中國藥科大學(xué)有機化學(xué)課件—第五章醇 和 醚.ppt

1、醇 和 醚,第五章,主要內(nèi)容,第一節(jié) 醇 第二節(jié) 醚和環(huán)氧化合物,一、分類和命名,第一節(jié) 醇,一元醇,多元醇,伯醇（1醇）,仲醇（2醇）,叔醇（3醇）,選長鏈含羥基； 編位次羥基始。,同一個碳原子上連有兩個羥基的結(jié)構(gòu)是不能穩(wěn)定存在的,因此，在多元醇中，像乙二醇，丙三醇這樣的名稱并不會產(chǎn)生歧義。只有當(dāng)碳原子數(shù)多于羥基數(shù)目時，才需標(biāo)出羥基所在的位置。如：,1,2-丙二醇,二、結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì),物理性質(zhì) 特點是存在分子間的氫鍵作用,(分子間氫鍵締合),為什么醇具有較高的沸點？,醇分子中烴基對氫鍵締合有阻礙作用。,多元醇，分子中兩個以上位置可形成氫鍵。,醇和物 CaCl2 4C2H5OH,低級醇與水互溶

2、。醇在強酸中的溶解度比在水中大。,三、化學(xué)反應(yīng) 一元醇的化學(xué)反應(yīng),（一） 醇的酸堿性,ROH的反應(yīng)活性123,酸性：與堿金屬反應(yīng),堿性：鹽的生成,烷氧負(fù)離子的堿性：,1、親核取代反應(yīng),（1）與氫鹵酸反應(yīng),酸催化可使羥基質(zhì)子化，減弱C-O鍵，然后以水的形式離去。,（二）碳氧鍵斷裂的反應(yīng),醇的親核取代反應(yīng)一般在酸性條件下進行,SN1機理： （多數(shù) 叔、仲醇以及一部分伯醇）,這是因為按SN1機理進行反應(yīng)時，可能發(fā)生分子重排的結(jié)果。,仲醇與HX酸的反應(yīng)中，生成重排產(chǎn)物則是SN1機理的重要特征。,SN2機理：（多數(shù) 1o醇 特點：沒有重排 ）,下面的反應(yīng)能否順利進行？,然而，作為新戊醇這一伯醇與HCl的

3、作用卻是按SN1歷程進行的，且?guī)缀醵际侵嘏女a(chǎn)物。,這是因為按SN2歷程進行反應(yīng)，因空間位阻較大，不利于親核試劑從背后進攻中心碳原子，反應(yīng)難以進行。若按SN1歷程進行反應(yīng)，雖然生成的中間體是穩(wěn)定性很小的伯碳正離子，反應(yīng)速率較慢，但因伯碳正離子可重排為穩(wěn)定的叔碳正離子，故得到的是重排產(chǎn)物。,醇的親核取代反應(yīng)要比鹵代烷困難，其原因在于醇羥基的堿性較強，是個不好的離去基團。,堿 性：,實驗表明：強酸的負(fù)離如,等是較,好的離去基團；而,等則是不好的離去基團。,因此，醇的親核取代反應(yīng)需在酸催化下進行，或?qū)⒋剂u 基先轉(zhuǎn)化為好的離去基團，以利于反應(yīng)的進行。,練習(xí)：,預(yù)測下列醇與HBr水溶液反應(yīng)的相對速率：,(

4、a) 芐醇、對甲基芐醇、對硝基芐醇。,(b)芐醇、-苯基乙醇、-苯基乙醇。,Lucas試劑：濃HCl 無水ZnCl2,（2） 與PX3作用:,醇與PX3作用生成鹵代烴的反應(yīng)，通常是按SN2歷程進行的。,由于反應(yīng)中并不生成碳正離子中間體，故一般不發(fā)生重排。,反應(yīng)的立體化學(xué)特征：構(gòu)型反轉(zhuǎn)。,（3） 與氯化亞砜作用SNi歷程,優(yōu)點：,收率高，產(chǎn)物容易分離。,缺點：,若對生成的酸性氣體處理不利會造成環(huán)境污染。,只適合制備氯代烷。,反應(yīng)的立體化學(xué)特征：構(gòu)型保持。,反應(yīng)歷程：,由于發(fā)生親核進攻的氯原子與即將離去的SO2位于同側(cè)，故在反應(yīng)過程中，醇的- 碳原子的構(gòu)型始終保持不變。 該機理稱為分子內(nèi)親核取代反

5、應(yīng)，并以“SNi” 表示之。(Substitution nucleophilic internal)。,（ 2 ）成醚反應(yīng)（分子間脫水）,醇的分子間脫水生成醚的反應(yīng)是SN反應(yīng)。,醇的分子內(nèi)脫水消除的是- H，需要比較高的活化能，故在較高的溫度下進行。,醇的分子間脫水是制備簡單醚的重要方法，其中以伯醇效果最好，仲醇次之，而叔醇一般得到的都是烯烴。,醇的分子間脫水一般不適合制備混合醚。但用甲醇和叔丁醇來制備甲基叔丁基醚，卻可以得到較高的收率。 因為反應(yīng)中很容易形成叔丁基正離子，使反應(yīng)按SN1歷程進行。,（3）消除反應(yīng) （分子內(nèi)脫水）,大多數(shù)醇在質(zhì)子酸的催化下加熱，則發(fā)生分子內(nèi)脫水，且主要是按E1機

6、理進行的。,其反應(yīng)活性順序為： 3ROH 2 ROH 1 ROH,消除取向Saytzeff規(guī)則,氫從含氫較少的-C碳上脫去，生成雙鍵碳上取代基較多的穩(wěn)定的烯烴。,既然反應(yīng)是按E1歷程進行的，由于反應(yīng)中間體為碳 正離子，就有可能先發(fā)生重排，然后再按Saytzeff規(guī)則脫 去一個- H 而生成烯烴。如：,然而，用Al2O3為催化劑時，醇在高溫氣相條件下脫水，往往不發(fā)生重排反應(yīng)。,醇的分子內(nèi)脫水成烯與分子間脫水成醚是一對競爭反應(yīng)，體現(xiàn)了取代與消除的競爭。一般地： 叔醇主要得到消除產(chǎn)物烯烴，伯醇主要得到取代產(chǎn)物醚； 高溫有利于生成烯烴，低溫生成醚,（4）成酯反應(yīng),醇可與H2SO4、HNO3、H3PO4

7、等無機含氧酸發(fā)生分子間脫水，生成無機酸酯。,該反應(yīng)也是SN反應(yīng)，通常伯醇按SN2機理進行；叔醇按SN1機理進行。,硫酸二甲酯、硫酸二乙酯是重要的烷基化試劑。高級醇的酸性硫酸酯的鈉鹽是一種性能優(yōu)良的陰離子表面活性劑。,伯醇與硝酸反應(yīng)可以順利地生成硝酸酯；多元醇的硝酸酯是猛烈的炸藥。,甘油三硝酸酯(亦稱硝化甘油)，是一種猛烈的炸藥，但它亦可用作心血管的擴張、緩解心絞痛的藥物。,（三） 氧化和脫氫反應(yīng),由于受OH的影響，醇分子中的- 氫原子比較活潑，容易氧化或脫氫。,1.氧化反應(yīng) 常用的氧化劑：,由伯醇制備醛之所以收率很低，是因為醛很容易被氧化成酸。若想得到高收率的醛，可采用較溫和的氧化劑或特殊的氧

8、化劑。,a. 沙瑞特(Sarrett)試劑,該試劑是吡啶和CrO3在鹽酸溶液中的絡(luò)合鹽，又稱PCC(pyridinium chlorochromate)氧化劑。由于其中的吡啶是堿性的，因此，對于在酸性介質(zhì)中不穩(wěn)定的醇類氧化成醛(或酮)時，不但產(chǎn)率高，且不影響分子中C=C、C=O、C=N等不飽和鍵的存在。,分子中雙鍵、三鍵保留,b. 活性MnO2,該氧化劑對活潑的烯丙位醇具有很好的選擇性氧化作用，而不影響C=C雙鍵。,c. DCC-DMSO,（ 2 ）歐芬腦爾氧化法（2o醇氧化成酮，不飽和鍵保留）,2 、催化脫氫,伯醇或仲醇的蒸汽在高溫下通過活性Cu(或Ag、Ni等)催化劑表面，則脫氫生成醛或酮

9、，這是催化氫化的逆過程。,叔醇因沒有- 氫原子，故不能脫氫，只能脫水生成烯烴。,二元醇的化學(xué)反應(yīng),反應(yīng)定量進行，經(jīng)環(huán)狀高碘酸酯進行：,（一） 高碘酸或四醋酸鉛氧化,-羥基酸、1,2-二酮、-氨基酮及鄰氨基醇等有類似反應(yīng)。,試寫出下列化合物用高碘酸氧化的產(chǎn)物及消耗的試劑用量。,規(guī)律：每被氧化一次，氧化態(tài)就升高一步。,氧化態(tài)： 醇 醛酮 羧酸 碳酸,氧化態(tài)升高,（二） 鄰二醇的重排反應(yīng)頻哪醇重排,被氧化一次，氧化態(tài)升高一步成醛。,被氧化二次，氧化態(tài)升高二步成酸。,被氧化一次，氧化態(tài)升高一步成酸。,例如：,不對稱的鄰二醇，重排如何進行？, 優(yōu)先生成較穩(wěn)定的碳正離子決定基團遷移及反應(yīng)的產(chǎn)物。, 提供較

10、多電子的基團優(yōu)先遷移,遷移能力：芳基 烷基或H,討論,反應(yīng)歷程,四、硫醇,通式：RSH 官能團：-SH（巰基）,(一) 命名,乙硫醇 2-丁烯-1-硫醇 2-巰基乙醇,(二) 硫醇的性質(zhì),1. 物理性質(zhì),2. 化學(xué)性質(zhì),1）硫醇的酸性與硫醇鹽的形成,臨床上用作重金屬解毒劑。,2）氧化反應(yīng),硫醇易被氧化,3）親核取代及與羰基化合物的加成,五、醇的制備,1、鹵代烷水解,2、以烯烴為原料,a.烯烴的水合,b.烯烴的硼氫化氧化,3、格氏試劑與羰基化合物等反應(yīng),在格氏試劑烴基上增加一個碳原子,（格氏試劑與甲醛反應(yīng)）,在格氏試劑烴基上一次增加兩個碳原子,（2）制 2醇 （格氏試劑與醛反應(yīng)）,b. 一取代環(huán)

11、氧乙烷與格氏試劑反應(yīng),在格氏試劑烴基上一次增加兩個以上碳原子。,（ 3 ） 制 3o 醇,格氏試劑與酮反應(yīng),設(shè)計合成路線,1）烯烴的氧化,2）水解,二元醇的制備,第二節(jié) 醚和環(huán)氧化合物,簡單醚 R-O-R,混合醚 R-O-R,衍生物命名法,2-甲氧基戊烷 4-乙氧基甲苯,2.環(huán)醚,碳鏈與氧原子形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的醚。以“環(huán)氧”作詞頭或用雜環(huán)命名。,一、醚的分類與命名,1.無環(huán)醚,1,2-環(huán)氧丙烷 5-甲基-1,3-環(huán)氧-2-氯庚烷 四氫呋喃,冠醚,含有多個氧的大環(huán)醚，形狀似王冠。,12-冠-4 苯并-15-冠-5,m-冠-n m: 碳、氧原子總數(shù) n: 氧原子數(shù),3. 多元醚,乙二醇二甲醚 一縮二乙

12、二醇二甲醚,二. 醚的結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì),醚分子中存在可以形成氫鍵的氧原子，可以與水形成氫鍵，所以醚在水中溶解度與醇相當(dāng)。,醚分子中沒有活潑的氫原子，故不能形成醚分子間的氫鍵，所以醚的沸點比同分子量的醇要低得多。,110,碳-氧-碳鍵角與水的氫-氧-氫鍵角相當(dāng)。,三. 醚的化學(xué)反應(yīng),1. 醚的自動氧化,醚分子中的-H容易發(fā)生自由基取代反應(yīng),醚和O2反應(yīng)生成可爆炸的過氧化物。,2. 醚的堿性（氧鹽的形成）,lewis堿 lewis酸,. . . . . . . .,3. 醚鍵的斷裂,HI HBr HCl,芳基烷基醚斷裂, 生成鹵代烴和酚。,酚羥基、醇羥基的保護,在大多數(shù)情況下，醚鍵斷裂總是較小的烴基

13、生成鹵代烷這是遵循SN2反應(yīng)的規(guī)律的結(jié)果。,催化氫解,四、環(huán)氧化合物（epoxide）,（一）結(jié)構(gòu),1,2-環(huán)氧乙烷是一個張力很大的環(huán),因此比一般的環(huán)醚或開鏈醚的性質(zhì)要活潑。,（二）反應(yīng),環(huán)氧乙烷的開環(huán)反應(yīng)是親核試劑對碳氧鍵進攻的親核取代反應(yīng)，在有機合成中有著很好的應(yīng)用。,乙二醇,2-乙氧基乙醇,2-苯氧基乙醇,2-鹵代乙醇,2-氨基乙醇,2-羥基乙腈,加兩個碳的醇,這些反應(yīng)即可以是酸催化的，也可以是堿催化的。有證據(jù)表明，反應(yīng)是按照SN2機理進行的。,1）酸催化開環(huán)（SN2反應(yīng)）,酸性條件下，試劑進攻取代較多的碳。近似SN1反應(yīng)。,在取代較多的碳與氧之間的鍵斷裂,+,1, 2-環(huán)氧化合物的開環(huán)反應(yīng)的方向,反應(yīng)的立體化學(xué)特征是發(fā)生構(gòu)型翻轉(zhuǎn)，這是SN2反應(yīng)的特點。,2）堿催化開環(huán),此鍵發(fā)生斷裂,堿性條件下，試劑進攻取代較少的碳。是一個SN2機理。,與手性碳相連的鍵沒斷裂，絕對構(gòu)型保持不變。,酸開裂,堿開裂,五、 冠醚,環(huán)腔結(jié)構(gòu)。分子呈環(huán)形，中間有一個空隙，氧原子向內(nèi)， CH2向外。,主客體配合物 主體(host) 客體(guest),選擇性地絡(luò)合不同金屬離子，用于分離金屬離子。,作相轉(zhuǎn)移催化劑,RX + CN- RCN + X-,K+,有機相,K+,手性冠醚 手性中心的引入，使其對客體分子具有結(jié)構(gòu)選擇性 和手性選擇性。,冠醚