【1】この記事は薬学生向きです。
こんにちは！シグロです！今回は薬剤師国家試験でもよく出題される化学の酸性・塩基性についてどのように理解したかを共有していきたいと思います！
目次
酸と塩基の定義を理解する
この範囲を勉強するうえでまず始めに酸・塩基の定義を理解しましょう。定義としては「ブレンステッド・ローリーによる酸・塩基」と「ルイスによる酸・塩基」があります。ブレンステッド・ローリーの定義とは、プロトン（H⁺）を放出できる物質を酸、プロトン（H⁺）を受け取ることができる物質を塩基としています。つまり、H⁺を放出しやすい物質ほど酸性度が強く、H⁺を受け取りやすい物質ほど塩基性が強いといえます。
次にルイスの定義とは、電子を受け取れる物質を酸、電子を供与できる物質を塩基としています。つまり、電子を受け取りやすい物質ほど酸性が強く、電子を供与しやすい物質ほど塩基性が強いといえます。
誘起効果と共鳴効果
誘起効果と共鳴効果についても理解しておくといいでしょう。誘起効果とは簡単に言えば電気陰性度による電子の綱引きです。例えばHFとCH₄、FとCではFの方が電気陰性度は大きいためHの電子をより強く自分の方に引き寄せます。結果Fの方がH⁺として解離しやすくなります。
一方共鳴効果とは、非共有電子対やπ結合(二重結合)の移動に基づいた電子の偏りです。一般的に共鳴は電子が非局在化し、エネルギー的に安定となります。この誘起効果と共鳴効果の強さから置換基効果である電子供与基と電子求引基に分けることができます。これらは芳香族カルボン酸や、フェノール、アニリンの酸性、塩基性で問われてきます。
電子供与基
・・アルキル基(C-C-R)、非共有電子対(O、N、S ※芳香族に対して)
電子求引基
・・非共有電子対(O、N、S ※脂肪族に対して)、ハロゲン(C-C-Br)、不飽和結合(C-C-NO₂)
酸性度の考え方
ではH⁺を放出しやすい物質ほど酸性度が強いとはどういうことでしょうか？見方を変えていきましょう。まず物質は安定な方向に反応が進みます。従ってHA(酸)⇆H⁺+A⁻の反応も安定な方向に進みます。つまりH⁺が解離したA⁻が安定なほど酸性は高くなります(H⁺が放出されたほうが安定になる)。さらに言い方を変えるとA⁻の余分な電子が共鳴などによって分散されるほど安定となり酸性度が高くなります。下の例で考えてみましょう。今ニトロ基がついた芳香族カルボン酸とメチル基(アルキル基)がついた芳香族カルボン酸があります。ニトロ基は電子求引基であるため、H⁺が抜けると余剰の電子がニトロ基の方向へ分散することで安定となります。一方メチル基は電子供与基であるため、電子が分散されにくくなりニトロ基と比べ不安定になることから酸性度は弱くなります。
複数種類の酸性度はゴロで対応
酸性物質はたくさんあります。ゆえに理解では解けないものもあります。それに関しては丸ごとゴロを使い暗記しましょう。ゴロに関しては前の記事に載せてあるのでぜひ活用してください！リンクを貼っておきます。
sguro35pharmacist.hatenablog.com
塩基性度の考え方
今度はH⁺を受け取りやすい物質ほど塩基性度が強いとはどういうことでしょうか？こちらも見方を変えていきましょう。まず先ほど述べたように、物質は安定な方向に反応が進みます。従ってB(塩基)+H⁺⇆B⁺Hの反応も安定な方向に進みます。つまりH⁺が結合したB⁺Hが安定なほど塩基性は高くなります。さらに言い方を変えると塩基の非共有電子対の電子密度が高いほど、H⁺が受け取りやすくなり塩基性が高くなります。下の例で考えてみましょう。今ニトロ基がついたアニリンとメチル基(アルキル基)がついたアニリンがあります。ニトロ基は電子求引基であるため、電子がニトロ基の方向へ分散することで窒素の電子密度が低くなり塩基性は弱くなります。一方メチル基は電子供与基であるため、電子が分散されにくくなりニトロ基と窒素の電子密度が高くなることで塩基性は強くなります。
脂肪族アミンと芳香族アミン
塩基性は電子密度が高いほど強くなります。従って共鳴がおこる芳香族に比べ脂肪族の方が塩基性は高くなります。このことを知ってるだけでも選択肢は絞れます！ぜひ覚えておきましょう。
アミド
アミドの構造は隣にカルボニル基があり、共鳴をうけるため塩基性を示しにくくなります。これも覚えておくだけで解くうえで有利になります。
まとめ
いかがでしたか？これらのことが理解できれば後は問題をたくさん解くことで応用が効くようになるはずです！次回は実際に国試問題を解説していきたいと思います！まだ時間はあるので頑張ってくださいね( ^^)
それでは今日はこの辺で～
