物理的性質と酸性度:学習ガイド

重要なポイント

沸点、溶解性、酸性はいずれも分子間力と、分子が電荷をどれだけ安定化できるかから決まる。化合物を並べるとは、最も強い引力、または最も安定な共役塩基を見つけることである。

• 沸点は力が強いほど高い。水素結合(アルコール、カルボン酸、アミン)は双極子間力(アルデヒド、ケトン、エーテル)より強く、これは分散力(アルカン)より強い。
• 同じ種類の化合物では、鎖が長いほど沸点が高く、枝分かれは表面での接触を減らすため沸点を下げる。
• –OH や –NH₂ をもつ小さな分子は水に溶ける。炭化水素部分が大きくなると溶解性は下がる。
• 共役塩基が安定なほど酸性は強い。カルボン酸 > フェノール > アルコールの順で、ハロゲンのような電子求引基は酸性を強める。

主な式

• boiling point: H-bonding > dipole–dipole > dispersion
• acidity: RCOOH > ArOH > H₂O ≈ ROH
• pKa = −log₁₀ Ka

例題

エタノール(46 g/mol)は 78 °C、エタナール(44 g/mol)は 20 °C、プロパン(44 g/mol)は −42 °C で沸騰する。質量は近いが、水素結合をつくれるのはエタノールだけだからである。酸性ではエタン酸(pKa 4.76)がフェノール(約 10)より強く、フェノールがエタノール(約 16)より強い。トリフルオロエタン酸は CF₃ 基のためエタン酸より強い。

よくある間違い

• 水素結合を無視して、モル質量だけで沸点を並べること。
• 枝分かれした異性体が、直鎖の異性体より高い沸点をもつと考えること。
• 共役塩基がより安定なら酸が強い、つまり pKa が小さいことを忘れること。

練習

このトピックの練習問題で力試しをしましょう:物理的性質と酸性度