第11章醚环氧化物硫醚课件.ppt

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1、第11章醚环氧化物硫醚第1页，此课件共40页哦 醚的构造和分类醚的构造和分类构造：构造：可看作可看作醇羟基的氢原子被烃基取代醇羟基的氢原子被烃基取代后的生成物后的生成物。通式：通式：R-O-R、Ar-O-R 或或 Ar-O-Ar分类分类：饱和醚饱和醚 单醚单醚 CHCH3 3-O-CH-O-CH3 3 混醚混醚 CHCH3 3-O-C-O-C2 2H H5 5 不饱和醚不饱和醚 CHCH3 3-O-CH-O-CH2 2CH=CHCH=CH2 2 芳醚芳醚 环醚环醚 硫醚硫醚 CHCH3 3-S-CH-S-CH3 3第2页，此课件共40页哦11.1.1 醚的结构与极性醚的结构与极性110图11-

2、1 二甲醚的结构 尽管醚分子中没有极性的醇羟基，它们尽管醚分子中没有极性的醇羟基，它们仍然是极性较仍然是极性较强的化合物强的化合物。醚的偶极矩是两个极性的。醚的偶极矩是两个极性的COCO键的向量和。键的向量和。11.1醚的结构和命名醚的结构和命名第3页，此课件共40页哦表表11-1 分子量相近的醚，烷烃和醇的沸点分子量相近的醚，烷烃和醇的沸点()和偶极矩和偶极矩(cm)化合物化合物分子式分子式分子量分子量沸点沸点()偶极矩偶极矩(cm)水水H2O181006.310-30乙醇乙醇CH3CH2OH46785.710-30二甲二甲醚醚CH3OCH346-254.310-30丙丙烷烷CH3CH2CH

3、344-42310-31正丁醇正丁醇CH3CH2CH2CH2OH741185.710-30四四氢呋氢呋喃喃(THF)72665.310-30乙乙醚醚CH3CH2OCH2CH374354.010-30正戊正戊烷烷CH3CH2CH2CH2CH37236310-31第4页，此课件共40页哦对于结构比较简单的醚，可按其烃基来命名，烃基对于结构比较简单的醚，可按其烃基来命名，烃基按按次序规则次序规则“较优较优”的烃基放在后面命名，若有一个烃基的烃基放在后面命名，若有一个烃基是芳基时，则是芳基时，则将芳基放在前面命名将芳基放在前面命名。甲乙醚甲乙醚苯甲醚苯甲醚（俗称茴香醚）（俗称茴香醚）(二二)乙醚乙醚1

4、1.1.2 醚的命名醚的命名 第5页，此课件共40页哦对于结构比较复杂的醚，对于结构比较复杂的醚，取碳链最长的烃基作为母体，以取碳链最长的烃基作为母体，以烷氧烷氧基作为取代基基作为取代基，称为某烷氧基（代）某烷，称为某烷氧基（代）某烷。11.1.2 醚的命名醚的命名 甲氧甲氧 基丙烷醚基丙烷醚乙氧基乙烯乙氧基乙烯1,2-二甲氧基乙烷二甲氧基乙烷第6页，此课件共40页哦环状醚一般命名为环氧某烃环状醚一般命名为环氧某烃，或者按杂环化合物命名。，或者按杂环化合物命名。11.1.2 醚的命名醚的命名 问题问题11.1 命名下列化合物（1）乙基异丙基醚（或）乙基异丙基醚（或2-乙氧基丙烷）乙氧基丙烷）（

5、2）甲基）甲基-2-氯乙基醚（或氯乙基醚（或1-甲氧基甲氧基-2-氯乙烷）氯乙烷）（3）2，3-二甲基二甲基-2-乙氧基戊烷乙氧基戊烷（4）反）反-2-甲氧基环己醇甲氧基环己醇第7页，此课件共40页哦1 1 沸点沸点 无色、有特殊气味、易流动的液体（除甲醚、乙醚），无色、有特殊气味、易流动的液体（除甲醚、乙醚），相对密度小相对密度小于于1 1，低级醚类的沸点，低级醚类的沸点比同碳原子数的醇类的沸点低很多比同碳原子数的醇类的沸点低很多。主要原因主要原因是是醚分子间不能通过氢键形成缔合分子醚分子间不能通过氢键形成缔合分子。虽然醚分子有大的偶极矩，。虽然醚分子有大的偶极矩，并能形成偶极并能形成偶极-

6、偶极吸引，但这种吸引力对其沸点的影响较小。偶极吸引，但这种吸引力对其沸点的影响较小。醚有可能与水形成氢键，因此在水有一定的溶解度醚有可能与水形成氢键，因此在水有一定的溶解度，其溶解，其溶解度度与相应的相对分子质量的醇差不多与相应的相对分子质量的醇差不多，如乙醚和正丁醇在水中有，如乙醚和正丁醇在水中有相同的溶解度相同的溶解度(8g/100mL水水)。11.2 醚的物理性质和光谱性质醚的物理性质和光谱性质 11.2.1 醚的物理性质醚的物理性质第8页，此课件共40页哦2.2.醚醚极性溶剂极性溶剂 11.2.1 醚的物理性质醚的物理性质醚是许多有机反应的醚是许多有机反应的理想溶剂理想溶剂。它们能溶解

7、大量的极性和。它们能溶解大量的极性和 非极性物质，沸点很低，极易从产物中蒸发出来。非极性物质，沸点很低，极易从产物中蒸发出来。与醇相比，与醇相比，非极性物质更容易溶解在醚中非极性物质更容易溶解在醚中，醚分子间没有，醚分子间没有氢键缔合，氢键缔合，非极性溶质不需能量来克服氢键之间的作用力非极性溶质不需能量来克服氢键之间的作用力。第9页，此课件共40页哦2.2.醚醚极性溶剂极性溶剂 11.2.1 醚的物理性质醚的物理性质极性物质在醚和醇中的溶解度差不多极性物质在醚和醇中的溶解度差不多，醚分子具有较，醚分子具有较 强的偶极矩，能够作为氢键的受体。同时醚分子中氧强的偶极矩，能够作为氢键的受体。同时醚分

8、子中氧 上的上的未共用电子对能高效溶剂化阳离子未共用电子对能高效溶剂化阳离子。但但醚不能很好地溶剂化阴离子醚不能很好地溶剂化阴离子。对于含有体积小、结构紧。对于含有体积小、结构紧 凑的阴离子的离子型化合物，由于需要强的溶剂效应克服凑的阴离子的离子型化合物，由于需要强的溶剂效应克服 离子键，所以往往难以溶解在醚中。离子键，所以往往难以溶解在醚中。对于对于含有体积大、结构松散的阴离子的离子型化合物含有体积大、结构松散的阴离子的离子型化合物，象，象 碘化物、醋酸和其他有机阴离子化合物，则碘化物、醋酸和其他有机阴离子化合物，则更容易溶解在更容易溶解在 醚中醚中。见图。见图11-2第10页，此课件共40

9、页哦3.3.醚与试剂形成的稳定络合物醚与试剂形成的稳定络合物 11.2.1 醚的物理性质醚的物理性质醚的特殊性质如醚的特殊性质如极性极性、孤电子对孤电子对、但、但活性小活性小等，强化了许多试剂等，强化了许多试剂的形成和用途。的形成和用途。在无醚的条件下，格氏试剂不能形成，可能是因为在无醚的条件下，格氏试剂不能形成，可能是因为醚和镁醚和镁 原子共用醚的一对孤对电子原子共用醚的一对孤对电子，从而增强了试剂的稳定性并，从而增强了试剂的稳定性并 使之在溶液状态下稳定存在。见下图使之在溶液状态下稳定存在。见下图第11页，此课件共40页哦3.3.醚与试剂形成的稳定络合物醚与试剂形成的稳定络合物 11.2.

10、1 醚的物理性质醚的物理性质醚能与亲电试剂形成稳定的络合物醚能与亲电试剂形成稳定的络合物，如醚分子中的孤电子，如醚分子中的孤电子 对也能稳定甲硼烷对也能稳定甲硼烷(BH(BH3 3)，甲硼烷常以乙硼烷，甲硼烷常以乙硼烷(B(B2 2H H6 6)的二聚的二聚 体形式存在。体形式存在。三氟化硼作为一种路易斯酸催化剂广泛应用于各类有机反应三氟化硼作为一种路易斯酸催化剂广泛应用于各类有机反应中中。和乙硼烷一样，。和乙硼烷一样，BFBF3 3也是有毒气体，但也是有毒气体，但BFBF3 3能和醚稳定络合。能和醚稳定络合。第12页，此课件共40页哦1 醚的红外光谱醚的红外光谱(IR)在在IR图谱中，醚分子

11、中的图谱中，醚分子中的C-O伸缩振动出现在伸缩振动出现在12001050cm-1区域。区域。尽管许多非醚类化合物在此区域也有相近的吸收谱带，但尽管许多非醚类化合物在此区域也有相近的吸收谱带，但IR谱仍然有用，因为醚分子中没有羰基谱仍然有用，因为醚分子中没有羰基(-C=O)和羟基和羟基(-OH)，若一若一个分子含有氧原子，个分子含有氧原子，IR图谱中没有羰基和羟基的特征吸收时，此分子图谱中没有羰基和羟基的特征吸收时，此分子可能为醚类化合物可能为醚类化合物。11.2.2 醚的光谱性质醚的光谱性质 第13页，此课件共40页哦 醚分子的醚分子的R-O-RR-O-R键角与水分子的键角与水分子的H-O-H

12、H-O-H键角相似，故认为键角相似，故认为醚分子中氧原子的价电子也是在醚分子中氧原子的价电子也是在spsp3 3杂化轨道杂化轨道上。上。醚的氧原子与两个烷基相连，分子极性很小，醚的氧原子与两个烷基相连，分子极性很小，故其故其化学化学性质比较不活泼性质比较不活泼，在常温下，在常温下不与金属钠作用，对碱、氧化剂不与金属钠作用，对碱、氧化剂和还原剂都很稳定和还原剂都很稳定。11.3 醚的反应醚的反应 第14页，此课件共40页哦u醚的氧原子是一路易斯碱，醚的氧原子是一路易斯碱，常温时溶于强酸常温时溶于强酸，生成的，生成的钅钅羊羊盐盐是一种弱碱和强酸所形成的盐是一种弱碱和强酸所形成的盐,不稳定，不稳定，

13、遇水很快遇水很快分解为原来的醚分解为原来的醚。（1 1）钅羊钅羊(yang)yang)盐的生成盐的生成应用：应用：可将醚从烷烃或卤烃等混合物中分离出来。可将醚从烷烃或卤烃等混合物中分离出来。11.3.1 醚键的断裂醚键的断裂 第15页，此课件共40页哦 醚和浓酸（醚和浓酸（常用氢碘酸常用氢碘酸）共热，则醚键发生断裂生）共热，则醚键发生断裂生成碘烷和醇。在成碘烷和醇。在过量过量HIHI存在下，则存在下，则生成两分子碘代烷生成两分子碘代烷。通式：通式：R-O-R+HI ROH+RI (RR)含碳少的生成碘代烷；多的生成醇含碳少的生成碘代烷；多的生成醇（2 2）醚键的断裂）醚键的断裂第16页，此课件

14、共40页哦 芳基烷基醚芳基烷基醚与与HI作用，总是作用，总是烷氧键断裂烷氧键断裂，生成，生成酚酚和和卤代烷卤代烷。这是由氧原子与芳环间的共轭效应所致。这是由氧原子与芳环间的共轭效应所致。（2 2）醚键的断裂）醚键的断裂第17页，此课件共40页哦叔烷基醚与叔烷基醚与HI发生发生SN1反应。反应。（3 3）醚键的断裂机理）醚键的断裂机理第18页，此课件共40页哦u低级醚和空气长期接触，低级醚和空气长期接触，易形成过氧化物易形成过氧化物，过氧化物不稳定，加热，过氧化物不稳定，加热时易爆炸，因此醚应放在棕色瓶中避光保存，也可以加入抗氧剂（如时易爆炸，因此醚应放在棕色瓶中避光保存，也可以加入抗氧剂（如对

15、苯醌），防止过氧化物生成。对苯醌），防止过氧化物生成。醚中是否含有过氧化物可用醚中是否含有过氧化物可用淀粉淀粉碘化钾试纸碘化钾试纸检验，检验，若变蓝，说明有过氧化物存在。过氧化物可用还原剂若变蓝，说明有过氧化物存在。过氧化物可用还原剂（如（如FeSOFeSO4 4/H/H2 2SOSO4 4）除去。）除去。11.3.2 醚的自动氧化醚的自动氧化 第19页，此课件共40页哦u用用卤代烃卤代烃、烃基磺酸酯烃基磺酸酯或或硫酸酯与醇钠硫酸酯与醇钠按按SN2机理进行反应。机理进行反应。此法用于制备混醚。此法用于制备混醚。u选用选用伯卤代烷进行反应效果较好伯卤代烷进行反应效果较好，仲卤代烷次之，叔卤代烷在

16、强，仲卤代烷次之，叔卤代烷在强碱（醇钠）的作用下，只能得到烯烃。碱（醇钠）的作用下，只能得到烯烃。11.4 醚的制备醚的制备 11.4.1 Williamson合成法合成法 第20页，此课件共40页哦u 烷芳醚应用烷芳醚应用酚钠与卤烷反应酚钠与卤烷反应，制备芳香族甲醚或乙醚，可用硫，制备芳香族甲醚或乙醚，可用硫酸二甲酯或硫酸二乙酯代替卤代烃。酸二甲酯或硫酸二乙酯代替卤代烃。u制备制备具有叔烃基的混醚时，应采用叔醇钠与伯卤烷作用（具有叔烃基的混醚时，应采用叔醇钠与伯卤烷作用（避免采避免采用叔卤烷为原料用叔卤烷为原料）11.4.1 Williamson合成法合成法 第21页，此课件共40页哦u 产

17、物的取向产物的取向符合马氏规则符合马氏规则。其优点是适用范围广，副产物较少，。其优点是适用范围广，副产物较少，可避免碳架的重排可避免碳架的重排，但二叔烷基醚例外但二叔烷基醚例外，可能是空间障碍的影响。，可能是空间障碍的影响。u与烯烃的羟汞化反应相似，用醇做溶剂进行与烯烃的羟汞化反应相似，用醇做溶剂进行溶剂汞化溶剂汞化，然后，然后用用硼氢化钠还原硼氢化钠还原成醚。成醚。11.4.2 烯烃的烷氧汞化烯烃的烷氧汞化-去汞法去汞法 第22页，此课件共40页哦u问题问题11.3u因为乙烯醇不存在，且乙烯式卤代物又难于被亲核试剂进因为乙烯醇不存在，且乙烯式卤代物又难于被亲核试剂进攻，所以不能用攻，所以不能

18、用Williamson法合成乙烯基醚。可以用乙炔与醇在法合成乙烯基醚。可以用乙炔与醇在碱性条件下的碱性条件下的亲核加成亲核加成反应制备。反应制备。11.4.3 乙烯基醚的合成乙烯基醚的合成 第23页，此课件共40页哦11.5 环氧化合物环氧化合物 u 分子中含有分子中含有 结构的环醚，又称环氧化合物（简称环氧结构的环醚，又称环氧化合物（简称环氧化物）。化物）。环氧化物的性质与一般的醚差别很大环氧化物的性质与一般的醚差别很大，u环氧化合物环氧化合物通常由烯烃制备通常由烯烃制备，容易，容易与亲核试剂作用与亲核试剂作用而发生开而发生开环反应。故环氧化物是一种很有价值的合成中间体。环反应。故环氧化物是

19、一种很有价值的合成中间体。第24页，此课件共40页哦u 绝大多数环氧化合物绝大多数环氧化合物通过烯烃和有机过氧酸作用通过烯烃和有机过氧酸作用制备的。若反制备的。若反应应在酸性水溶液中在酸性水溶液中进行，则环氧化物会进行，则环氧化物会开环生成邻二醇开环生成邻二醇。u一般应将弱的过氧酸一般应将弱的过氧酸溶于非质子溶剂溶于非质子溶剂（如（如CH2Cl2）中，由于）中，由于间氯过氧苯甲酸间氯过氧苯甲酸(MCPBA)有良好的溶解性，它被广泛用于环氧有良好的溶解性，它被广泛用于环氧化物的制备中。化物的制备中。11.5.1 环氧化合物的制备环氧化合物的制备第25页，此课件共40页哦u 环氧化反应是一环氧化反

20、应是一协同反应协同反应，得到立体专一性的产物。氧以同面，得到立体专一性的产物。氧以同面方式加到双键的两个碳上，方式加到双键的两个碳上，发生顺式加成发生顺式加成反应。反应。反应机理反应机理第26页，此课件共40页哦u 用用碱催化下的卤代醇的环化碱催化下的卤代醇的环化反应，类似于反应，类似于Williamson醚合成醚合成法。法。制备方法之二制备方法之二第27页，此课件共40页哦u卤代醇可由烯烃与卤素的水溶液反应得到卤代醇可由烯烃与卤素的水溶液反应得到，下面是环戊烯与氯水，下面是环戊烯与氯水反应生成反应生成氯鎓离子氯鎓离子，后者用氢氧化钠水溶液处理得到环氧化合，后者用氢氧化钠水溶液处理得到环氧化合

21、物。物。制备方法之二制备方法之二u问题问题11.4第28页，此课件共40页哦u 环氧化合物分子中存在张力，环氧化合物分子中存在张力，易与亲核试剂易与亲核试剂（如水，（如水，醇，氢卤酸，氨及醇，氢卤酸，氨及Grignard 试剂等）试剂等）发生亲核取代反应发生亲核取代反应，在酸性、中性或碱性条件下都可以在酸性、中性或碱性条件下都可以开环开环。11.5.2 环氧化物的开环反应环氧化物的开环反应第29页，此课件共40页哦u 环氧化物在酸催化下开环反应环氧化物在酸催化下开环反应受溶剂影响受溶剂影响，水解水解得到得到反式邻反式邻二醇二醇，醇解醇解得到得到反式邻羟基醇反式邻羟基醇。1.酸催化的开环反应酸催

22、化的开环反应u 反应机理反应机理是氧原子是氧原子先质子化先质子化（形成易于离去的离去基），然后（形成易于离去的离去基），然后水分子或醇分子水分子或醇分子从反面进攻从反面进攻质子化的环氧化物得到反式二醇或质子化的环氧化物得到反式二醇或是反式邻羟基醇。是反式邻羟基醇。u 当环氧化物与氢卤酸（当环氧化物与氢卤酸（HCl,HBr或或HI）反应时，）反应时，卤离子充当亲卤离子充当亲核试剂核试剂进攻质子化的环氧化物。类似于醚在进攻质子化的环氧化物。类似于醚在HBr或或HI中的断醚链中的断醚链反应。反应首先生成卤代醇，接着生成二卤代物。反应。反应首先生成卤代醇，接着生成二卤代物。第30页，此课件共40页哦

23、(1)(1)酸催化水解开环反应机理：酸催化水解开环反应机理：(2)(2)酸催化醇解开环反应机理：酸催化醇解开环反应机理：1.酸催化的开环反应酸催化的开环反应第31页，此课件共40页哦u 大部分醚类化合物在碱性条件下不发生亲核取代与消除反应，这大部分醚类化合物在碱性条件下不发生亲核取代与消除反应，这是因为是因为烷氧负离子是弱的离去基烷氧负离子是弱的离去基。2.碱催化的开环反应碱催化的开环反应u 环氧化物开环放出环氧化物开环放出105KJ/mol的能量，此能量足以使弱烷氧负的能量，此能量足以使弱烷氧负离子离去。开环产物与环氧化物酸催化水解开环一样，都得到相应离子离去。开环产物与环氧化物酸催化水解开

24、环一样，都得到相应的的反式产物反式产物。u 由于酸催化反应在较温和条件下能够进行，所以除了有对酸由于酸催化反应在较温和条件下能够进行，所以除了有对酸敏感取代基的环氧化物外，敏感取代基的环氧化物外，大部分开环反应都是在酸催化下进大部分开环反应都是在酸催化下进行行。第32页，此课件共40页哦碱催化开环反应机理碱催化开环反应机理第33页，此课件共40页哦2.碱催化开环反应碱催化开环反应u 氨（胺）也可以使环氧化物开环氨（胺）也可以使环氧化物开环。环氧化物与氨水反应可制得。环氧化物与氨水反应可制得乙醇胺，乙醇胺的氮原子仍具亲核性，可继续反应生成二乙醇乙醇胺，乙醇胺的氮原子仍具亲核性，可继续反应生成二乙

25、醇胺和三乙醇胺等。胺和三乙醇胺等。第34页，此课件共40页哦u结构对称的醚（如结构对称的醚（如1,2-1,2-环氧环戊烷）在酸催化和碱催化下开环反环氧环戊烷）在酸催化和碱催化下开环反应的产物是相同的。应的产物是相同的。在结构不对称的环氧化物中，酸催化和碱催在结构不对称的环氧化物中，酸催化和碱催化开环反应的产物是不同化开环反应的产物是不同。11.5.3 环氧化物开环反应的取向环氧化物开环反应的取向第35页，此课件共40页哦11.5.3 环氧化物开环反应的取向环氧化物开环反应的取向在结构不对称的环氧化物中，在结构不对称的环氧化物中，酸催化开环酸催化开环时，亲核试剂总是时，亲核试剂总是进攻取代进攻取

26、代基较多基较多的碳原子。反应机理为：的碳原子。反应机理为：对于结构不对称的环氧化物的对于结构不对称的环氧化物的碱催化开环碱催化开环反应，碱基或亲核试剂反应，碱基或亲核试剂进攻进攻取代较少的碳原子取代较少的碳原子。反应机理为：。反应机理为：第36页，此课件共40页哦u其它强的亲核试剂如格利雅试剂和有机锂试剂，可与环氧化物发生其它强的亲核试剂如格利雅试剂和有机锂试剂，可与环氧化物发生开环反应，开环反应，水解后生成醇水解后生成醇。11.5.4 环氧化物与格式试剂和有机锂试剂的反应环氧化物与格式试剂和有机锂试剂的反应第37页，此课件共40页哦u冠醚中处于环内侧的氧原子由于具有未共用电子对，可与金属离冠

27、醚中处于环内侧的氧原子由于具有未共用电子对，可与金属离子形成配价键，且不同结构的冠醚，其分子中的子形成配价键，且不同结构的冠醚，其分子中的空穴大小不同空穴大小不同，因，因而而对金属离子具有较高的络合选择性对金属离子具有较高的络合选择性。11.5.5 冠醚络合物冠醚络合物第38页，此课件共40页哦u冠醚还具有亲油性的亚甲基排列在环的外侧，因而冠醚能使极性的无冠醚还具有亲油性的亚甲基排列在环的外侧，因而冠醚能使极性的无机盐溶于有机溶剂，或者使其从水相中转移到有机相中。在有机合成中，机盐溶于有机溶剂，或者使其从水相中转移到有机相中。在有机合成中，冠醚常作为冠醚常作为相转移催化剂相转移催化剂使用。使用。11.5.5 冠醚络合物冠醚络合物第39页，此课件共40页哦硫醚的酸性比水强，与NaOH反应容易生成RS，且RS的亲核性也较强，所以硫醚可方便地用类似Williamson法合成。硫原子比氧原子的原子半径大，可极化性强，所以RS是比RO更好的亲核试剂，RS与仲卤烷易发生高产率的SN2取代反应。单硫醚也可用硫化钾与烷基化试剂直接进行亲核取代反应制备。例如：问题问题11.6 如何用1-丁醇，2-丙醇和其它试剂制备正丁基异丙基硫醚。11.6 硫醚 11.6.1 硫醚的制备 第40页，此课件共40页哦