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フマル酸とマレイン酸の性質についての質問です
水溶液中での第一電離定数はフマル酸のほうが高く、第二電離定数だとマレイン酸のほうが大きくなるのはなぜでしょうか?

A 回答 (2件)

>第一電離定数はフマル酸のほうが高く


誤解されやすい表現ですね。
確かにフマル酸のpKa1=3.03、pKa2=4.54。マレイン酸のpKa1=1.93、pKa2=5.2。
pKa1が「高い」のはフマル酸ですが、高いと言われると酸として「強い」と取られかねません。↓
http://research.chem.psu.edu/brpgroup/pKa_compil …
マレイン酸では解離して出来たCOO^-基が隣のCOOHの水素と強い水素結合を形成するため熱力学的に有利になり、pKa1が小さくなります。
一方pKa2は生じた陰電荷が近くなるマレイン酸が熱力学的に非常に不利になります。そのため逆転が起きます。
二重結合のEとZを頭に入れておけば何の不思議もありません。
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逆じゃないですか?データを示して下さい。

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QSn1反応とSn2反応の違い

Sn1反応およびSn2反応になる条件について調べています。調べたところ両者には以下のような条件の違いがありました。

*Sn1反応*
[中間体]・・・・・3級>2級>1級>メチル
[反応条件]・・・・中性~酸性
[試薬の求核性]・・重要でない

*Sn2反応*
[中間体]・・・・・メチル>1級>2級>3級
[反応条件]・・・・中性~塩基性
[試薬の求核性]・・重要

中間体による違いは、カルボカチオンの超共役効果や立体障害に依存するのだと思います。しかし反応条件や試薬の求核性がどのようにSn1反応とSn2反応に関係するのかが分かりません。例えば、「なぜSn1反応は中性~酸性条件で進行するのか」といったようなことです。どなたか教えてください。

Aベストアンサー

 既にある回答と一部重複するかもしれませんが,全く新たな回答として書かせていただきます。

 まず最初に,求核置換反応(Sn 反応)の機構は Sn1 か Sn2 かのどちらかしかありません。時に「Sn1 と Sn2 の中間の機構」とか「Sn1 と Sn2 が混ざった機構」と言われる事がありますが,これは Sn1 と Sn2 並行して起こっているという事(ある分子は Sn1 反応をし,別の分子は Sn2 反応をしているという状態)であって,個々の分子を見ればどちらか一方です。

 結果,Sn1 反応になるか Sn2 反応になるかは,どちらの反応の律速段階の反応速度が速いかで決ります。律速段階の反応速度が速い方の機構を通って反応が進行するわけです。

 さて,Sn1 反応の律速段階は御存知の様にカルボカチオンが生じる段階です。つまり,カルボカチオンができ易い程 Sn1 反応は速くなります。一方,Sn2 反応では反応中心の炭素が5つの結合を持った状態が遷移状態ですので,この状態ができ易いもの程反応が速くなります。

 まず,お書きの『中間体』についてです。カルボカチオンの安定性が「3級>2級>1級>メチル」の順であるのは御存知ですよね。これは付いているアルキル基の電子供与性効果と超共役による安定化がこの順で大きいからです。逆にこの順で立体障害が大きくなり,求核剤の接近は困難になります。つまり,「3級>2級>1級>メチル」の順で Sn1 反応の速度は速くなり,Sn2 反応の速度は遅くなります。結果,反応機構が Sn1 → Sn2 にシフトします。

 次に,『試薬の求核性』です。上記した様に Sn1 反応の律速段階はカルボカチオンができる段階であり,求核試薬はこの段階には関与しません。そのため,試薬の求核性は Sn1 反応にはあまり影響しません(重要でない)。一方,Sn2 反応では遷移状態の形成に求核試薬が関与しますので,遷移状態が出来やすい(試薬の求核性が高い)程反応は速くなります(試薬の求核性が重要)。結果,試薬の求核性が高い程 Sn2 反応で進行しやすくなります。

 最後に問題の『反応条件』です。何度も繰り返しになりますが,Sn1 反応の律速段階はカルボカチオンが出来る段階です。この過程では脱離基が抜けてカルボカチオンが生じると同時に,脱離基はアニオンになります。結果,このアニオンを安定化する条件(つまり,酸性もしくは中性)の方が Sn1 反応が進みやすくなります。逆に Sn2 反応は,求核試薬が剥出しの状態になる塩基性の方が攻撃性が高まり反応が速くなります(塩基でもある求核試薬を酸性条件下に置くと酸と反応してしまいます)。結果,塩基性から酸性になるに連れて,反応機構は Sn2 → Sn1 にシフトします。

 ざっとこんな感じですが,要点だけ纏めると,「カルボカチオンができ易い,脱離基が脱離し易い」条件は Sn1 に有利ですし,「アニオンができ易い,求核試薬が攻撃し易い」条件は Sn2 反応に有利です。そして,「求核置換反応の機構は Sn1 か Sn2 のどちらか」ですので,反応が起こらない場合は別にして,Sn1 反応が起こり難くなると Sn2 機構で,Sn2 反応が起こり難くなると Sn1 機構で反応が起こります。

 既にある回答と一部重複するかもしれませんが,全く新たな回答として書かせていただきます。

 まず最初に,求核置換反応(Sn 反応)の機構は Sn1 か Sn2 かのどちらかしかありません。時に「Sn1 と Sn2 の中間の機構」とか「Sn1 と Sn2 が混ざった機構」と言われる事がありますが,これは Sn1 と Sn2 並行して起こっているという事(ある分子は Sn1 反応をし,別の分子は Sn2 反応をしているという状態)であって,個々の分子を見ればどちらか一方です。

 結果,Sn1 反応になるか Sn2 反応になるかは,...続きを読む

Qニトロフェノールの酸性度のちがい

p-ニトロフェノールと、m-ニトロフェノールの酸性度のちがいについての根拠がわかる方いたら教えてください!!
pとoの差に関しては、oは分子内水素結合をするから、pよりも安定で水素が引き抜かれにくい。。。ということは教科書であったのですが、
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H^+ が解離したフェノキシドを考えます.
ヒドロキシ基の O 上に負電荷があるんですが, これは共鳴によってベンゼン環に移ることができます. このとき, 負電荷が移るのは (ヒドロキシ基からみて) 2位と 4位, つまり o- と p- の位置になります.
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Qマレイン酸とフマル酸

マレイン酸とフマル酸の沸点の違いがわかりません。

水素結合だと思うのですが、両方とも水素結合しますよね??

イメージできませんどなたか解説お願いします。

Aベストアンサー

要するに

マレイン酸→分子内水素結合
フマル酸→分子間水素結合
をするからです。

http://www.geocities.jp/chemacid/chembase/organic/nonaqua-acid.htm

Qアルキル基の電子供与性

アルキル基の電子供与性はいかなる理由(構造)によるものですか?

Aベストアンサー

わずかではあってもCとHの電気陰性度が異なるためC上の電子密度が(少し)高まるので、Cの結合する原子がそのCより電子密度が低ければそちらに電子(の存在確率)を供与して安定化しようとするから生じるのだと思います。

例(メチル基)
       H(δ+)
       ↓
供与相手←C(δ-)←H(δ+)
       ↑
       H(δ+)

Qマレイン酸→フマル酸。

マレイン酸を水に溶解して、濃塩酸を入れて固形物質が生成するまで加熱しました。
そのあと、生成したフマル酸を取り出して乾燥させ、pHや溶解度、融解度、反応性を比較する実験を行いました。

シストランス異性体の相互変換は、2重結合が自由回転できないので自然に変換はできず、酸触媒を用いると相互変換すると書いてありました。その酸触媒というのはここでいう濃塩酸のことですよね?
これはどういう反応が起こっているのでしょうか?あと、6gのマレイン酸から生成されるフマル酸の理論値というのは、どのようにして考えるのでしょうか?教えてください。

Aベストアンサー

マレイン酸からフマル酸への異性化の場合は、カルボキシル基のカルボニルに
プロトンが付加した後、その陽電荷がC-C二重結合へと移動することで
自由回転が可能になる、ということではなかったかと思います。

       C=C
      /    \
  O=C       C=O
     |       |
     OH      OH

      マレイン酸

        ↓+ H+

      C=C
     /    \
HO-C+      C=O
    |       |
    OH      OH

       ↓

      C-C+  ←自由回転可能
     //   \
HO-C      C=O
    |     |
    OH     OH

       ↓


        O=C-OH
         /
      C-C+
     //
HO-C
    |
    OH

      ↓

        O=C-OH
          /
      C=C
     /
HO-C+
    |
    OH

       ↓

        O=C-OH
          /
      C=C
     /
 O=C
    |
    OH

     フマル酸

マレイン酸からフマル酸への異性化の場合は、カルボキシル基のカルボニルに
プロトンが付加した後、その陽電荷がC-C二重結合へと移動することで
自由回転が可能になる、ということではなかったかと思います。

       C=C
      /    \
  O=C       C=O
     |       |
     OH      OH

      マレイン酸

        ↓+ H+

      C=C
     /    \
HO-C+      C=O
    | ...続きを読む

QW/V%とは?

オキシドールの成分に 過酸化水素(H2O2)2.5~3.5W/V%含有と記載されています。W/V%の意味が分かりません。W%なら重量パーセント、V%なら体積パーセントだと思いますがW/V%はどのような割合を示すのでしょうか。どなたか教えていただけないでしょうか。よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

w/v%とは、weight/volume%のことで、2.5~3.5w/v%とは、100ml中に2.5~3.5gの過酸化水素が含有されているということです。
つまり、全溶液100ml中に何gの薬液が溶けているか?
ということです。
w/v%のwはg(グラム)でvは100mlです。

Qニトロフェノールのオルト体とパラ体

 ニトロフェノールのオルト体とパラ体では沸点が相当違いますよねぇ・・・。ニトロ基の場所の違いがどうして沸点の差に結びつくんでしょう?沸騰するっていうのは蒸気圧=外圧になるってことですよねぇ。となると、パラ体の溶液のほうが外圧が高くなるってことでしょうか?それとも蒸気圧が低くなるのでしょうか?でも、なんでニトロ基の場所が違うだけで、そんなことが起こるノー--?
 教えてくださいっっ!!寝れません!!

Aベストアンサー

原因は分子間水素結合をするか、分子内水素結合(キレーション)をするかです。
パラの場合はニトロ基と水酸基が分子の間で水素結合しますので。沸点は高くなります。見かけの分子量が上がるわけですね。
しかし、オルト体では分子模型を作って頂くと良く分かるのですが、水酸基とニトロ基はとなりあい、分子内の官能基で水素結合を起こします。この現象をキレーションと呼びます。このためオルト、パラと比べて分子単体でいる確率が高くなります。ゆえに他の二つと比べて沸点が下がります。
この現象で同様に溶解度の説明も出来ます。溶解するためには、水和する必要があるわけですが、先の理由によりオルト体では水酸基が水和できない状態になっています。従って溶解度が下がります。パラとメタの差については電子の吸引で説明できます。パラの方がより酸性に傾くわけです。
なお補足ですが、確かパラ体では沸点がなかったのではないでしょうか?その前に分解してしまうはずです。

Qアミノ酸のL型、D型の区別そ仕方

****CH3
****|
 H2N─ C─COOH
****|
****H 

上の構造式はアラニンですが、これがL型かD型かを判断するのに困っています。
定義では不斉炭素を中心にカルボキシル基を上に書いた場合に、アミノ基が左側にくるのがL型です。しかしこの定義のまま動かしてみると、

   COOH
****|
 CH3─ C─H
****|
****NH2
このようにアミノ基が下になってしまうため、判断に困っています。
アドバイスをお願いいたします。

(注意!:記号*は構造式を書くときに軸をそろえるために付けたものです。)

Aベストアンサー

D型とかL型というのは光学異性体を区別するための記号です。グリシン以外のアミノ酸の場合は、中心の炭素原子に4つの異なる基が結合しているために光学異性が生じます。

炭素原子の4つの単結合は、正四面体の中心に炭素原子があるとすると、正四面体の4つの頂点の方向に向かっています。つまり、実際の形は構造式に描かれるような十字型ではないのです。
(参考)
http://www.geocities.com/yoshihitoshigihara/isei.htm

さて、ご質問のようにアミノ酸の構造式を十字型に描いてある場合は、なんとなく描いてあるのではなく、意味があります。これはフィッシャー投影式といいます。

フィッシャー投影式では、「左右の結合は紙面より手前に出ている」「上下の結合は紙面の向こう側に出ている」というのがルールです。このルールにより、正四面体型の構造を、紙面で表示できます。

アミノ酸をフィッシャー投影式で描いた場合、上にカルボキシル基、下に側鎖を書いたときに、左にアミノ基が来るのがL型、右にアミノ基が来るのがD型です。

では、「上にカルボキシル基、下に側鎖」となっていないときに、どうするかです。フィッシャー投影式のルールから考えると、ご質問のように90度回転させてはいけません。90度回転させると、「紙面の手前」と「紙面の向こう」が逆になりますから、D型がL型に、L型がD型に変わってしまいます。
(180度の回転はOKです)

どうすればよいのかといえば、できることは次の2つです。
(1)3つの基を循環的に入れ替える(いわゆる三角トレード)。
(2)二組の2つの基を、両方同時に入れ替える。

ご質問の上のフィッシャー投影式ですと、上の(1)を適用して、「COOHを上に移動、CH3を下に移動、Hを右に移動」という形で循環的に入れ替えると、左にアミノ基が来てL型であることがわかります。

よくわからなかったら、分子模型を作ってみるとよいと思います。

D型とかL型というのは光学異性体を区別するための記号です。グリシン以外のアミノ酸の場合は、中心の炭素原子に4つの異なる基が結合しているために光学異性が生じます。

炭素原子の4つの単結合は、正四面体の中心に炭素原子があるとすると、正四面体の4つの頂点の方向に向かっています。つまり、実際の形は構造式に描かれるような十字型ではないのです。
(参考)
http://www.geocities.com/yoshihitoshigihara/isei.htm

さて、ご質問のようにアミノ酸の構造式を十字型に描いてある場合は、なんとなく...続きを読む

Q蒸気圧ってなに?

高校化学IIの気体の分野で『蒸気圧』というのが出てきました。教科書を何度も読んだのですが漠然とした書き方でよく理解できませんでした。蒸気圧とはどんな圧力なのですか?具体的に教えてください。

Aベストアンサー

蒸気圧というのは、主として常温付近で一部が気体になるような物質について用いられる言葉です。

液体の物質の場合に、よく沸点という言葉を使います。
物質の蒸気圧が大気圧と同じになったときに沸騰が起こります。
つまり、沸点というのは飽和蒸気圧が大気圧と同じになる温度のことを言います。
しかし、沸点以下でも蒸気圧は0ではありません。たとえば、水が蒸発するのは、常温でも水にはある程度の大きさ(おおよそ、0.02気圧程度)の蒸気圧があるためにゆっくりと気化していくためであると説明できます。
また、油が蒸発しにくいのは油の蒸気圧が非常に低いためであると説明できます。

さきほど、常温での水の飽和蒸気圧が0.02気圧であると述べましたが、これはどういう意味かと言えば、大気圧の内の、2%が水蒸気によるものだということになります。
気体の分圧は気体中の分子の数に比例しますので、空気を構成する分子の内の2%が水の分子であることを意味します。残りの98%のうちの約5分の4が窒素で、約5分の1が酸素ということになります。

ただし、上で述べたのは湿度が100%の場合であり、仮に湿度が60%だとすれば、水の蒸気圧は0.2x0.6=0.012気圧ということになります。

蒸気圧というのは、主として常温付近で一部が気体になるような物質について用いられる言葉です。

液体の物質の場合に、よく沸点という言葉を使います。
物質の蒸気圧が大気圧と同じになったときに沸騰が起こります。
つまり、沸点というのは飽和蒸気圧が大気圧と同じになる温度のことを言います。
しかし、沸点以下でも蒸気圧は0ではありません。たとえば、水が蒸発するのは、常温でも水にはある程度の大きさ(おおよそ、0.02気圧程度)の蒸気圧があるためにゆっくりと気化していくためであると説明できま...続きを読む

Q有機酸の酸性あるいは塩基性(pKa)について参考となるものはありませんか?

有機酸の中で、特に知りたい酸は、クエン酸、コハク酸、キナ酸、シュウ酸、ケトグルタル酸、リン酸、蟻酸、酢酸、ピログルタミン酸です。一部だけでもよりので、参考になるURL(本でもかまいません)があれば、教えて頂けないでしょうか?
宜しくお願いします。

Aベストアンサー

参考URLを御覧下さい。
ただし、はじめのページで出てくるのはDMSO中での値ですので、通常の水中での値とは異なります。
水中での値は左のフレームのpKa:waterをクリックして下さい。

参考URL:http://www.chem.wisc.edu/areas/reich/pkatable/


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