Номер 125, страница 104 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.125. Расположите следующие карбонильные соединения в порядке увеличения частичного положительного заряда на карбонильном атоме углерода: ацетон, ацетальдегид, трихлорацетальдегид, 2-гидроксиацетальдегид. Обоснуйте свой выбор на основе представлений об электронных эффектах.

Величина частичного положительного заряда ($ \delta+ $) на карбонильном атоме углерода определяется электронными эффектами заместителей, связанных с карбонильной группой. Карбонильная группа $ C=O $ поляризована из-за большей электроотрицательности атома кислорода по сравнению с углеродом, что и создает исходный частичный положительный заряд на углероде.

Электронодонорные группы (обладающие положительным индуктивным эффектом, +I) поставляют электронную плотность к карбонильному углероду, тем самым уменьшая его частичный положительный заряд ($ \delta+ $). Напротив, электроноакцепторные группы (обладающие отрицательным индуктивным эффектом, -I) оттягивают электронную плотность от карбонильного углерода, увеличивая его частичный положительный заряд.

Рассмотрим влияние заместителей в каждом из указанных соединений:

Ацетон ($ CH_3-C(O)-CH_3 $): Карбонильный атом углерода связан с двумя метильными группами ($ -CH_3 $). Обе группы являются электронодонорными и проявляют +I-эффект. Совместное действие двух донорных групп значительно компенсирует недостаток электронной плотности на атоме углерода. Следовательно, у ацетона будет наименьший частичный положительный заряд в этом ряду.

Ацетальдегид ($ CH_3-C(O)-H $): Карбонильный углерод связан с одной метильной группой (+I-эффект) и атомом водорода, индуктивный эффект которого условно принимается равным нулю. Одна метильная группа оказывает меньшее электронодонорное влияние по сравнению с двумя группами в ацетоне. Поэтому частичный положительный заряд на карбонильном углероде в ацетальдегиде будет больше, чем в ацетоне.

2-гидроксиацетальдегид ($ HO-CH_2-C(O)-H $): В этом альдегиде с карбонильной группой связана группа $ -CH_2OH $. Атом кислорода в гидроксильной группе ($ -OH $) очень электроотрицателен и проявляет сильный отрицательный индуктивный эффект (-I). Этот эффект передается по цепи связей на карбонильный атом углерода, оттягивая от него электронную плотность и увеличивая частичный положительный заряд. Этот акцепторный эффект делает $ \delta+ $ большим, чем в ацетальдегиде, где заместитель является донором.

Трихлорацетальдегид ($ CCl_3-C(O)-H $): Карбонильная группа связана с трихлорметильной группой ($ -CCl_3 $). Каждый из трех атомов хлора является сильным электроноакцептором и проявляет мощный -I-эффект. Их суммарный индуктивный эффект очень велик. Группа $ -CCl_3 $ очень сильно оттягивает электронную плотность от карбонильного углерода, что приводит к возникновению на нем максимального частичного положительного заряда среди всех представленных соединений.

Таким образом, располагая соединения в порядке увеличения частичного положительного заряда ($ \delta+ $) на карбонильном атоме углерода, мы получаем следующий ряд:

Ответ: ацетон < ацетальдегид < 2-гидроксиацетальдегид < трихлорацетальдегид.