Necesito matizar algunas de las respuestas.
Copié los valores de pKa de la respuesta de Krishna Satheeshkumar (de hecho, de Wikipedia)
- Ácido fórmico pKa = 3.751
- Ácido benzoico pKa = 4.204
- Ácido acético pKa = 4.756
El ácido fórmico es el ácido más fuerte, el ácido acético es aproximadamente 10 veces menos acético en comparación con el ácido fórmico.
- ¿Cuáles son algunos problemas con el sistema de nomenclatura de Bayer?
- ¿Qué puedo hacer con un título en química?
- Química orgánica: ¿cómo puede probar el epoxi para ver si está curado o catalizado de manera incorrecta?
- ¿Cuál es la estructura del benceno?
- ¿Qué significa normalidad en química?
No estoy cuestionando los números, pero tenga en cuenta que el ácido benzoico está muy bien entre el ácido fórmico y el ácido acético. La diferencia entre ambos compuestos es de solo 0.5 pKa unidades. Esto puede parecer una gran diferencia teniendo en cuenta que la escala es logarítmica (por lo que la diferencia real es un factor cinco)
Pero en mi opinión, un factor de cinco todavía es relativamente pequeño. No construiría grandes teorías sobre un factor tan pequeño. La química es compleja y hay muchos aspectos a considerar.
En el caso de la acidez de Brønsted – Lowry, tiene 5 factores clave que afectan la acidez en la química orgánica.
- C harge (la acidez aumenta con el aumento de la carga positiva en el átomo)
- Papel del A tom (electronegatividad y tamaño; en la tabla periódica, la acidez aumenta con la electronegatividad, pero en la tabla periódica, la acidez aumenta con el tamaño del átomo)
- Resonancia
- D ipole I efectos inductivos
- O rbitales
CARDIO fácil de recordar (mnemónico acreditado a la Dra. Christine Pruis – Universidad del Estado de Arizona)
Si aplicamos la teoría, puede usar el efecto inductivo positivo ( + I ) del grupo metilo para explicar por qué el ácido acético será menos ácido en comparación con el ácido fórmico que solo tiene un sustituyente H.
Usando el argumento O rbital puede explicar que el carbono alfa del ácido carboxílico en el ácido benzoico es un carbono hibridado sp2 y comparar esto con el carbono hibridado sp3 del grupo metilo del ácido acético. Cuanto más carácter tenga el orbital, más cerca estarán los electrones del núcleo. En un efecto muy similar a la electronegatividad, el carbono sp2 polariza el enlace entre el anillo aromático y el carboxilo. Esto explica la diferencia entre el ácido propiónico sp3, el ácido acrílico (ácido propenoico) sp2 y el ácido propiólico (ácido propinoico) sp
Si comparamos el pKa del ácido benzoico y el ácido fenilacético que también es un carbono hibridado sp2 pero en posición beta (un átomo más), notamos que el ácido fenilacético tiene casi la misma acidez que el ácido benzoico.
Puede hacer una comparación, por ejemplo, con ácido 2-cloropropanoico (pKa 2.83) y ácido 3-cloropropanoico. (pKa 3.98) La única diferencia entre estos 2 ácidos es la posición del átomo de cloro. O ácido láctico (ácido 2-hidroxipropanoico; pKa 3.08) y ácido 3-hidroxipropanoico (pKa 4.51).
En ambos pares, la diferencia es un factor de más de 10. Por lo tanto, la diferencia entre el ácido benzoico y el ácido fenilacético es inesperadamente baja. Es de esperar que el ácido benzoico sea más ácido si solo los efectos orbitales fueran importantes.
Esta menor acidez, como se esperaba, se atribuye al efecto de resonancia. Las posibles estructuras de resonancia del anión desprotonado recibirían una doble carga negativa que no es favorable. La estructura protonada también tiene estructuras de resonancia cargadas, pero no tiene doble negativo. Entonces puede concluir que el ácido carbocílico está más estabilizado por resonancia en comparación con su base correspondiente.
Ahora tenemos el pedido completo explicado:
Ácido acético pKa 4.76 <Ácido benzoico pKa 4.20 <Ácido fórmico pKa 3.78
Podría parar aquí y nadie realmente se quejaría.
Pero todas las cosas consideradas las diferencias son relativamente pequeñas.
Si vuelve a leer la explicación anterior, utilicé el argumento orbital para explicar una menor acidez del ácido benzoico, pero inmediatamente utilicé un argumento de resonancia que explica por qué era menos ácido de lo esperado. En cierto sentido, parece un “hocus pocus” para ajustar los números a la teoría.
¿Cómo podemos saber qué efecto domina? Especialmente si está comparando el grupo fenilo con ácido fórmico. Dos efectos opuestos contribuyen, pero a menos que tenga los números de pKa disponibles, sería muy difícil predecir si el ácido benzoico tiene una acidez más o más débil en comparación con el ácido fórmico.
Si yo fuera maestro, probablemente me enfocaría en cómo el alumno explica su conclusión y no necesariamente si llega al orden correcto. (a menos que el ejemplo se haya discutido durante la clase)
Te sorprendería cómo se comportan las moléculas dependiendo de las condiciones reales (temperatura, presión, disolvente, etc.).
Para aclararlo, tomé algunos valores de la literatura Constantes de ionización de ácidos y bases débiles en solventes orgánicos (Sarmini K y Kenndler E. Journal of Biochemical and Biofysical Methods 38 (2): 123, 1999)
Tabula el ácido acético y el ácido benzoico en varios solventes:
La primera columna es agua. No importa por qué la acidez es más alta en agua en comparación con los otros solventes tabulados (la fuerza de un ácido también depende de la tendencia del solvente a aceptar un protón. El agua es un solvente polar y también tiene la capacidad de formar enlaces H) pero En aras de la discusión, solo estoy mirando la posición relativa en los diferentes solventes.
En solventes alcohólicos simples, el comportamiento sigue siendo bastante similar.
- En el disolvente MeOH, el ácido benzoico sigue siendo aproximadamente 5 veces menos ácido en comparación con el ácido acético.
- En EtOH, la diferencia relativa se vuelve un poco más pequeña.
- En t-BuOH, el ácido acético cambia de posición con el ácido benzoico. ¡En este disolvente, el benzoico es menos ácido! por un factor de ca 10!
Entonces, solo cambiando el solvente obtienes una diferencia en el orden de acidez.