溶解度的影响因素蛮多的,这里主要考虑分子极性的问题,也就是所谓“相似相溶”,即极性物质易溶于另一种极性物质,非极性易溶于非极性。
也就是说羧酸(小分子)的极性更近似于为极性分子的水而不是同为有机物的,极性较小的醇和醚,所以更易溶于水。具体分析如下:
分子极性大小可以用正负电荷中心的重合度衡量(具体参见 偶极矩)
羧酸结构如图
-COOH中心原子碳的电负性与氧的差距较大,形成两个C→O配位键(电子对全由C提供),电子云更偏近氧,氧原子显负电性,碳原子显正电性。而且整个羧酸根呈角型不对称结构,这里正负电荷中心明显不重合,极性比较大,(其中由于中心C原子正电性很大,对羟基氧电子吸引力很大,以至于羟基氧电子密度减小,O-H键变弱,甚至比较容易在水中像离子化合物一样电离出氢离子)
H2O同为正负电荷中心不重合的角形结构,且H与O之间电负性差距比C-O之间还大,所以水分子极性很大
至于醇类,虽然也有C-OH结构,但是比羧基少一个非羟基氧,中心C原子正电性不是很大,极性比较弱(在水中也基本电离不出氢离子)
醚类的话,虽然有C-O-C结构,但是它结构(正负电荷中心)比较对称,的两边往往还有碳链,对于整个分子来说就大大削弱了整体的分子极性。
当然同理,若羧酸分子量较大,碳链较长的话也会削弱整体的分子极性,到时候就说不定更易溶于有机溶剂了。
而且-OH结构易于与水分子容易形成氢键,这样有利于分子在水中的扩散,这也是一些小分子羧酸和醇易溶于水的原因之一。
羧基的极性比羟基大,而且也能和水形成氢键,根据相似相溶的性质羧酸溶解度较大