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邻羟(qiang)基(ji)(ji)苯甲(jia)酸(suan)(水杨酸(suan))和对羟(qiang)基(ji)(ji)苯甲(jia)酸(suan)是羟(qiang)基(ji)(ji)苯甲(jia)酸(suan)的两种同(tong)分(fen)异构体,因羟(qiang)基(ji)(ji)(-OH)在(zai)苯环上(shang)的位(wei)置不同(邻位(wei) vs 对位),导致二者在物理性(xing)(xing)质、化学性(xing)(xing)质和分子间作用力上存在显著差异(yi),主要(yao)体(ti)现在以下几个方面:
一、 熔点(dian)与沸点(dian)
邻羟(qiang)基苯(ben)甲酸熔点较低 (约 159°C):其羟(qiang)基(ji)与(yu)羧基(ji)处(chu)于(yu)相邻位置,容易形成分子内氢(qing)键(O-H⋯O=C),减少(shao)了分子间作用(yong)力,故熔点较(jiao)低。
对羟(qiang)基苯(ben)甲酸(suan)熔点(dian)较高 (约 213°C):其羟基(ji)与羧基(ji)处(chu)于苯环对位(wei),分子间易形成氢键网络(luo)(分子间氢键),增强了分子间作用力,导致熔点显著升高。
对羟基苯甲酸沸点高于(yu)邻(lin)位异构体:同样是分子间氢键(对位)与分子内氢键(邻位)作用差异的结果。
二(er)、 溶解(jie)度(在乙醇(chun)等溶剂中)
邻(lin)羟(qiang)基苯甲酸溶解(jie)度较高:在乙醇(chun)中的溶(rong)解度可(ke)达约(yue) 40g/100mL。分子(zi)内氢键的形成降低了(le)其(qi)分子(zi)间极(ji)性(xing)相互作用,使其(qi)更容(rong)易(yi)被极(ji)性(xing)溶(rong)剂分散(san)溶(rong)解。
对羟基苯甲(jia)酸溶解度较低:在(zai)乙(yi)醇中的溶解(jie)度显(xian)著低于邻位异构(gou)体。分(fen)子间氢键使其分(fen)子间作用力(li)强,需要更多能量破坏这些作用力(li)才能溶解(jie)。
三(san)、 酸性强度 (pKa₁)
邻羟基苯(ben)甲酸酸性更强 (pKₐ ≈ 2.98):其酸(suan)性(xing)显著(zhu)强(qiang)于苯甲酸(suan)(pKₐ ≈ 4.20)和(he)对羟基苯(ben)甲酸。这是因为电离后形成的羧酸根负离子(-COO⁻)能(neng)够与相(xiang)邻(lin)的羟基(-OH)形成稳定的分(fen)子内氢(qing)键(jian)(-O⁻⋯H-O-)。该(gai)氢键有效分散并稳(wen)定了羧酸根(gen)上的负(fu)电荷,使其更容易电离释放质子(H⁺)。
对(dui)羟基苯甲酸酸性较弱 (pKₐ ≈ 4.58):其酸性弱于苯甲酸。对位的羟基主要表现为供(gong)电子共轭效应(+M效(xiao)应),增加了(le)苯环及羧(suo)基碳上的电子云(yun)密(mi)度,使(shi)得羧(suo)基氢较难电离(li)(质子H⁺不易离(li)去)。电离(li)后(hou)形成的(de)羧(suo)酸根负离(li)子,其负电荷也因羟基的(de)供电子效应不易分散,稳(wen)定性较差。
四、 分子作用力类型
邻羟基(ji)苯甲酸:主要形成分子内氢键(jian)。羟基与羧基在空(kong)间上接近(jin),优(you)先(xian)在分子内部形(xing)成六元(yuan)环状(zhuang)氢键结构。
对羟基苯甲酸:主要形成分子间氢键。对位的空(kong)间排(pai)列有利于(yu)羟基(ji)与相邻分(fen)(fen)子的羧基(ji)或羧基(ji)与相邻分(fen)(fen)子的羟基(ji)之间形(xing)成分(fen)(fen)子间氢键(jian)网络(luo)。
五、 结构差(cha)异
几(ji)何构型:对羟(qiang)基苯甲(jia)酸中羟(qiang)基与(yu)羧(suo)基呈直线(xian)型排列;邻羟基苯甲(jia)酸中两者(zhe)形成(cheng)约 60度夹角。
总结关(guan)键区别表
性质 | 邻羟基苯甲酸(水杨酸) | 对羟基苯甲酸 | 主(zhu)要原因 |
熔点 | 较低 (≈159°C) | 较高 (≈213°C) | 氢键作(zuo)用:邻位→主(zhu)要形(xing)成分子内氢键 |
沸点 | 较低 | 较(jiao)高(gao) | 同(tong)上 |
乙醇溶解度 | 较(jiao)高 (≈40g/100mL) | 较低 | 氢(qing)键作用:分子(zi)内氢键削弱分子(zi)间作用力(li)→易溶(rong) |
酸(suan)性(pKₐ₁) | 较强 (≈2.98) > 苯甲(jia)酸(suan) > 对(dui)位异构体 | 较(jiao)弱(ruo) (≈4.58) < 苯甲酸 | 电子效应(ying)+氢键(jian):邻位(wei)→电离后形成分子内氢键 |
主要氢键类(lei)型 | 分子内氢键(jian) (六元环) | 分子间(jian)氢键 (网(wang)络) | 取(qu)代基位置决(jue)定的几何(he)构型(xing) |
空(kong)间构型 | 羟(qiang)基与羧(suo)基夹角(jiao)约60° | 羟(qiang)基与羧(suo)基呈直(zhi)线(xian)型排列 | 取代基相对位置 |
鉴别方法:基于熔(rong)点的(de)显著差异,可通(tong)过测定熔(rong)点进行鉴别:熔点高(gao)的(de)是对羟基(ji)苯甲(jia)酸,熔点低的(de)是邻羟基(ji)苯甲(jia)酸。