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Säurestärke organischer Säuren

Drei Chloratome machen aus milder Essigsäure eine Säure, die Eiweiß fällt — wie kann ein Nachbaratom so viel bewirken?

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Chlor zieht an der Säure

Carbonsäuren sind schwache Säuren; ihre Stärke gibt der pKs-Wert an (3.2.3). Ob das Proton leicht abgegeben wird, entscheidet die Nachbarschaft der Carboxygruppe — über die induktiven Effekte aus 5.3.3.

Merke

Protolyse einer Carbonsäure: \(\ce{R-COOH + H2O}\) \(\rightleftharpoons\) \(\ce{R-COO- + H3O+}\)

Ersetze H-Atome am α-C-Atom der Essigsäure durch Chloratome — mit dem Regler oder durch Klick auf ein H- bzw. Cl-Atom (Tastatur: Tab, Enter). Beobachte die −I-Pfeile und den pKs-Balken.

Chloressigsäuren im Vergleich

Halte fest: Jedes Chloratom zieht mit seinem −I-Effekt Elektronendichte von der Carboxygruppe ab. Die O–H-Bindung wird stärker polarisiert, das Anion stabiler — der pKs-Wert sinkt, die Säure wird stärker.

  • −I-Substituent:zieht Elektronendichte von der Carboxygruppe ab; die O–H-Bindung wird stärker polarisiert.
  • Anion:Die negative Ladung im Carboxylat-Ion wird durch den −I-Effekt verteilt — das Anion ist stabiler, das Gleichgewicht liegt weiter rechts.
  • Additiv:Jedes weitere Halogenatom senkt den pKs-Wert zusätzlich.
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Was die Säurestärke noch steuert

Merke

Säurestärke und I-Effekt: Je besser die negative Ladung im Säurerest-Anion verteilt ist, desto stärker ist die Säure: −I-Gruppen senken, +I-Gruppen erhöhen den pKs-Wert.

  • Art des Halogens:Fluorethansäure 2,59 < Bromethansäure 2,90 < Iodethansäure 3,18 — der −I-Effekt folgt der Elektronegativität.
  • Abstand:2-Chlorbutansäure 2,84 < 3-Chlorbutansäure 4,05 < 4-Chlorbutansäure 4,52 (Butansäure 4,82) — der Effekt klingt über die Bindungen schnell ab.
  • Alkylreste (+I):Methansäure 3,75 < Ethansäure 4,76 < Propansäure 4,87 — die Alkylgruppe schiebt Elektronen zur Carboxygruppe.
  • Alkohol ≠ Carbonsäure:Ethanol (pKs ≈ 16) ist praktisch keine Säure: Im Ethanolat bleibt die Ladung an einem O-Atom, im Carboxylat verteilt sie sich auf zwei O-Atome (mehr dazu in 5.4.2).
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Allgemeine Hinweise

Kleiner pKs = stärkere Säure

Ein −I-Effekt senkt den pKs-Wert. Wer „stärkere Säure, größerer Wert“ denkt, dreht jede Reihenfolge um. Ks dagegen wird größer.

Nicht das H-Atom allein betrachten

Die Begründung „die O–H-Bindung ist polarer“ reicht im LK nicht. Argumentieren Sie immer auch mit der Stabilität des Säurerest-Anions.

Drei Fragen an jeden Substituenten

Zieht oder schiebt er (−I/+I)? Wie stark (Elektronegativität, Anzahl)? Wie weit ist er von der Carboxygruppe entfernt?

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