Proton Transfer (Acid-Base)
プロトン移動（酸・塩基の基礎）の反応機構（巻矢印つき・機械検算済み）
プロトン移動（酸・塩基）：酢酸＋水酸化物イオン → 酢酸イオン（カルボキシラート）＋水。「巻矢印の文法」「酸・塩基」の土台例。
全体式
+→
反応機構（段ごと）
水酸化物イオンによる脱プロトン（酢酸イオンの生成）
試薬・条件: OH⁻（塩基）
水酸化物イオンOH⁻の酸素O6には孤立電子対が余っている（塩基＝Hを受け取る側）。この孤立電子対が、酢酸のO–Hの水素H5に向かって伸び、新しいO6–H5結合を作る(C)。同時に、玉突きで元のO4–H5結合の電子2つが酸素O4へ戻る(B)。結果、H5は水（O6側）に移り、酢酸の酸素O4は負電荷を持つ酢酸イオン（カルボキシラート）になる。動いた電子はこの2本の矢印だけ。
Q.なぜO–Hの水素がねらわれ、抜けたあとが安定なのか
A.O4は電気陰性度が大きく、もともとO–Hの水素をδ+（電子が薄い）にしている＝塩基が取りに行きやすい。しかも抜けたあとにO4へ残る負電荷は、共鳴で隣のO3にも均等に広がる（2つの酸素で分け合う）。負電荷は一点に集まると不安定、広がると安定なので、この共鳴のおかげで酢酸のO–Hはとても抜けやすい。
なぜこう進むのか
- 原理
- 酸・塩基とは水素（H⁺）のやり取り。塩基（電子が余っている側＝ここではOH⁻）が、酸のいちばん抜けやすい水素を引き抜く。抜くのはただ1本の水素で、電子は2回だけ動く（塩基がHを取りに行く矢印と、残ったO–H結合の電子が酸素へ戻る矢印）。これが巻矢印の一番やさしい形（プロトン移動＝C型）。
- 選択性
- Q.酢酸には水素がたくさんあるのに、なぜO–Hの水素だけが抜けるのか
A.抜けたあとに残る負電荷が安定な水素ほど抜けやすい。O–Hの水素を抜くと負電荷が酸素に残り、その負電荷は共鳴で2つの酸素に広がって安定（カルボキシラート）。一方CH3の水素を抜くと負電荷が炭素に残り、広げる先が無くて不安定。だから安定な側＝O–Hの水素が選ばれる。 - 駆動力
- 酢酸（pKa 4.76）は水（pKa 15.7）よりずっと強い酸＝Hを手放しやすい。強い酸の水素が弱い酸（水）側へ移るので、平衡は右（酢酸イオン＋水）へ大きく偏る。差は約11で、10の11乗ほど右に寄る。生成した酢酸イオンの負電荷が共鳴で分散して安定なことが、この駆動力の中身。
検算
この機構は機械検算を通過しています。
原子の保存・電子の流れ・生成物への到達を機械検証済み。経路の妥当性は複数ありうる。
検算の内訳を見る
| 矢印⇄結合変化の整合 | 整合 | fail=0 / check=0（全1段） |
|---|---|---|
| 電荷保存 | 保存 | 全段で電荷保存 |
| 中間体の鎖の連続 | 連続 | 中間体の鎖が連続 |
| 生成物への到達（内部整合） | 到達 | 看板の生成物が機構の終着点に一致 |
| 生成物の分子式 | C2H3O2- | |
| PubChem 照合 | 緑・完全一致 | 完全一致（CID 175） acetate |