甲酸,乙酸,苯甲酸,丙酸,丙二酸的酸性比较
强弱顺序:草酸;丙二酸;甲酸;乙酸;丙酸。
碳链越长,碳链原子团对羧基中氢原子的约束力越强,氢原子越难以电离,这样甲酸酸性最强
>乙酸>丙酸。
一分子草酸(乙二酸,HOOC—COOH)上有两个羧基(—COOH),一分子甲酸(H—COOH)、一分子乙酸(CH3—COOH)上都只有一个羧基。而羧基越多,就能电离出更多氢离子(H+),使溶液呈酸性:—COOH → —COO- + H+。
首先,对于饱和脂肪酸来说,它的酸性随着碳原子数目的增加而减小。
因此酸性:甲酸>乙酸>丙酸。
然后,具有多个羧基可以显著提高羧酸的酸性,尤其是在和碳原子数目相差不大的单羧基的羧酸比较。比如草酸的酸性比乙酸高出3个数量级。因此酸性:丙二酸>>丙酸,并且丙二酸>甲酸。
最后,苯甲酸具有特殊性。苯甲酸本身羧基电离后的负离子可以和苯环发生共轭(超出高中知识),导致苯甲酸根很稳定,使得苯甲酸很容易电离出氢离子,酸性比乙酸还强。但是比甲酸弱。
因此总体上,酸性:丙二酸>甲酸>苯甲酸>乙酸>丙酸。
乙二酸一级电离常数Ka1=5.9×10^-2
,二级电离常数Ka2=6.4×10^-5,甲酸的电离常数为Ka=1.77×10^-4,所以乙二酸的酸性比甲酸强,甲酸、乙酸、丙酸的电离常数逐渐减小,所以甲酸、乙酸、丙酸的酸性逐渐减弱。对饱和一元脂肪酸,它的酸性随碳原子数的增加而减弱,这也可以用大学里的供电子的诱导效应来解释。
结论:酸性:乙二酸>甲酸>乙酸>丙酸。
碳链越长,碳链原子团对羧基中氢原子的约束力越强,氢原子越难以电离,这样甲酸酸性最强 >乙酸>丙酸
酸的定义是一个物质把H(proton)给另一个物质,所以酸性的强弱通常是通过生成的碱(A-)的稳定性来判断的,对应的碱越稳定,酸性越强
1. 丙酸 和 乙酸相比COO-连的碳链比乙酸要长,所以生成的碱更加不稳定,CH3是EDG(electron donating group)所以碳链越长,生成的碱越不稳定,酸性越低
2. 一氯乙酸和一溴乙酸相比,Cl的吸电能力比Br强(more electronegative)所以一氯乙酸生成的碱更稳定,酸性更强。这二者都是EWG(electron withdrawing group),所以可以稳定生成的碱的negative charge,因此它们俩都比甲酸乙酸的酸性强。
3. 所以酸性比较,一氯乙酸>一溴乙酸>乙酸>丙酸
常见的有机酸,例如题主列出的这几种,可以通过在化学手册(或大学分析化学教材的附录)中查得pKa值,用pKa值衡量其酸性。pKa越小,酸性越强。
不常见的有机酸,例如实验室自行合成的有机酸,就需要自行测定pKa值。方法见相关文献。
首先,羧基上的那个氧原子(羰基)电负性大,碳氧之间电子云偏向氧,羧基碳带部分正电荷,而且碳氧(羟基)之间电子云密度减小,而且偏向碳,不稳定,由于诱导效应,导致羟基部分电子云密度变小,极性增强且偏向氧,容易断键,这是羧酸酸性的原理。
氯原子溴原子电负性大,电子云更多偏向氯原子或者溴原子,羧基上氧氢键极性进一步增加,氧氢键更容易断。氯的吸电子能力比溴强,所以氯乙酸大于溴乙酸。
然后甲基乙基相对于羧基是推电子基团,能够增加羧基的电子云密度,减小氧氢键极性,导致氢氧键不易断键,酸性减弱,这两者之间乙基推电子能力大于甲基,所以丙酸酸性弱于乙酸。
乙二酸是个中强酸,比磷酸还强,主要有两点原因。第一是因为羧基是比较强的吸电子基,吸电子基的引入会使羧酸酸性增强(因为吸电子基降低电离后负离子的负电荷密度使之稳定)。第二是因为乙二酸电离一次过后,能形成分子内氢键,所以HC2O4-离子的负电荷实际上是被四个氧原子平分的。这样的结构电荷密度相当低,很稳定,所以乙二酸酸性强。
丙二酸电离一次后也形成分子内氢键。不过由于丙二酸的两个羧基直接隔了一个sp3碳,所以羧基之间的吸电子作用影响被大幅削弱,即上述使酸性增强的第一个原因几乎不存在了。所以丙二酸酸性弱一些。
对于丙酸,以上两个原因都没有,所以酸性最弱。
弱酸在25℃时的电离平衡常数k值大小可以用于比较弱酸的相对强弱
。k值越大,酸性越强。在25℃甲酸电离平衡常数约是乙酸的10倍,甲酸的酸性比乙酸强
,有机酸中元数少的酸性大所以甲酸酸性大于乙酸
。