有機化學的基礎199
1. 參考資料表中的pKa數值顯示,與「氫」鍵結的「碳」原子,它的「混成軌域」會強烈影響「氫」的酸性,p軌域性質愈多,「C-H」酸性愈少。
參考資料:有機化學的基礎193 酸性
2. 因此,酸性強度,從烷類alkanes、烯類alkenes、到炔類alkynes,逐步增加。
3. 乙烷的pKa值(C-H鍵是sp3混成軌域)大約50,乙烯的pKa值(C-H鍵是sp2混成軌域)大約44,乙炔的pKa值(C-H鍵是sp混成軌域)大約25。
4. 為什麼會出現這種酸性順序?因為,不同的酸,解離平衡產生的陰離子,它們的未鍵結電子(孤對電子)被放在不同的混成軌域中。
5. 「sp混成軌域」的原子的陰電性比「sp2-」或「sp3-混成軌域」強。
6. 在「sp3混成軌域」的電子(具備25%的S軌域特質)離「原子核」最遠,「sp2混成軌域「的電子(具備33%的S軌域特質)離「原子核」的距離其次,「sp混成軌域」的電子(具備50%的S軌域特質)離「原子核」最近。
7. 因為「陰離子」的「電荷」愈靠近「原子核」的「正電荷」愈穩定,所以,「sp混成軌域」的「陰離子」比「sp2混成軌域」的「陰離子」穩定,而「sp2混成軌域」的「陰離子」,又比「sp3混成軌域」的「陰離子」穩定。
n 翻譯編寫 Marye Anne Fox, James K. Whitesell《Organic Chemistry》
徐弘毅:
1. 混成軌域,影響酸性的主要原因是,它會影響「電子」與「原子核」的距離,也因此影響「酸」解離後的「陰離子」的穩定度。
2. 「電子」與「原子核」的距離愈近,愈滿足「正負相吸」的平衡原理。那麼,哪一種「混成軌域」最靠近原子核呢?
3. 原子的結構是,「電子」圍繞「原子核」運行,如同太陽系的行星軌道。而第一列到第三列元素的「電子」的軌域,分為二種:「S軌域」和「p軌域」。
4. 「S軌域」比較靠近原子核,電子雲的分佈看起來是「圓球型」。「p軌域」比較遠離「原子核」,電子雲的分佈看起來是「啞鈴型」(8字形),可分為平行於「x軸」、「y軸」和「z軸」三種p軌域。
5. 「電子軌域」,並不是指真正的「電子軌道」,所以,「p軌域」是「啞鈴型」,並不是說「p軌域」的電子都跑8字形軌道,而是指「電子」集中在比較遠離「原子核」的某個位置活動。
6. 「啞鈴型」軌域顯示,「p軌域」是兩兩相對的電子密佈區,這應該是原子核的引力造成的。
7. 所以,如果電子在「p軌域」性質比較強的「混成軌域」,就比較遠離「原子核」,如果「電子」在「s軌域」性質比較強的「混成軌域」,就比較靠近「原子核」。
8. 「乙烷」解離後,電子停留在「sp3混成軌域」(具備25%的S軌域特質)離「原子核」最遠,原子核對電子的牽引力量最弱,所以,酸性最弱。
9. 乙炔解離後,電子停留在「sp混成軌域」(具備50%的S軌域特質)離「原子核」最近,原子核對電子的牽引力量最強,所以酸性最強。
10. 為什麼「sp3混成軌域」具備25%的「S軌域」特質?
11. 因為它的混成軌域由平行於「x軸」、「y軸」和「z軸」3個「p軌域」,和1個「s軌域」混合而成,幾何構造是四面體的錐角,共有4個尖角,每一個尖角是各瓜分1/4的s軌域,所以具備25%的「S軌域」特質。
12. 同樣地,因為「sp2混成軌域」,由2個「p軌域」和1個「s軌域」混合而成,幾何構造是三角平面,共有3個尖角,每一個尖角瓜分1/3個「s軌域」,所以具備33%的「s軌域」特質。
13. 而「sp混成軌域」,由1個「p軌域」和1個「s軌域」混合而成,幾何構造是線型,共有2個尖角,每一個尖角瓜分1/2個「s軌域」,所以具備50%的「s軌域」特質。
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