Номер 168, страница 114 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.168. Расположите следующие кислородосодержащие органические соединения в порядке увеличения кислотности: этанол; уксусная кислота; диэтиловый эфир; фенол.

Решение

Кислотность органических соединений определяется их способностью отдавать протон ($H^+$). Сила кислоты тем выше, чем стабильнее образующийся анион (сопряженное основание). Рассмотрим каждое соединение по отдельности, чтобы определить их относительную кислотность.

1. Диэтиловый эфир ($C_2H_5-O-C_2H_5$):
В молекуле диэтилового эфира отсутствуют подвижные атомы водорода, связанные с электроотрицательным атомом (как в гидроксильной группе -OH). Атомы водорода связаны с атомами углерода (C-H), и эти связи прочные и слабополярные. Поэтому простые эфиры не проявляют кислотных свойств в обычных условиях и являются самыми слабыми кислотами в данном ряду (практически нейтральны).

2. Этанол ($C_2H_5OH$):
Этанол — это представитель алифатических спиртов. В его молекуле есть гидроксильная группа -OH. Однако алкильная группа (этил, $C_2H_5-$) проявляет положительный индуктивный эффект (+I), то есть является электронодонором. Она смещает электронную плотность к атому кислорода, что усиливает прочность связи O-H и затрудняет отщепление протона. Кроме того, образующийся после диссоциации этоксид-анион ($C_2H_5O^-$) дестабилизируется этим же +I-эффектом, который концентрирует отрицательный заряд на атоме кислорода. В результате этанол является очень слабой кислотой (его константа кислотности pKa ≈ 16).

3. Фенол ($C_6H_5OH$):
В феноле гидроксильная группа связана непосредственно с бензольным кольцом. После отщепления протона образуется феноксид-анион ($C_6H_5O^-$). Этот анион стабилизирован за счет сопряжения (резонанса): отрицательный заряд делокализуется (рассредотачивается) по π-системе бензольного кольца. Эта делокализация делает феноксид-анион значительно более стабильным, чем этоксид-анион. Стабилизация сопряженного основания приводит к увеличению кислотности. Кислотные свойства фенола выражены сильнее, чем у спиртов (pKa фенола ≈ 10).

4. Уксусная кислота ($CH_3COOH$):
Уксусная кислота относится к классу карбоновых кислот. Ее кислотные свойства обусловлены наличием карбоксильной группы (-COOH). При диссоциации образуется ацетат-анион ($CH_3COO^-$). Этот анион также стабилизирован резонансом, причем очень эффективно: отрицательный заряд равномерно распределен между двумя электроотрицательными атомами кислорода. Такая резонансная стабилизация значительно сильнее, чем в феноксид-анионе (где заряд распределяется между кислородом и менее электроотрицательными атомами углерода). Поэтому карбоновые кислоты являются значительно более сильными кислотами, чем фенолы и спирты (pKa уксусной кислоты ≈ 4.76).

Таким образом, сравнивая стабильность сопряженных оснований и электронные эффекты в молекулах, мы можем расположить данные соединения в порядке увеличения их кислотности.

Диэтиловый эфир (нет кислотного центра) < Этанол (слабая кислота, +I-эффект радикала) < Фенол (более сильная кислота из-за резонансной стабилизации аниона) < Уксусная кислота (наиболее сильная кислота из-за очень эффективной резонансной стабилизации аниона).

Ответ: диэтиловый эфир < этанол < фенол < уксусная кислота.