第十一章酚和醌
(1)NaOH (2) HCl
O CH2COOH Cl Cl
2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D) 酚醚化学性质比酚稳定,不易氧化,而且与HI作 用,分解为酚,此反应可用来保护酚羟基。
OCH3 OH
+
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HI
+
习题13
CH3I
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克莱森重排
定义:烯丙基芳基醚在高温下可以重排为邻烯 丙基酚或对烯丙基酚,这称为克莱森重排。
X
X
亲核性比醇弱
O O CH3
成酯:
OH + CH3COOH + CH3COCl + (CH3CO)2O
OH + CH3COOH
O
98%H2SO4 4h/55%
O C CH3
乙酸苯酯
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在酸催化下,酚与羧酸作用也能生成酯,但比醇 难。通常采用酰氯或酸酐与酚反应。例如:
O C Cl + HO
14
OCH2CH=CH2
OH
200oC
14
OH
CH2CH=CH2
200oC
14
O
CH2CH CH2
190-220C 6h
OH CH2CH CH2
CH2CH=CH2
O H3C
CH2CH CH2 CH3 H3C
OH CH3
CH2CH CH2
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(3)酯的生成
难
OH + HX
对 10.00 10.26 10.21 9.81 9.38 9.26 9.20 7.15
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(2) 醚的生成
在酚分子中,由于p,π-共扼效应的影响,碳氧键 较难断裂,因此与醇不同,一般不发生两分子间脱水 生成醚的反应。
OH
+
OH
O
X X
O R
+ (CH3CO)2O
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通常是在碱存在下,酚先转变成酚盐,然后与卤烷 或硫酸酯作用得到相应的醚,其成醚也比醇困难。 例如:
硫酚>碳酸>苯酚>硫醇>水>醇
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取代酚的pKa(25℃)
取代基 H CH3 CH3O F Cl Br I NO2 邻 10.00 10.29 9.98 8.81 8.48 8.42 8.46 7.22 习题6
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间 10.00 10.09 9.65 9.28 9.02 8.87 8.88 8.39
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故酚可溶于NaOH但不溶于NaHCO3,不能与Na2CO3、 NaHCO3作用放出CO2,反之羟基通CO2于酚钠水溶液中, 酚即游离出来。
CO2+ H2O
OH
OH + NaOH
ONa
HCl
+ NaHCO3
OH + NaCl
OH
+ Na2CO3
X
利用醇、酚与NaOH和NaHCO3反应性的不同,可鉴别 和分离酚和醇。 习题5
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如用浓硝酸进行硝化,则生成2,4-二硝基苯酚和 2,4,6-三硝基苯酚(苦味酸)。 但因酚羟基和环易被浓硝酸氧化,产量很低,一 般均用间接方法制备。
OH + 20%HNO3 OH
25oC
OH NO 2 + NO 2
浓 HNO3
OH NO 2 + NO 2
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NaOH
O C O
苯甲酸苯酯
OH COOH + (CH3CO)2O
H3PO4
COOH O C CH3 O
乙酰水杨酸(阿斯匹林)
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弗里斯重排 定义:酚酯与路易斯酸一起加热,可发生酰基重排生 成邻羟基和对羟基芳酮的衍生物。该重排反应 称为弗里斯重排 (酚的芳环上带有间位定位基的酯不能发生此重排)
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苯酚具有酸性,是由于羟基氧原子上的未共用电子 对所在的p轨道与苯环的π轨道构成共轭体系,由于共轭 效应的影响,氧原子上的电子发生离域,使得羟基中的 氢原子容易以质子形式离去,同时生成苯氧负离子;也 由于共轭效应的影响,氧原子上的负电荷分散到苯环上, 使得苯氧负离子得到稳定。 如下所示。 O H O
取代酚酸性的强弱与取代基的性质有关。
当苯环上连有吸电基时,由于吸电子的共轭和/或诱 导效应的影响,羟基氧原子上的电子密度降低,因此酸性 增加。
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例如,硝基苯酚的酸性比苯酚强,见下表所示。 相反,当苯环上连有供电基时,因不利于羟基氧原 子上电荷的分散,故酸性降低。 例如,烷基酚的酸性比苯酚弱,如下表所示。 多硝基酚的酸性更强,2,4-二硝基苯酚和2,4,6-三 硝基苯酚的pKa分别是4.09和0.25,后者是一个相当强的 酸,俗称苦味酸。 酚的邻位上如有体积很大的取代基,由于苯氧负离 子的溶剂化受阻碍,其酸性特别弱。如2,4,6-三新戊基 苯酚在液氨中也不和金属钠起反应。 几类有机物酸性强弱次序:
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在酚分子中,酚羟基的氧原子是sp2杂化,它以一个 sp2杂化轨道与苯环上碳原子的一个sp2杂化轨道形成 C-O σ键;以一个sp2杂化轨道与氢原子的 1s轨道形成O-H σ 键;另一个sp2杂化轨道为一对未共用电子所占据。 另一对未共用电子所占据的p轨道,与芳环的π轨道在 侧面相互交盖构成p,π-共轭体系。 由于p,π-共扼效应的影响,氧原子上的电子云密度 向苯转移,不仅使C-O键增强而较难断裂(与醇分子中的CO键相比);同时芳环上的电子云密度增高,而有利于环上 的亲电取代反应; 另外,也使得羟基中的O-H键减弱,而有利于羟基中 氢原子的解离。现以苯酚为例,其结构如图所示。
常见酚的物理常数见p252表11-1。
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三、酚的化学性质
酚发生化学反应的主要部位如下所示:
1. 酚羟基中氢原子的反应 2、芳环上的反应 3. 与三氯化铁的显色反应 4. 缩合反应
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5. 还原 6. 氧 化
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1. 酚羟基中氢原子的反应
(1)酸性
与醇相比,酚也含有羟基,故也显示弱酸性。但又 与醇不同,由于酚分子中p,π-共轭效应的影响,氧氢键 减弱,有利于氢原子以质子形式离去,同时形成稳定的 芳氧负离子。 而醇则不存在这种共轭效应,因此,醇羟基中的氢 原子较难离去,故酚的酸性比醇强。 例如,苯酚可与氢氧化钠水溶液作用,生成苯酚钠。 习题7
OH OH
一元酚 苯酚 多元酚
HO OH
1-萘酚(α-萘酚)
OH HO OH
1,4-苯二酚
1,3,5-苯三酚(间苯三酚)
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3. 命名
酚的命名是在芳环名称之后加上“酚”字,如上述苯 酚、1-萘酚。
当芳环上有多个官能团时,首先根据官能团的优先次 序确定母体,此时有两种情况:
(1)当在芳环上所有的官能团中,羟基是优先官能团 则这些化合物不属于取 代酚,它们将根据优先官能团,分属不同类型化合物。
OH O O CH3
AlCl3
-
O CH3
Cl3Al
Me O O OAlCl3
+
O C CH3
OH
O
CH3
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2、芳环上的反应
由于羟基是较强的第一类定位基,故苯环上的亲电 取代反应不仅比苯容易进行,而且主要生成邻位和对位 取代产物。 (1)卤化反应 酚很容易进行卤化反应。例如,苯酚与溴水作用, 立即生成2,4,6-三溴苯酚白色沉淀;
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酸性比水强但比碳酸弱
OH + NaOH
CO2
ONa + H2O
OH + NaHCO3
酸性: H2CO3 > PhOH > H2O > ROH pKa : 6.38 ~10 15 16~19
当酚的邻对位上有强吸电子基时,酸性增强
OH O2N NO2
苦味酸 pKa ≤1
NO2
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非取代酚的命名,羟基作为取代基,按“多官能团 化合物的命名”原则命名。例如:
OH CHO OH
邻羟基苯甲醛
SO3H
(水杨醛)
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对羟基苯磺酸
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有些酚有俗名。例如:
OH OH OH OH OCH 3
石炭酸
CH3 OH
儿茶酚
愈创木酚
CH(CH 3)2
香芹酚 习题1
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OH + Br2(H2O) Br Br OH Br + 3HBr
此反应迅速、灵敏,且可定量完成,故可用作苯酚的定 性和定量分析。
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若加过量的溴水,则沉淀由白色转为黄色:
HO
Br2 H2O
Br
OH
Br
Br2 H2O
H3C
O
Br
Br 白色沉淀
Br Br 黄色沉淀
为了获得一溴代酚,通常需在非极性或低极性溶剂 (如二硫化碳、氯仿或四氯化碳等)中进行。 例如,于0℃,溴与苯酚在四氯化碳中反应,则得 到一溴代苯酚,且以对位产物为主。
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结构与反应性
难
-
易
O
-
H
-
O上的未公用 电子与苯环 共轭(p-π)
a C-O键加强 不发生OH的亲核取代 b O-H削弱,极性强 H的酸性比醇强 c 电子云向苯环转移 邻对位亲电取代活性增大