溶媒和効果を理解することは、化合物の溶媒和と酸性度との関係を合理化するのに役立ちます。 さらに、これは、異なる pKa 値を持つ化合物の共役塩基の相対的な安定性も説明します。 このレッスンでは、溶媒和効果の原理を詳しく説明します。 酸の強度とそれに対応する共役塩基の安定性は、pKa 値を使用して決定されます。 この観察された関係は、溶解したイオンと溶媒分子の間の相互作用である溶媒和の結果です。 このプロセス中、溶媒分子がイオンを取り囲み、イオンを安定させます。
溶解したイオンの溶媒和は、(i) ドナー相互作用、(ii) 電荷双極子相互作用、および (iii) 水素結合相互作用の 3 つのタイプに分類できます。 ドナー相互作用では、溶媒はその孤立電子対を溶解イオンに供与します。 溶媒はルイス塩基として作用し、イオンはルイス酸として作用します。 2 番目のタイプでは、極性溶媒中で電荷と双極子の相互作用が観察され、双極子モーメントが荷電イオンと相互作用する可能性があります。 これには、溶媒分子の正の部分電荷を再配置してイオンの負電荷と整列させ、イオンを安定化することが含まれます。 たとえば、エタノールの溶媒和で述べたように、共役塩基であるエトキシドアニオンは、溶媒の双極子の正中心によって溶媒和され、効果的に安定化されます。 最後に、溶媒分子と溶解イオンが水素結合してイオンが安定化する場合、その相互作用を水素結合相互作用と呼びます。
溶解したイオンと溶媒分子の間の相互作用はその安定性に影響を与え、これは酸性度の強さに直接比例します。 したがって、そのようなイオンがより多くの溶媒分子に囲まれている場合、そのようなイオンの安定性は相互作用の数が増えるほど増加します。 したがって、溶媒和中には、分子上の嵩高い置換基による立体障害が重要な役割を果たします。 かさばらない基をもつ化合物は立体障害がないため、溶媒分子とより多くの相互作用が可能になります。
対照的に、嵩高い基を有する化合物は立体障害があるため、溶媒和が不十分です。 その結果、立体障害のないイオンはより安定性を示し、対応する酸がより強力になります。 これは、エタノール、イソプロパノール、および tert-ブタノールの酸性度の比較で実証されます。 置換基のサイズが大きくなると、これらの化合物のそれぞれに対応する共役塩基の立体障害が大きくなります。 したがって、溶媒和が少なくなります。 結果として、イソプロパノールはエタノール (pKa=16.00) よりも弱い酸 (pKa=17.10) であり、tert-ブタノール (pKa=19.20) はイソプロパノール (pKa=17.10) よりも弱い酸です。 要約すると、共役塩基陰イオンの立体障害が溶媒和の程度を定義します。 溶媒和が低いと溶解イオンが不安定になり、対応する酸が弱くなります。
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