Las acideces relativas de estas moléculas en la solución acuosa $^{[1][2]}$ es:
$$\text{methanol > water > ethanol > isopropanol > t-butanol}$$
Las acideces relativas de estas moléculas en DMSO $^{[3]}$ es:
$$\text{methanol > ethanol > isopropanol > t-butanol > water}$$
El problema de considerar únicamente las acideces de estas moléculas en solución acuosa es que se asume una única explicación de la acidez. La inversión del orden de acidez en el DMSO indica que hay múltiples factores en juego.
La tendencia a la acidez en DMSO se explica por la polarizabilidad y el efecto de hiperconjugación aniónica $^{[4]}$ de las bases conjugadas de las moléculas. El mayor tamaño de los sustituyentes alquílicos en las bases conjugadas permite una mayor distribución de la carga negativa en un mayor volumen. Esto reduce la densidad de carga y, por tanto, la repulsión culombiana entre la base conjugada y el disolvente. En DMSO, el agua es mucho menos ácida que incluso el metanol, lo que también es coherente con la polarizabilidad relativa de un grupo metilo y un átomo de hidrógeno, pero no explica la acidez relativa del t-butanol y el metanol.
La tendencia a la acidez del alcohol se explica por la hiperconjugación aniónica, que se debilita en los sustituyentes alquílicos más grandes.
En el caso del metanol y el anión metóxido, la interacción principal se produce entre un par solitario relleno ( $n$ ) en el oxígeno y un orbital desocupado $\pi^*_\ce{Me}$ orbital del grupo metilo, lo que resulta en un efecto estabilizador de dos electrones.
$\hspace{3.8cm}$![MO interactions]()
La desprotonación del alcohol provoca un aumento de la energía de los orbitales n del oxígeno y una disminución de la separación energética entre los orbitales que interactúan $n$ y $\pi^*_\ce{Me}$ y, por tanto, una mayor interacción estabilizadora $^{[5]}$ .
Aunque el DMSO disuelve el soluto hasta cierto punto, al ser un disolvente aprótico, es incapaz de establecer enlaces de hidrógeno con el soluto. Esto permite que las acideces del DMSO reflejen mejor las acideces intrínsecas de las moléculas.
Sin embargo, en solución acuosa, las bases conjugadas son estabilizados por enlaces de hidrógeno. Como los iones más pequeños son mejor disueltos por el agua, la acidez del agua aumenta más que la del metanol, pero como el metanol es intrínsecamente más ácido debido a su polarizabilidad, sigue siendo ligeramente más ácido que el agua, incluso en solución acuosa. A medida que aumenta el tamaño del sustituyente alquilo, el alcohol se vuelve más débil debido a la disminución de la capacidad del agua para disolver la base conjugada. Esto afecta más a la acidez del alcohol que la dispersión de la carga negativa, y anula la acidez intrínseca, invirtiendo el orden de acidez.
$^{[1]}$ <a href="http://evans.rc.fas.harvard.edu/pdf/evans_pKa_table.pdf" rel="noreferrer">Evans $\mathrm{p}K\mathrm{a}$ Mesa, Alcoholes</a><br>$^{[2]}$ <a href="https://en.wikipedia.org/wiki/Ethanol" rel="noreferrer">Wikipedia, Etanol</a><br>$^{[3]}$ <a href="http://www.chem.wisc.edu/areas/reich/pkatable/" rel="noreferrer">Bordwell $\mathrm{p}K\mathrm{a}$ Mesa, Alcoholes</a><br>$^{[4]}$ <a href="http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ed086p864" rel="noreferrer">ACS, Acidez del agua y del metanol en solución acuosa y DMSO</a><br>$^{[5]}$ <a href="http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ja00489a005" rel="noreferrer">ACS, ¿Un sustituto del metilo estabiliza o desestabiliza los aniones?</a>
