第八组 羟基的化学性质
水分子中的两个氢原子均被烃基取代的化合物称为醚。 醚类化合物都含有醚键。醚是由一个氧原子连接两个 烷基或芳基所形成,醚的通式为:R–O–R。它还可看 作是醇或酚羟基上的氢被烃基所取代的化合物。醚类 中最典型的化合物是乙醚,它常用于有机溶剂与医用 麻醉剂。醚类化合物的应用常见于有机化学和生物化 学,它们还可作为糖类和木质素的连接片段。
羟基直接和苯的sp2 杂化碳原子相连的分子称为酚, 这种结构与脂肪烯醇有相似之处,故也会发生互变异 构,称为酚式结构互变。但是,酚的结构较为稳定, 因为它能满足一个方向环的结构,故在互变异构平衡 中苯酚是主要存在形式。
酚类化合物种类繁多,有苯酚、甲酚、氨基酚、 硝基酚、萘酚、氯酚等,而以苯酚、甲酚污染最突出。 苯酚简称酚,又名石炭酸,微酸性(腐蚀性),常温下 能挥发,放出一种特殊的刺激性臭味,在空气中变粉 红色。
醇羟基不是一个好的离去基团,需要酸的帮助, 使羟基质子化后以水的形式离去。各种醇的反应性为 3°>2°>1°,三级醇易反应,只需浓盐酸在室温振 荡即可反应,氢溴酸在低温也能与三级醇进行反应。 如用氯化氢、溴化氢气体在0℃通过三级醇,反应在 几分钟内就可完成,这是制三级卤代烷的常用方法。
在氢卤酸中,氢碘酸酸性最强,氢溴酸其次,浓盐酸 相对最弱,而卤离子的亲核能力又是I->Br->Cl-,故氢 卤酸的反应性为HI> HBr>HCl。若用一级醇分别与这三 种氢卤酸反应,氢碘酸可直接反应,氢溴酸需用硫酸 来增强酸性,而浓盐酸需与无水氯化锌混合使用,才 能发生反应。氯化锌是强的路易斯酸,在反应中的作 用与质子酸类似。
2.与卤化磷反应 醇与卤化磷反应生成卤代烷。
醇羟基是一个不好的离去基团,与三溴化磷作用 形成CH3CH2OPBr2,Br进攻烷基的碳原子,-OPBr2作 为离去基团离去。- OPBr2中还有两个溴原子,可继续 与醇发生反应。
碘代烷可由三碘化磷与醇制备,但通常三碘化磷 是用红磷与碘代替,将醇、红磷和碘放在一起加热, 先生成三碘化磷,再与醇进行反应。
醚的结构 脂肪醚中的醚键中的氧原子取sp3杂化状态,两
对孤对电子分占两根sp3杂化轨道,另外两根sp3杂 化轨道分别与两个烃基碳的sp3杂化轨道形成σ键。 其∠COC的键角接近111°。例如二甲醚的∠COC为 111.7°。
化学性质 自动氧化
乙醚及其他的醚如果常与空气接触或经光照,可生成不易 挥发的过氧化物(peroxide)。
药物用途
苯酚为一种原浆毒,能使细菌细胞的原生质蛋白 发生凝固或变性而杀菌。浓度约0.2%即有抑菌作用, 大于1%能杀死一般细菌,1.3%溶液可杀死真菌。本 品稀溶液可使人体感觉神经末梢麻痹,产生局部麻醉
作用,可止痒。苯酚对组织的穿透性强,易从皮肤黏 膜及创面吸收,故不宜大面积长期使用。酚软膏(2%) 用于皮肤防腐止痒。 用法: 外用,浓度不超过2%。禁 忌:本品对皮肤与黏膜具有腐蚀性,尿布皮炎患儿和6 个月以下酚>水。 酚比醇的酸性强,是由于酚式羟基的O-H键易断裂,生 成的苯氧基负离子比较稳定,使苯酚的离解平衡趋向 右侧,而表现弱酸性。酚式羟基的氢除能被金属取代 外,还能与强碱溶液生成盐(如酚钠)和水。
傅-克反应 苯酚也容易发生傅 - 克酰基化和烷基化反应。但是,
酚羟基要三氯化铝作用形成铝盐,因此需要用较多的 三氯化铝来催化反应,得到对和邻酰基苯酚。邻酰基 酚中酚羟基的氢与酰基氧原子之间可以形成氢键,这 使它在非极性溶液中的溶解度较大,利用该特性采用 重结晶的方法能分离这个异构体。
1,2-环氧化合物的开环反应 一般的醚是较稳定的化合物,故常用作溶剂。醚
对碱很稳定,例如,醚与氢氧化钠水溶液、醇钠的醇 溶液以及氨基钠的液氨溶液都无反应。但环氧乙烷这 类化合物和一般醚完全不同,它不仅可与酸反应,而 且反应条件温和、速度快,同时还能与不同的碱反应。 原因是它的三元环结构使各原子的轨道不能正面充分 重叠,而是以弯曲键相互连结,由于这种关系,分子 中存在一种张力,极易与多种试剂反应,把环打开, 在有机合成中非常有用,通过它可以合成多种化合物
临床表现 急性中毒:吸入高浓度蒸气可引起头痛、头昏、乏
力、视物模糊、 肺水肿等表现。误服可引起消化道灼伤, 出现烧灼痛,呼出气带酚气味,呕吐物或大便可带血, 可发生胃肠道穿孔,并可出现 休克 、肺水肿、肝或肾损 害。一般可在 48 小时内出现急性肾功能 衰竭 ,血及尿 酚量增高。
皮肤灼伤:创面初期为无痛性白色起皱,继而形成 褐色痂皮。常见浅Ⅱ度灼伤。可经灼伤的皮肤吸收,经 一定潜伏期后出现急性肾功能衰竭等急性中毒表现。
碳氧键断裂反应
醚与氢碘酸一起加热,发生的断碳氧键裂,这 种断裂是酸与醚先形成钅羊盐,然后,随烷基性质 的不同,而发生SNl或SN2反应,一级烷基发生SN2反 应,三级烷基容易发生SN1反应,生成碘代烷和醇, 在过量的酸存在下,所产生的醇也转变成碘代烷。
对于混合醚,碳氧键断裂的顺序是:三级烷基>二 级烷基>一级烷基>芳基。
1.酸催化的开环反应 酸催化开环反应所用的试剂是亲核能力较弱的,
需要酸来帮助开环,酸的作用是使环氧化物的氧原子
质子化,氧上带有正电荷,需要向相邻的环碳原子吸 引电子,这样削弱了C—O键,并使环碳原子带有部分 正电荷,增加了与亲核试剂结合能力,亲核试剂就向 C—O键的碳原子的背后进攻,发生了SN2反应。在酸性 条件下,亲核试剂进攻取代基较多的环碳原子,这个 环碳原子的C—O键断裂,因为这个环碳原子由于取代 基(一般为烷基)给电子效应使正电荷分散而稳定。
不同的酚与氯化铁反应呈显不同的颜色。例如,苯酚、 间苯二酚、1,3,5-苯三酚与氯化铁溶液作用,均显 紫色;甲苯酚呈蓝色;邻苯二酚、对苯二酚呈绿色; 1,2,3-苯三酚呈红色,α-萘酚为紫色沉淀,β-萘酚 则为绿色沉淀等。此显色反应常用以鉴别酚类的存在。
具有羟基与sp2杂化碳原子相连的结构( —C=C— OH )结构的化合物能与FeCl3的水溶液显示特殊的颜色 一般的醇式羟基无此反应,故也可用来区别醇与烯醇。
氧化反应 酚类易被氧化,但产物复杂。纯苯酚系无色结晶,
在空气中放置后,就能逐渐氧化变为粉红色、红色或 暗红色。苯酚如用酸性重铬酸钾强烈氧化,则生成对 苯醌。
邻苯二酚和对苯二酚比苯酚更容易被氧化成相应 的醌,但间苯二酚不能被氧化为相应的醌。醌是一般 都具有颜色。
与FeCl3的显色反应 大多数的酚能与氯化铁的稀水溶液发生显色反应。
乙 醇 分 子 模 型
醇羟基中的氧是sp3杂化,两对孤电子分占两根sp3 杂化轨道,另外两根sp3杂化轨道一根与氢形成σ键。 甲醇的键长、键角以及甲醇和乙醇的球棍模型如下 所示
甲醇的键长,键角
甲醇的球棍模型
乙醇的球棍模型
1.与氢卤酸的反应 氢卤酸与醇反应生成卤代烷,反应中醇羟基被卤
原子取代。 ROH+HX——>RX+H20
羟基的化学性质
醇的化学性质 酚的化学性质 醚的化学性质
醇,有机化合物的一大类,是脂肪烃、脂环烃或芳 香烃侧链中的氢原子被羟基取代而成的化合物。一 般所指的醇,羟基是与一个饱和的,sp3杂化的碳原 子相连。若羟基与苯环相连,则是酚;若羟基与sp2 杂化的烯类碳相连,则是烯醇。酚与烯醇与一般的 醇性质上有较大差异。
多数自动氧化是通过自由基机理进行的。
过氧化醚是爆炸性极强的高聚物,蒸馏含有该化合物的醚 时,过氧化醚残留在容器中,继续加热即会爆炸。为了避免意 外,在使用存放时间较长的乙醚或其他醚如四氢呋喃等之前应 先进行检查,如果含有过氧化物,加入等体积的2%碘化钾醋酸 溶液,会游离出碘,使淀粉溶液变紫色或蓝色。三价硫酸酞和 50%硫酸配制的硫酸亚铁溶液,月加入提及的1/5,并剧烈震荡, 可破坏过氧化物。也可用氢化锂铝等还原过氧化物。为了防止 过氧化物的形成,市售无水乙醚中加有0.05μg/g二乙基氨基硫 代甲酸钠做抗氧化剂。即使乙醚中不含过氧化物,由于乙醚高 度挥发及其蒸气易燃,也常有爆炸和着火的危险,使用时一定 要注意及要有预防措施。
乙硼烷与环氧化物开环反应也是酸催化开环,乙 硼烷可以看作是甲硼烷的二聚体,硼外层6电子构型, 可以与环氧化物中的氧络合,其作用与质子酸类似, 因此硼烷中的负氢转移到取代基较多的环碳原子上
2.碱性开环反应 碱催化开环主要是试剂活泼,亲核能力强,环
氧化合物上没有带正电荷或负电荷,这是一个SN2反 应,C—O键的断裂与亲核试剂和环碳原子之间键的 形成几乎同时进行,这时试剂选择进攻取代基较少 的环碳原子,因为这个碳的空间位阻较小。
3、氧化成酮 一级醇及二级醇与醇羟基相连的碳原子上有氢,可
以被氧化成醛、酮或酸;三级醇与醇羟基相连的碳原 子上没有氢,不易被氧化,如在酸性条件下,易脱水 成烯,然后碳碳键氧化断裂,形成小分子化合物。
用高锰酸钾或二氧化锰氧化 醇不为冷、稀、中性的高锰酸钾的水溶液所氧化,
一级醇、二级醇在比较强烈的条件下(如加热)可被 氧化。一级醇生成羧酸钾盐,溶于水,并有二氧化锰 沉淀析出,中和后可得羧酸。二级醇可氧化为酮。但 由于二级醇用高锰酸钾氧化为酮时,易进一步氧化使 碳碳键断裂,故很少用于合成酮。三级醇在中性、碱 性条件下不易为高锰酸钾氧化,在酸性条件下,则能 脱水成烯,再发生碳碳键断裂,生成小分子化合物。
苯环上的取代反应 酚羟基由于p-π共轭而难于被取代,但苯环上的
氢原子可被取代,发生卤化、硝化和磺化等反应,并 且羟基是邻、对位定位基,对苯环有活化作用,故酚 比苯更容易进行亲电取代反应。
1、卤化 苯酚水溶液与溴水反应立刻生成三溴苯酚白色 沉淀,环境检测中常用来对苯酚定性或定量测定;
2、硝化 苯酚在室温下可被稀硝酸硝化,生成邻、 对位硝基化合物。使用稀硝酸即可生成邻硝基苯酚和 对硝基苯酚的混合物。如使用浓硝酸和浓硫酸的混合 物作硝化剂则可生成二硝基苯酚或三硝基苯酚。2,4, 6-三硝基苯酚俗称苦味酸,酸性比苯酚强得多。