与水一样,醇也是弱酸和弱碱。 这是由于 O-H 键的极化使氢部分带正电。 此外,醇的氧原子上的电子对使其既呈碱性又呈亲核性。 醇的质子化会将氢氧化物(一种不良的离去基团)转化为水(一种好的离去基团)。 与乙醇相对应的两个酸碱平衡如下所示。
图 1. 质子损失
图 2. 质子增益
甲醇(pKa = 15.5)是唯一比水(pKa = 15.7)稍强的醇。 乙醇(pKa = 15.9)、叔丁醇(pKa = 18.0)和其他醇是较弱的酸。 然而,所有醇都是比末端炔烃更强的酸,并且比氢、氨和烷烃强得多。
图 3. 相对酸度
由于醇是比水弱的酸,因此它们的共轭碱醇盐离子是比氢氧根离子更强的碱。 使用强碱(例如氢化钠/钾或金属钠/钾)可以将醇转化为金属醇盐,这些碱与醇发生剧烈但可控的反应。 当烷基取代物较大时,由于空间效应,醇盐离子不能充分溶剂化,导致稳定性较差。 此外,感应效应也有利于破坏稳定。 因此,平衡主要倾向于醇类。
醇也可以充当碱并接受强酸的质子。 值得注意的是,pKa 比醇高的化合物的共轭碱将使该醇去质子化。
图 4. 相对碱度
酚类的酸性比醇类更强。 酚的共轭碱是酚盐或酚盐离子。 酚盐离子的共振稳定作用与苯环的极性效应相结合,使酚的酸性比环己醇提高了八个数量级(100,000,000 倍)。 因此,酚不需要用氢化钠这样强的碱去质子化。 相反,与醇不同,它可以被氢氧化物去质子化。
尽管苯酚的酸度比乙醇高一百万倍,但它的酸性比乙酸低十万倍。 它们的相对酸碱特性可用于从混合物中相互分离。 当用稀氢氧化钠萃取醇和苯酚混合物的醚溶液时,苯酚以其钠盐形式完全分离到水相中,而醇留在醚层中。 另一方面,使用稀碳酸氢钠从苯酚和羧酸的混合物的醚溶液中萃取它们。 羧酸定量转化为其钠盐并从水中萃取,而苯酚保留在醚相中。
图 5. 苯酚的酸碱平衡
苯氧离子可以通过苯环上氧负电荷的离域来稳定。 硝基、卤化物等吸电子官能团增强了这一点。在具有吸电子取代基(如硝基)的酚中,酸度发生显着变化。 邻硝基或 对 硝基通过将负电荷离域到其自身的氧原子上来稳定酚盐离子。 另一方面,间硝基不直接与酚氧氧共轭,从而在较小程度上稳定酚根离子。 因此,间硝基苯酚 (pKa = 8.4) 的酸性比苯酚更强,但比邻硝基苯酚或对硝基苯酚 (pKa = 7.2) 的酸性更弱。 这也解释了 2,4-二硝基苯酚 (pKa = 4.0) 和 2,4,6-三硝基苯酚 (pKa = 0.4) 的极高酸度。
表 1. 酸(蓝色)及其共轭碱的酸度常数 (pKa)。
化合物 | 酸 | 共轭碱基 | pKa |
氯化氢 | −6.30 | ||
硝基苯酚 | 7.07 | ||
苯酚 | 9.89 | ||
间-甲酚 | 10.1 | ||
2,2,2-三氟乙醇 | 12.0 | ||
水 | 15.7 | ||
乙醇 | 15.9 | ||
环己醇 | 16.0 |
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