Stabilizace konjugované báze: solvatace

Solvatace může mít stabilizační efekt na konjugovanou zásadu. Vezmeme si nejdřív vodu, tedy tuto molekulu. Pokud voda daruje tento proton, zůstanou tyto vazebné fialové elektrony na kyslíku. Tím kyslík získává formální náboj −1 a vznikne nám konjugovaná zásada vody, tedy hydroxidový anion. Hydroxidový anion může být stabilizován rozpouštědlem, Pokud je tímto rozpouštědlem voda... Nakreslím tady kolem pár molekul vody. Víme, že voda je polární rozpouštědlo, jelikož je polární molekulou. Kyslík má částečně záporný náboj a vodíky mají částečně kladný náboj. Je to proto, že kyslík je elektronegativnější než vodík. Víme, že opačné náboje se přitahují. Částečně kladný vodík vody je přitahován k záporně nabitému kyslíku hydroxidu, Mezi těmito opačnými náboji tedy existuje přitažlivá síla.. Tato přitažlivá síla pomáhá stabilizovat záporný náboj na hydroxidovém aniontu. Tady máme další molekulu vody. Takže zase částečně záporný a částečně kladný náboj a máme tu další stabilizační sílu. Další sílu, která nám pomáhá stabilizovat záporný náboj na hydroxidovém aniontu. Čím více molekul vody máte kolem, čím více molekul máte pro solvataci aniontu, tím stabilnější máte konjugovanou zásadu. Porovnáme si teď tyto čtyři sloučeniny. U vody má tento proton hodnotu pKa zhruba 15,7. U ethanolu má tento proton hodnotu pKa asi 16. U isopropanolu má tento proton hodnotu pKa asi 17 a pro terc-butanol má tento proton hodnotu pKa asi 18. Platí pravidlo, že je čím nižší hodnota pKa, tím je daná kyselina silnější. Voda je tedy nejsilnější kyselinou z těchto čtyř molekul, protože má nejnižší hodnotu pKa. Pokud je voda nejsilnější kyselinou, znamená to, že její konjugovaná zásada musí být nejstabilnější. Hydroxidový aniont je nejstabilnějším z těchto konjugovaných zásad. To proto, že můžeme vměstnat více molekul vody okolo hydroxidového aniontu. Hydroxidový aniont umí zůstat stabilizovaný, je v tom nejlepší. Je to kvůli něčemu, čemu se říká stérická zábrana. Víme, že tu ke kyslíku máme navázaný jen malinký vodík. Pojďme to porovnat s dalšími konjugovanými zásadami. Toto je ethoxidový anion, což je konjugovaná zásada ethanolu. Máme tady CH2 skupinu a potom CH3. CH2 a CH3 zabírají více prostoru než tento vodík. Jak jdeme po tomto seznamu dolů, vidíme ještě více stérické zábrany. Tento uhlík je navázán na tento vodík. Je také navázán na dvě skupiny CH3, takže máme ještě více zavazejícíh atomů. Naše poslední konjugová zásada se nazývá terc-butoxidový anion. Máme uhlík navázaný hned na tři skupiny CH3, takže máme ještě více věcí v cestě. Stérická zábrana nám zde brání v interakci molekul s konjugovanou zásadou. Takže pokud nakreslím molekulu vody sem bude tam nezanedbatelná stabilizace, že? Víme, že kyslík je částečně záporný. Víme, že vodíky jsou částečně kladné. Takže je tu přitažlivá síla mezi opačnými náboji, A to by nám mohlo stabilizovat konjugovanou zásadu. Problémem jsou ale tyto CH3 skupiny, které zabraňují molekulám vody tuto konjugovanou zásadu stabilizovat. To znamená, že tento terc-butoxidový anion je nejméně stabilní konjugovanou zásadou. Čím více jdeme nahoru stérická zábrana se nám snižuje. Přesouváme se od třech skupin methylu přes dvě a jednu až nám zbyde jen vodík. Snižuje se nám stérická zábrana, a tím zvyšujeme schopnost rozpuštědla stabilizovat náš anion. Proto je hydroxidový anion. nejstabilnějším v našem rozpouštědle. Tento anion je nejstabilnější, čímž pádem voda nejpravděpodobněji odštěpí proton, a proto má také nejnižší hodnotu pKa.