Стабилизиране на спрегната основа: резонанс

Този протон на етанола има стойност на рКа приблизително 16, докато този протон в оцетната киселина има рКа приблизително 5. Спомни си, че колкото по-ниска е стойността на рКа, толкова по-киселинен е протонът. Следователно с по-ниска стойност на рКа оцетната киселина е по-силна киселина от етанола. Можем да обясним това, като разгледаме спрегнатите основи. Ако етанолът отдаде този протон, електроните в тази връзка, розовите електрони остават при кислорода. Ще напиша спрегнатата основа. Този кислород ще има три несподелени електронни двойки, и една от тях е тази в розово. Така кислородът има формален заряд –1. Сега да напиша спрегнатата основа на оцетната киселина. Ако оцетната киселина отдаде този протон, тогава розовите електрони ще останат при кислорода, така че спрегнатата основа ще има въглерод с двойна връзка към кислород, който има и две несподелени електронни двойки. Отдясно ще имаме друг кислород, този с трите несподелени електронни двойки, едната от които са розовите електрони. Така кислородът ще има формален заряд –1. Нека да сравним двете спрегнати основи. И двете имат отрицателно зареден кислород, така че сигурно има някакъв друг фактор за стабилизиране на спрегнатата основа и това е резонансът. За спрегнатата основа отдясно можем да вземем розовите електрони, можем да ги вземем оттук и да ги преместим, и след това да преместим тези електрони при горния кислород. Ще направя получената резонансна структура. Така за горния кислород ще имаме три несподелени електронни двойки, заради които горният кислород ще има формален заряд –1. Този кислород сега ще има само две несподелени електронни двойки, и розовите електрони се преместват тук. Тези пи-електрони, ще ги направя сини, се преместват при горния кислород и той получава заряд –1. Значи отрицателният заряд при този кислород не е локализиран само при него, той се разпределя, той е делокализиран. Така че има известен отрицателен заряд и при този кислород. Спомни си, че резонансните структури не са идеални. В действителност имаме хибрид между двете резонансни структури. Така че отрицателният заряд е разпределен или делокализиран между двата кислорода, и когато разпределим отрицателният заряд, това има стабилизиращ ефект върху аниона. Така че нашата спрегната основа се стабилизира чрез резонанс, и понеже спрегнатата основа се стабилизира чрез резонанса, това означава, че оцетната киселина е по-склонна да отдаде този протон и затова имаме по-ниска стойност за рКа. Ако сравним това със спрегнатата основа на етанола, това се нарича етоксиден анион, тук не мога да направя резонансна структура, тук не можем да разпределим отрицателния заряд. Този отрицателен заряд остава само при този кислород и това означава, че спрегнатата основа не е толкова стабилна, тя не се стабилизира благодарение на резонанс. Това означава, че етанолът не е толкова склонен да отдаде своя протон и затова има по-висока стойност на рКа за етанола. Когато искаш да определиш кой е по-киселинният протон, начертай спрегнатата основа и потърси резонанс. Тук имаме едно органично съединение и искаме да определим кой е по-киселинният протон. Дали това е по-киселинният протон? Да кажем, че една основа отнема този горния протон. Електроните в тази връзка в розово остават при този въглерод, който съм заградил с розово, и ще направя сега спрегнатата основа. Имаме пръстена, след това този въглерод с двойна връзка към този кислород, кислородът има две несподелени електронни двойки, и розовите електрони ще останат при този въглерод тук в розово, при което този въглерод ще има формален заряд –1. Не забравяй, че розовият въглерод е свързан и с още един водород, но аз не го показвам, за да останат нещата по-ясни. Да кажем, че една основа отнеме този протон. Това означава, че тъмно сините електрони ще останат при този тъмно син въглерод, който току-що оградих, а сега ще начертая и спрегнатата основа. Първо един пръстен, после този кислород, който има две несподелени електронни двойки. Електроните в тъмно синьо ще се озоват накрая при този въглерод в тъмно синьо и той ще има формален заряд –1. Нека да го покажа. Спомни си отново, че този въглерод е свързан и с един водород, но аз няма да го показвам в спрегнатата основа, за да остане по-ясно. Коя от тези две спрегнати основи е по-стабилна? Горната спрегната основа се стабилизира от резонанса, можеш да вземеш тези розови електрони и да ги преместиш, така че да се образува двойна връзка. Нека да го покажа, розовите електрони се преместват тук и изтласкват тези електрони към кислорода, така че сега имаме... Когато рисувам пръстена, ние имаме двойна връзка тук и този кислород има три несподелени двойки електрони, и затова формалният му заряд е –1. Така че розовите електрони се преместват тук и тези електрони, ще ги направя светло сини, светло сините електрони се преместват при кислорода, който получава формален заряд от –1. Сега си спомни, че кислородът е по-електроотрицателен от въглерода, затова кислородът по-добре "носи" отрицателния заряд отколкото този въглерод в розово. Затова тази резонансна структура отдясно допринася повече за хибридната структура, и спрегнатата основа се стабилизира от резонанса. Това е в констраст със спрегнатата основа тук долу. Имаме отрицателен заряд при този въглерод, но този отрицателен заряд е локализиран при този тъмно син въглерод. Не можем да създадем резонансна структура, няма резонансна стабилизация. Това означава, че спрегнатата база не е толкова стабилна, колкото тази, която има резонансно стабилизиране. Това означава, че достигнахме до отговора кой протон е по-киселинен и това е този, за който спрегнатата основа е резонасно стабилизирана. Значи този протон, който е съседен на този въглерод, свързан с двойна връзка с кислорода, това е по-киселинният протон. С това ще се срещаме по-късно и е много важно да го разбереш.