有机化学课-图文课件ppt第9章.ppt
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1、无机化学无机化学 第第9 9章章 醇醇 酚酚 醚醚酚醇醚 .1 .1 醇醇 醇的官能团是羟基(OH),最简单的醇是甲醇(CH3OH),而大家熟知的酒精则是乙醇(C2H5OH)的水溶液。醇分子中O原子为sp3杂化,在O原子的四个sp3杂化轨道中,两对未共用电子对占据着两个,另两个分别与H和C结合成键,如图9-1所示。醇的结构、分类和命名9 9.1 1.1.1醇的结构与分类醇的结构与分类1.(1 1)醇的结构)醇的结构图9-1 醇分子中O原子的环境 .1 .1 醇醇(2 2)醇的分类)醇的分类 根据醇分子中烃基的不同,可分为脂肪醇(饱和醇,不饱和醇)、脂环醇和芳香醇。.1 .1 醇醇 根据羟基所连
2、碳原子不同,分为伯醇、仲醇和叔醇。羟基直接与一级碳原子相连的醇称为伯醇,羟基直接与二级碳原子相连的醇称为仲醇,而羟基直接与三级碳原子相连的醇称为叔醇。根据醇分子中羟基的数目,分为一元醇、二元醇和多元醇。.1 .1 醇醇醇的命名醇的命名2.(1 1)简单结构醇的命名)简单结构醇的命名 简单结构的醇通常采用习惯命名法,将与羟基直接相连的烃基的名称写于“醇”字前即可。例如:.1 .1 醇醇(2 2)复杂结构醇的命名)复杂结构醇的命名 对于复杂结构的醇,一般采用系统命名法,遵循以下原则:选择连有羟基的最长碳链作为主链,将支链看做取代基,按主链所含碳原子数叫做“某醇”。从靠近羟基的一端开始将碳原子编号,
3、羟基的位置用它所连的碳原子的编号来表示。将取代基的位置和名称及羟基的位置写在“醇”字前面,例如:.1 .1 醇醇 分子中含有两个或两个以上羟基的,分别叫做二元醇或多元醇,命名时选择连有尽可能多的羟基的碳链为主链,并标出各个羟基位次,当羟基数目与主链碳原子数目相同时,可不写明其位次,例如:.1 .1 醇醇 写出分子式符合C5H12O的所有醇的异构体,按系统命名法命名,并指出其中的伯、仲、叔醇。思考题思考题9-19-1 .1 .1 醇醇 醇的物理性质9 9.1 1.2 2状态状态1.碳原子数低于12的饱和一元醇是无色液体,碳原子数为12或12以上的一元醇在室温条件下是蜡状固体,多元醇为黏稠状液体。
4、.1 .1 醇醇溶解性溶解性2.低级醇(含三个碳原子以下的醇)因烷基在分子中的比例不大,能与水混溶,随着相对分子质量的增加,醇在水中溶解度降低,但可溶于有机溶剂。另外,分子中羟基的增加也能增强醇的水溶性。低级醇能在水中与水形成氢键,因此能与水混溶。随着与羟基相连的烃基的增大,醇与水形成氢键的能力也在减弱,因此醇在水中的溶解度也在减小。高级醇不溶于水,其性质与烷烃相似,易溶于有机溶剂。.1 .1 醇醇沸点沸点3.饱和一元醇的沸点是随着碳原子数的增加而有规律地升高的。低级醇的沸点比大多相对分子质量相近的其他有机物高,这是因为醇分子是极性分子(羟基中氢氧键高度极化),液态时其分子之间相互缔合,如图9
5、-2所示,所以醇由液态变为气态时,不仅要克服偶极-偶极间的作用,还要破坏氢键的作用,因此低级醇沸点反倒高。图9-2 醇分子中的缔合作用 .1 .1 醇醇气味气味4.含四个碳原子以下的醇有酒香味,一些醇具有特殊的香气,许多香精油中都含有醇,因此醇可用于配制香精。例如,叶醇具有清香气味,苯乙醇有玫瑰香味。一些常见醇的物理常数见表9-1。表9-1 一些醇的物理常数 .1 .1 醇醇续表 .1 .1 醇醇 醇的化学性质9 9.1 1.3 3与活泼金属的反应与活泼金属的反应1.与水类似,醇分子中的与水类似,醇分子中的OOH H键有极性,氧原子带有部分负电键有极性,氧原子带有部分负电荷,氢原子带有部分正电
6、荷,因此醇具有一定的解离出氢质子的能荷,氢原子带有部分正电荷,因此醇具有一定的解离出氢质子的能力,即醇有酸性,但由于烷基是给电子基团,因此与水相比,醇中力,即醇有酸性,但由于烷基是给电子基团,因此与水相比,醇中OOH H键上电子云密度比水中键上电子云密度比水中OOH H键上的高,醇中键上的高,醇中OOH H键断裂比键断裂比水中水中OOH H键断裂要难,所以醇的酸性比水弱,醇能与碱金属或碱土键断裂要难,所以醇的酸性比水弱,醇能与碱金属或碱土金属作用,且作用比较缓和。虽然也产生大量的热量,但不会燃烧,金属作用,且作用比较缓和。虽然也产生大量的热量,但不会燃烧,并随着与羟基相连的烷基的增大,反应趋于
7、缓慢。并随着与羟基相连的烷基的增大,反应趋于缓慢。.1 .1 醇醇 由于醇的酸性比水弱,因此反应所得的醇化物可水解生成醇和金由于醇的酸性比水弱,因此反应所得的醇化物可水解生成醇和金属氢氧化物。属氢氧化物。.1 .1 醇醇 工业上制备乙醇钠时,是将乙醇与固体氢氧化钠作用,并在反工业上制备乙醇钠时,是将乙醇与固体氢氧化钠作用,并在反应液中加苯共沸蒸馏来除水,因此乙醇钠的工业产品为乙醇钠的乙应液中加苯共沸蒸馏来除水,因此乙醇钠的工业产品为乙醇钠的乙醇溶液,并含有少量的苯。醇溶液,并含有少量的苯。一元醇分子中与羟基相连的一元醇分子中与羟基相连的-C C上所连的支链越少,其酸性越强。上所连的支链越少,其
8、酸性越强。例如:例如:液态醇的酸性强弱顺序为:液态醇的酸性强弱顺序为:1 1 醇醇22 醇醇33 醇。醇。多元醇或分子中有强吸电子基存在,则醇的酸性也增强。例如多元醇或分子中有强吸电子基存在,则醇的酸性也增强。例如:.1 .1 醇醇与氢卤酸的反应与氢卤酸的反应2.由于醇分子中的羟基氧有孤对电子,因此是弱的Lewis碱,醇遇强酸如氢卤酸、浓硫酸等时,醇分子中的羟基氧原子可以接受强酸的质子,生成质子化的醇,称为盐。盐能溶解于强酸中,因此可以利用醇的这一性质除去醇中不溶于水的杂质。醇与氢卤酸作用得到卤代烷,这是在实验室中制备卤代烷的常用方法。氢卤酸与醇的反应活性次序:HIHBrHCl。不同结构的醇与
9、氢卤酸反应的活性次序为:叔醇仲醇伯醇。.1 .1 醇醇与无机含氧酸的反应与无机含氧酸的反应3.醇与无机含氧酸(如硫酸、硝酸和磷酸等)作用,脱去水生成的产物称为无机酸酯。醇与浓硝酸作用可得到硝酸酯,多数硝酸酯受热后能猛烈分解而爆炸。例如,甘油与硝酸反应所得的产物为三硝酸甘油酯,其俗名为硝化甘油,是一种炸药。.1 .1 醇醇 醇与二元酸如硫酸反应,先生成硫酸氢酯,硫酸氢酯为酸性酯,具有酸性,能够与碱反应生成盐。工业上利用这一反应来制备高级醇的硫酸氢酯的钠盐,如十二醇的硫酸氢酯钠盐为一种合成洗涤剂,能够去除衣物上的污垢。硫酸氢甲酯在减压蒸馏的条件下可反应得到硫酸二甲酯。.1 .1 醇醇 硫酸二甲酯是
10、无色油状有刺激性的液体,为中性酯,它和硫酸二乙酯是有机合成中常用的甲基化和乙基化试剂,可在其他化合物分子中引入甲基或乙基,但其缺点是有很强的毒性,因此使用时要注意。醇与三元含氧酸如磷酸作用生成的产物为磷酸酯:.1 .1 醇醇脱水反应脱水反应4.(1 1)分子内脱水)分子内脱水 醇在较高温度下,在浓硫酸、浓磷酸或三氧化二铝的催化下加热可进行分子内脱水发生消除反应生成烯烃,这也是制备烯烃的常用方法之一。.1 .1 醇醇 不同结构的醇进行分子内脱水的容易程度:3醇2醇1醇,而仲醇或叔醇在进行分子内脱水时,一样也服从Saytzeff规律。例如:.1 .1 醇醇(2 2)分子间脱水)分子间脱水 两分子醇
11、在加热和酸的存在下进行分子间脱水生成醚。两种不同结构的醇与浓硫酸共热则会生成三种醚的混合物。仲醇或叔醇在酸的催化下加热反应主要生成烯而不是醚。上述醇的分子内脱水和分子间脱水是竞争反应,在较高的温度下醇主要进行分子内脱水,生成的主要产物为烯烃,但同时也有少量的醚生成;而在较低温度下醇主要进行分子间脱水反应,生成的主要产物为醚,但同时也会有少量的烯烃生成。因此,控制反应条件,可以控制生成的主要产物,抑制副产物的生成。.1 .1 醇醇氧化和脱氢反应氧化和脱氢反应5.(1 1)氧化反应)氧化反应 不同结构的醇在氧化剂的存在下生成的产物也不相同,有-氢的伯醇或仲醇可被某些氧化剂氧化,生成醛、酮或羧酸。例
12、如,伯醇在强氧化剂如KMnO4的酸性溶液或碱性溶液,K2Cr2O7的硫酸溶液或硝酸溶液的存在下先生成醛,醛再被继续氧化生成羧酸,这个反应很难停留在醛的阶段,因为生成的醛比醇更容易被氧化。例如:.1 .1 醇醇 仲醇在强氧化剂的存在下,则被氧化生成酮。例如:环己醇在强氧化剂硝酸的作用下则直接发生开环反应,生成己二酸:.1 .1 醇醇 己二酸是重要的有机化工原料,其主要用途是作为合成尼龙-66盐、聚氨脂和增塑剂的原料,此外还可用于生产高级润滑油和食品添加剂。叔醇没有氢,因此不能被氧化。在过于强烈的条件下,则会发生碳链的断裂。.1 .1 醇醇 选择氧化能力较弱的试剂(如三氧化铬的吡啶溶液或二氧化锰)
13、来氧化伯醇可以使反应停留在醛的阶段。例如:上述两种氧化剂将伯醇氧化成醛的产率比较高,同时还可保留反应物中的碳碳双键和叁键。.1 .1 醇醇(2 2)脱氢反应)脱氢反应 有-H的伯醇或仲醇的蒸气在高温下,通过活化了的铜或银等催化剂的表面,则可发生脱氢反应生成醛或酮。例如:叔醇没有-H,因此不能发生脱氢反应。.1 .1 醇醇 重要的醇9 9.1 1.4 4甲醇甲醇1.甲醇(CH3OH)是一种无色、透明、易燃、易挥发的有毒液体,略有酒精气味,沸点为64.5,能与水、乙醇、乙醚、苯、酮、卤代烃和许多其他有机溶剂相混溶,遇热、明火或氧化剂易燃烧。甲醇用途广泛,是基础的有机化工原料和优质燃料。甲醇主要用于
14、制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲酯等多种有机产品,也是生产农药、医药的重要原料之一。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料,加入汽油中掺烧。甲醇有一定的毒性。.1 .1 醇醇乙醇乙醇2.乙醇(CH3CH2OH)又称酒精,为无色透明液体,易挥发,有辛辣味,易燃烧,沸点为78.5,能与水以任意比例混溶。乙醇有相当广泛的用途,除用作燃料、制造饮料和香精外,还用于制造乙酸、乙醚等。乙醇也是一种有机溶剂,可用于溶解树脂、制造涂料。乙烯水化法是以石油裂解产生的乙烯为原料,在加热、加压和有催化剂(硫酸或磷酸)存在的条件下,跟水反应生成乙醇的方法。用乙烯水化法生产乙醇,成本低,产量大,能节约大量粮食,所以
15、随着石油化工的发展,这种方法普及很快。.1 .1 醇醇乙二醇乙二醇3.乙二醇(HOCH2CH2OH)是一个最重要的二元醇,俗称甘醇。乙二醇为无色透明黏稠液体,味甜,具有吸湿性,易燃。因分子中多了一个羟基,使氢键数目增多,所以乙二醇的沸点(198)比乙醇(78.5)高。乙二醇能与水、低级脂肪族醇、甘油、醋酸、醛类、丙酮及类似酮类混溶,但由于其分子中羟基的增加,乙二醇在非极性或极性较小的有机溶剂中的溶解度降低,微溶或不溶于乙醚,几乎不溶于苯及其同系物、氯代烃、石油醚和油类。.1 .1 醇醇丙三醇丙三醇4.丙三醇 俗称甘油,是具有吸湿性的无色、透明、有甜味的黏稠状液体,其熔点为1817,沸点为290
16、(分解)。丙三醇能与水、乙醇混溶,不溶于苯、氯仿、四氯化碳、二硫化碳、石油醚、油类等非极性或极性小的溶剂。.1 .1 醇醇苯甲醇苯甲醇5.苯甲醇 是最简单的芳香醇,又名苄醇,可看做是苯基取代的甲醇。苯甲醇在自然界中多数以酯的形式存在于香精油中,如茉莉花油、风信子油和妥鲁香脂中都含有苯甲醇。常温常压下,苯甲醇为无色黏稠液体。其熔点为-15.3,沸点为205.3。有微弱芳香的气味,在香料工业中常用作稀释剂。易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂,能溶于水。工业上用多种方法生产苯甲醇。最早采用坎尼扎罗反应,即由苯甲醛与浓氢氧化钾反应制得:.1 .1 醇醇环己六醇环己六醇6.环己六醇又名肌醇,分子式为C6H6O6
17、,不含结晶水时为无吸湿性的白色结晶性粉末,熔点为225227,能溶于水,不溶于醚,微溶于醇,在空气中稳定。它的结构式如下:环己六醇为复合维生素B之一,能促进细胞的新陈代谢,改善细胞营养的作用,能助长发育,增进食欲,恢复体力,并能阻止肝脏中脂肪积存,加速去除心脏中过多的脂肪,与胆碱有协同的去脂作用,因此用于治疗肝脂肪过多症、肝硬化症。肌醇广泛分布于动植物界中,是某些动物和微生物生长所必需的物质。9.2 9.2 酚酚 酚的结构及命名9 9.2 2.1 1苯酚的结构苯酚的结构1.羟基直接与芳环相连的化合物叫酚。在酚类化合物中最简单的就是苯酚,因此下面就以苯酚为例来讨论酚的结构。在苯酚分子中酚羟基中的
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