H$-кислотности терминальных алкинов являются: 1) высокая электроотрицательность $sp$-гибридизованного атома углерода, которая приводит к сильной поляризации связи $C-H$; 2) высокая стабильность образующегося сопряженного основания (ацетиленид-аниона) за счет нахождения неподеленной электронной пары на $sp$-орбитали с большим (50%) s-характером.