Introducción:
La mayoría de las moléculas contienen diferentes tipos de protones (hidrógenos unidos). Sin embargo, cuando actúan como ácidos, solo el protón más ácido participará en la reacción ácido-base. Por lo tanto, es importante poder identificar el protón más ácido en una molécula.
Cómo:
- ¿Por qué los haluros de alquilo son inmiscibles en agua? ¿Cómo se explica esto?
- ¿Cuál es la función principal de los compuestos y mezclas en química?
- ¿Cuáles son algunas de las estructuras más interesantes en química orgánica?
- ¿Qué hibridación tiene lugar en HF?
- ¿Por qué la pirimidina es más básica que la piridina?
Existen tres métodos básicos para tratar de estimar la acidez de un protón:
1) Use la tabla de ácidos comunes que aprendimos en clase y que está en su libro (Tabla 3.1, dentro de la portada del libro), e intente encontrar el mismo protón ácido o similar en la tabla.
2) Identifique de qué grupo funcional forma parte el protón: alcano, alcohol, ácido carboxílico, amina protonada, etc. al grupo funcional. Aquí hay una breve lista de acidez de grupos funcionales comunes en química orgánica (Nota: que los pKa son un valor aproximado para ese grupo funcional).
3) Use las tendencias que aprendimos en clase para comparar las estabilidades de las bases conjugadas (el ácido con el protón eliminado) de los ácidos.
La base conjugada más estable será el ácido más fuerte.
Ejemplos:
Método 1.
Estos son dos ácidos que están en la tabla que memorizamos. Son HCl (pKa = -7) y NH3 (pKa = 38). Entonces, el HCl es el ácido más fuerte (menor pKa).
Método 2
El HCl es un haluro de hidrógeno con un rango de pKa de 3 a -10 y el NH3 es más similar a una amina de 1 ° (con R = H) que tendría un pKa aproximado de 35. Entonces, el HCl sería el ácido más fuerte.
Método 3
Para el HCl, el protón está unido a un átomo más electronegativo (Cl) que en el NH3 donde el protón está unido a un N. Por lo tanto, predeciríamos según las tendencias EN que el HCl sería más ácido.
Respuesta: El protón (a) es el más ácido.
Sugerencia: Para las moléculas con muchos tipos diferentes de protones, creo que el método dos es el más fácil de aplicar porque es el más rápido.
Método 2
El protón (a) es parte de un ácido carboxílico, por lo que pka ≈ 5
El protón (b) es parte de un fenol, entonces pka ≈ 10
Los protones (c) están unidos a un carbono SP2, por lo que pka ≈ 45
RESPUESTA: El protón (a) es el más ácido.
Método 2
El protón (a) es parte de un N protonado, entonces pka ≈ 9
El protón (b) es parte de un alcohol, entonces pka ≈ 16
Los protones (c) están unidos a los carbonos SP3, por lo que pka ≈ 50 **
** Nota: esta suposición está un poco fuera de lugar para los cuatro protones adyacentes a C = O. Sus pKa reales son alrededor de 20 porque sus bases conjugadas se estabilizan por resonancia con el C = O. Pero esto no cambiará la respuesta general de qué protón es el más ácido.
RESPUESTA: Los protones (a) son los más ácidos.
Método 2
El protón (a) está unido a los carbonos SP3, por lo que pka ≈ 50.
El protón (b) está unido a un átomo más electronegativo (S). No es uno de los grupos funcionales en la lista anterior, pero hay un protón similar en la Tabla de ácidos que aprendimos. H2S también tiene un protón unido a un S y tiene un pKa de 7.0, que es bastante ácido.
Los protones (c) están unidos a un carbono SP2 que lo convierte en un ácido pobre. Sin embargo, este es un ácido particularmente pobre ya que el carbono tiene carga negativa. Quitar el protón para formar la base conjugada haría un C-2, que es muy inestable. Por lo tanto, predeciríamos que este protón tendrá un pKa mucho más alto que los alquenos normales (pKa >> 45).
Los protones (d) están unidos a un carbono SP2, por lo que pka ≈ 45.
RESPUESTA: El protón (b) es el más ácido.
Sugerencia: los protones en el carbono rara vez son los más ácidos porque el carbono no es muy electronegativo. Mire los protones en más átomos electronegativos primero O, N, S, etc. primero.