Stabilizace konjugované báze: indukce

Indukční efekt je další cesta pro stabilizaci konjugované zásady. Začneme s kyselinou octovou, jejíž vzorec máme rozkreslený zde. "Kyselým protonem" je na kyselině octové tento proton, který má pKa přibližně 4,8. Pokud kyselina octová tento proton odevzdá, tyto červené elektrony zůstanou na kyslíku, což mu dá formální náboj minus jedna. Napravo vidíme konjugovanou zásadu této kyseliny. Pokud porovnáme octovou kyselinu s naší další sloučeninou, kyselinou chloroctovou, všimněme si, že nyní máme na tento uhlík připojený chlor. Nevyznačil jsem volné elektronové páry chloru, aby nás zbytečně nemátly. Kyselý proton této kyseliny je zde, červené elektrony zůstanou na kyslíku, čímž dávají kyslíku formální náboj minus jedna. Pokud se podíváme na hodnotu pKa, tak ta je v tomto případě přibližně 2,9. Zamyslete se nad rozdílem v kyselosti mezi kyselinou chloroctovou a octovou. pKa se mění z 4,8 na 2,9. Čím nižší je pKa, tím je sloučenina kyselejší. A to přibližně stokrát. Rozdíl je zhruba rovně dvěma jednotkám pKa, mění se z 4,8 na 2,9 To by bylo deset na druhou nebo sto krát více kyselé. Chloroctová kyselina je tedy mnohem kyselejší než kyselina octová. Podíváme-li se na konjugované zásady, porozumíme tomu lépe. Tato konjugovaná zásada musí být stabilnější než tato. Vysvětlit to můžeme pomocí indukčních efektů. Pokud se podíváme na rozdíl, vidíme, že tady máme chlor. Chlor je elektronegativní prvek. Je více elektronegativní než uhlík, takže si zvyší svou elektronovou hustotu. Pokud takto zvýšíte elektronovou hustotu, delokalizujete záporný náboj. Rozprostřete záporný náboj a to stabilizuje konjugovanou zásadu. A protože je tato konjugovaná zásada stabilnější než tato, chloroctová kyselina má větší tendenci darovat proton než kyselina octová. Ukažme si, co se stane, když zvýšíme počet atomů chloru v molekule. Dole máme trichloroctovou kyselinu, kde jsou hned tři chlory. pKa se snížilo ještě víc, protože teď máme 3 chlory odebírající elektronovou hustotu. Všechny tyto funční halogenskupiny odebírají molekule elektronovou hustotu a to stabilizuje konjugovanou zásadu, která rozprostře záporný náboj. Tato konjugovaná zásada je tedy z těchto tří nejstabilnější. Proto je tato látka ze všech tří nejkyselejší. Indukční efekt ale zeslabuje se vzdáleností. Podíváme se na tuto kyselinu, které triviálně říkáme máselná. Tento uhlík označujeme číslem jedna, toto je uhlík číslo dva, tady tři a čtyři. Tento proton má hodnotu pKa okolo 4,8. Porovnáme-li kyselinu máselnou s kyselinou chlormáselnou s chlorem na druhém uhlíku, jedná se tedy o 2-chloromáselnou kyselinu, hodnota pKa klesla na 2,8. Znovu je to kvůli indukčnímu efektu. Máme elektronegativní atom odebírající elektronovou hustotu. Ten tím stabilizuje konjugovanou zásadu a snižuje hodnotu pKa tohoto protonu. Zkusme posunout chlor na třetí uhlík. Tohle je uhlík jedna, dva a tohle je uhlík tři, kde je nyní chlor. Jedná se tedy o kyselinu 3-chloromáselnou. Hodnota pKa v tomto případě je znovu nižší než 4,8, což byla původní hodnota pKa. Teď je to 4,1, ale všimněte si, že to není až tak nízká hodnota jako minule. S chlorem na druhém uhlíku je hodnota pKa 2,8. Oproti tomu s chlorem na třetím uhlíku, je hodnota pKa 4,1. Je to sice stále méně, než má původní máselná kyselina, ale vidíme, že elektronegativní atom je dál od záporného náboje a to snižuje efekt. Chlor je dále od záporného náboje než v tomto příkladu. Nakonec uvidíme tento trend ještě víc. Pokud posunememe chlor na čtvrtou pozici... Tohle je uhlík s pořadovým číslem 1,2,3,4. Pokud posuneme chlor na pozici číslo 4, hodnota pKa je téměř shodná s původní 4,8, konkrétně má hodnotu 4,5. Tento chlor je dále od záporného náboje a to snižuje indukční efekt. Tato látka je stále trochu kyselejší než kyselina máselná, ale efekt je malý.