Номер 68, страница 93 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.68. Почему фенол проявляет заметно более сильные кислотные свойства, чем этанол?

Решение

Кислотные свойства вещества определяются его способностью отдавать протон ($H^+$). В случае спиртов и фенолов это связано с диссоциацией гидроксильной группы ($O-H$). Сила кислоты напрямую зависит от стабильности образующегося аниона (сопряженного основания). Чем стабильнее сопряженное основание, тем сильнее кислота.

1. Этанол ($C_2H_5OH$)

При диссоциации этанола образуется этоксид-ион ($C_2H_5O^-$):

$C_2H_5OH \rightleftharpoons C_2H_5O^- + H^+$

В этоксид-ионе этильная группа ($C_2H_5-$) является электронодонорным заместителем и проявляет положительный индуктивный эффект ($+I$). Это означает, что она "отталкивает" от себя электронную плотность в сторону атома кислорода. В результате на атоме кислорода, который и так несет отрицательный заряд, концентрируется избыточная электронная плотность. Это дестабилизирует этоксид-ион, смещая равновесие реакции влево, в сторону недиссоциированной молекулы. Поэтому этанол является очень слабой кислотой (его константа кислотности $pK_a \approx 16$).

2. Фенол ($C_6H_5OH$)

При диссоциации фенола образуется феноксид-ион ($C_6H_5O^-$):

$C_6H_5OH \rightleftharpoons C_6H_5O^- + H^+$

В феноксид-ионе ситуация принципиально иная. Неподеленная электронная пара атома кислорода вступает в сопряжение с $\pi$-электронной системой бензольного кольца (проявляется положительный мезомерный эффект, $+M$). Благодаря этому сопряжению отрицательный заряд не локализуется строго на атоме кислорода, а делокализуется (рассредотачивается) по всей ароматической системе, преимущественно на атомах углерода в орто- и пара-положениях кольца.

Делокализация заряда значительно стабилизирует феноксид-ион. Чем стабильнее продукт реакции (в данном случае анион), тем легче протекает сама реакция. Высокая стабильность феноксид-иона смещает равновесие диссоциации вправо, в сторону образования ионов. Поэтому фенол является значительно более сильной кислотой, чем этанол (его $pK_a \approx 10$).

Таким образом, ключевое различие заключается в стабилизации сопряженного основания. У фенола образующийся феноксид-ион стабилизирован резонансом (делокализацией заряда), а у этанола образующийся этоксид-ион, наоборот, дестабилизирован индуктивным эффектом алкильной группы.

Ответ:
Более сильные кислотные свойства фенола по сравнению с этанолом объясняются значительно большей стабильностью сопряженного основания — феноксид-иона ($C_6H_5O^-$). Эта стабильность достигается за счет делокализации (рассредоточения) отрицательного заряда с атома кислорода по сопряженной $\pi$-системе бензольного кольца. В сопряженном основании этанола — этоксид-ионе ($C_2H_5O^-$) — отрицательный заряд, наоборот, концентрируется на атоме кислорода из-за электронодонорного индуктивного эффекта этильной группы, что дестабилизирует ион.