有機化學：醇、酚和醚

醇、酚和醚醇、酚和醚都可看作烴類的含氧衍生物。1第一節(jié)醇（Alcohols）醇可看作脂肪烴中的一個或多個氫原子被羥基（—OH，hydroxyl）取代所形成的化合物，羥基是醇的官能團。2一、醇的結(jié)構(gòu)、分類和命名（一）醇的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點：羥基直接與飽和碳原子（sp3雜化）相連；羥基氧原子為sp3雜化；C—O鍵和H—O鍵為極性共價鍵；氧原子上具有未共用電子對。（二）分類根據(jù)與羥基氧原子相連的碳原子的種類：34根據(jù)分子中所含羥基的數(shù)目：醇的一般結(jié)構(gòu)規(guī)律:（1）醇的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)一般為同一個碳原子只連接一個羥基，偕二醇一般不穩(wěn)定：若同一個碳原子上連有兩個羥基則往往容易脫水，生成更穩(wěn)定的醛、酮結(jié)構(gòu)。5（2）烯醇（醇羥基與烯烴的雙鍵碳原子相連）一般不穩(wěn)定，容易異構(gòu)化為更穩(wěn)定的醛、酮結(jié)構(gòu)。（3）酚（羥基直接與苯環(huán)相連）穩(wěn)定。6（三）命名普通命名法:適用于結(jié)構(gòu)簡單的醇。羥基所連烷基名稱+“醇”7系統(tǒng)命名法:可用于結(jié)構(gòu)復雜的醇。（1）鏈狀飽和一元醇（alkanol）：選擇連有羥基碳原子在內(nèi)的最長碳鏈為主鏈,按碳原子數(shù)稱為“某醇”；從靠近羥基的一端開始給主鏈碳原子編號，在“某”字前標出羥基的位置；將取代基的位置和名稱寫在前面。8（2）不飽和醇（alkenol，alkynol）：選擇含有與羥基相連的不飽和碳原子在內(nèi)的最長碳鏈為主鏈，從靠近羥基的一端開始編號（羥基優(yōu)先于雙鍵碳），根據(jù)主鏈碳原子數(shù)稱為“某烯醇”或“某炔醇”，并在母體名稱前標明不飽和碳原子和羥基的位置。9（3）脂環(huán)醇：根據(jù)與羥基相連的脂環(huán)烴的名稱命名為“環(huán)某醇”；將與羥基相連的環(huán)碳原子編為1號。（4）芳香醇：將苯環(huán)（芳環(huán)）看作取代基。（具有玫瑰型香氣）10（5）多元醇：選擇連有盡可能多羥基的碳鏈為主鏈，依羥基的個數(shù)稱為“某二醇”或“某三醇”，在名稱前標明羥基的位置。(1R,2R)-6,6-二甲基-2-溴-4-環(huán)己烯-醇X(1R,6R)-2,2-二甲基-6-溴-3-環(huán)己烯-醇11二、醇的物理性質(zhì)

醇的沸點(boilingpoint)較一般烴類高；

醇羥基為親水性(hydrophilic)基團。氫鍵(hydrogenbonding)Hydrogenbondshaveastrengthofca.21kJ/molTypicalcovalentbonds:300-500kJ/mol實驗相關(guān)：低級醇能與CaCl2、MgCl2等無機鹽形成結(jié)晶配合物，因此醇類化合物不能用CaCl2或MgCl2干燥除水。12氧原子上的未共用電子對堿性、親核性碳氧單鍵為極性共價鍵（與碳鹵單鍵類似）親核取代反應、消除反應氫氧極性鍵（與水類似）酸性三、醇的化學性質(zhì)醇的化學性質(zhì)主要由—OH官能團決定。結(jié)構(gòu)決定功能（性能）13（一）醇的酸性(acidity)及與活潑金屬的反應醇羥基具有一定的酸性。強堿可奪走羥基上的氫，給出烷氧基負離子（alkoxideion）。醇的酸性可以用酸解離常數(shù)（acid-dissociationconstant）Ka來度量。14取代基效應對醇酸性的影響醇的酸性大小15酸性：溶劑化效應?。ㄖ饕蛩兀N基的給電子誘導效應（次要因素）共軛堿的穩(wěn)定性：

吸電子取代基增加，酸性增強：電子效應對醇羥基氫氧鍵極性的影響？對烷氧基負離子穩(wěn)定性的影響？

烷基取代基增加，酸性減弱：16醇鈉和醇鉀的生成：金屬Na或K與相應的醇反應NaH與相應的醇反應醇鈉和醇鉀是有機合成中的常用試劑：作為堿（base）或親核試劑（nucleophile）乙醇鈉叔丁醇鉀17（二）醇羥基氧原子上的未共用電子對——堿性（basicity）和親核性（nucleophilicity）氧原子質(zhì)子化，形成烊鹽。實驗相關(guān)：醇一般溶于濃硫酸。（三）涉及碳氧單鍵斷裂的反應：與氫鹵酸反應，生成鹵代烷與HBr反應1819反應機制：依醇的結(jié)構(gòu)不同，可按照SN1或SN2機制進行。

伯醇：SN2機制Step1:質(zhì)子化（protonation）：形成烊鹽，將醇羥基轉(zhuǎn)化為好的離去基團HO-isapoorleavinggroupH2OisagoodleavinggroupStep2:Br-作為親核試劑，H2O作為離去基團，SN2反應。Nucleophilemayeasilyattacksfrombackside(SN2)H2Oasagoodleavinggroup20

叔醇：SN1機制Step1:質(zhì)子化：形成烊鹽；Step2:SN2受阻；toocrowdedtoallowattackfrombackside21Step2:H2O離去，形成碳正離子（carbocation）；Step3:Br-作為親核試劑進攻碳正離子。Lucasreagent:HCl/H2O+ZnCl2伯、仲醇與HCl反應常需加入ZnCl2

（路易斯酸，與羥基氧配位的能力比質(zhì)子更強）

，以促進反應的發(fā)生。反應速率:tertiaryalcohols>secondaryalcohols>primaryalcoholsAlcoholTypeTimetoReact/minprimary>6secondary1-5tertiary<1與HCl反應Lucastest：可粗略地通過醇與Lucas試劑反應的時間推測醇的類型（伯、仲、叔醇）。2223利用醇與氫鹵酸反應生成鹵代烷的局限性：由伯、仲醇制備氯代烷的產(chǎn)率低；消除反應為競爭反應；重排使產(chǎn)物復雜化；碘代烷的產(chǎn)率往往很低。242.與鹵化磷反應，生成鹵代烷

25

鹵化磷與大多數(shù)伯醇或仲醇反應，均可給出較高產(chǎn)率的伯或仲鹵代烷，但與叔醇的反應不理想；

PBr3

和

P/I2

常常是將伯/仲醇轉(zhuǎn)化為相應鹵代烷的最佳試劑；因反應機制不涉及碳正離子，故一般沒有重排產(chǎn)物。26反應機制：SN2，構(gòu)型反轉(zhuǎn)。醇扮演？角色將OH轉(zhuǎn)化為好的離去基團碳氧鍵極性增大與伯醇加HBr的反應比較！273.與二氯亞砜反應，生成氯代烷SOCl2

常常是將醇轉(zhuǎn)化為氯代烷的最佳試劑。

gaseousbyproducts反應機制：親核加成消除脫質(zhì)子解離消除，氯從離去基團氧原子的同側(cè)進攻?。?gòu)型保持）（與SN1反應比較）28與鹵化磷反應：機理:SN2,構(gòu)型翻轉(zhuǎn)鹵代試劑:氫鹵酸

鹵化磷

二氯亞砜常用底物為一級和二級醇為避免重排反應溫度應低于0oCPI3可由紅磷+碘原位制得與二氯亞砜(thionylchloride)反應：鹵代試劑:氫鹵酸鹵化磷

二氯亞砜常用堿:作用:吸收反應生成的氯化氫,促使反應向右進行機理:SN2,構(gòu)型翻轉(zhuǎn)(堿存在下)常用底物為一級和二級醇反應條件溫和,速度快,僅產(chǎn)生氣態(tài)副產(chǎn)物是由醇制備氯代烷的常用方法加入弱的的親核試劑有助于產(chǎn)生氯負離子上述產(chǎn)生的“自由”的氯負離子可以從離去集團的背后進攻344.醇的脫水反應（dehydration）（1）醇的分子內(nèi)脫水成烯—消除反應反應活性：叔醇>仲醇>伯醇35反應機制：E1碳正離子一般使用硫酸或磷酸等“非親核性酸”?發(fā)生了重排！因反應涉及碳正離子，故有可能發(fā)生重排！36重排機制：質(zhì)子的消除方向遵循Zaitsev規(guī)則，主要生成取代程度較高的烯烴（熱力學穩(wěn)定產(chǎn)物）。依靠伯醇在酸性條件下的消除反應來制備末端烯烴是不可行的！37Elimination(favoredatrelativelyhightemperature)Substitution(favoredatrelativelylowtemperature)（2）醇的分子間脫水成醚—親核取代反應反應機制：

羥基質(zhì)子化

親核取代（SN2）

脫質(zhì)子可利用醇的分子間脫水反應由簡單無位阻伯醇制備對稱醚。38醇在酸性條件下的分子內(nèi)脫水成烯和分子間脫水成醚的反應是競爭反應：較低的反應溫度有利于成醚，較高的反應溫度有利于消除成烯（外部條件）；伯醇相對容易成醚，叔醇容易消除成烯（結(jié)構(gòu)內(nèi)因）。39（四）醇的氧化反應（oxidation）氧化反應：加氧或脫氫還原反應：加氫或脫氧40（1）醇的氧化反應伯醇和仲醇可以被多種氧化劑（oxidant）氧化，叔醇不容易被氧化（無

-H）。常用強氧化劑：鉻酸試劑（Na2Cr2O7/H2SO4，CrO3/diluteH2SO4）KMnO4HNO3NaClO1.仲醇氧化為酮酮在此條件下穩(wěn)定41特點：適用于將仲醇氧化為酮；不適用于將伯醇氧化為醛(在堿性條件下生成的產(chǎn)物醛容易繼續(xù)發(fā)生羥醛縮合)；選擇性好，不影響碳碳雙鍵或叁鍵。2.仲醇氧化為酮：Oppenauer氧化423.伯醇氧化為羧酸中間產(chǎn)物醛在此條件下不穩(wěn)定，易繼續(xù)氧化為羧酸。本反應的一個早期應用:AlcoholBreathTester用嘴吹氣玻璃管:內(nèi)壁附著涂有重鉻酸鉀和硫酸的硅膠顆粒氣球基本原理:現(xiàn)代常用ABT444.伯醇氧化為醛：PCC（氯鉻酸吡啶鎓鹽）的使用PCC：CrO3+吡啶+HCl形成的配合物

，溶于CH2Cl2。特點：適合由伯醇氧化制備醛和由仲醇氧化制備酮，不影響碳碳重鍵。5.烯丙醇、炔丙醇、芐醇氧化為相應的醛酮：活性MnO2的使用選擇性好，反應條件溫和，產(chǎn)率較高。45思考題476.醇的催化脫氫催化劑:銅、銅鉻氧化物、鈀、銀、鎳等；需高溫，一般適用于工業(yè)生產(chǎn)；主要缺點為許多官能團不耐300C高溫。用氯鉻酸吡啶鹽氧化:伯醇醛;

仲醇酮不影響雙鍵或叁鍵薄荷歐芬腦爾(Oppenauer)氧化適用于將仲醇氧化為酮不適用于將伯醇氧化為醛(在堿性條件下醛容易繼續(xù)反應生成縮合產(chǎn)物)不影響碳碳雙鍵或叁鍵50四、鄰二醇的化學特性在適當?shù)木嚯x時，兩個基團（羥基）相互影響，可能產(chǎn)生新的性質(zhì)！分子內(nèi)SN2反應（成環(huán)）51（一）高碘酸氧化Osmiumtetraoxide氧化裂解HIO4:白色晶體，mp122

C每斷裂一組鄰二醇結(jié)構(gòu)，則消耗一分子高碘酸，可用于鄰二醇的結(jié)構(gòu)鑒定。52相鄰兩羥基必須在空間上接近，才可能形成五元環(huán)狀中間體！反應機制：四醋酸鉛氧化鄰二醇可不經(jīng)歷環(huán)狀中間體X53-羥基醛或

-羥基酮也能發(fā)生類似的反應。54（二）頻哪醇重排頻哪醇pinacol2,3-dimethyl-2,3-butanediol頻哪酮pinacolone3,3-dimethyl-2-butanone如何從形式上認識頻哪醇重排？55反應機制：

羥基質(zhì)子化脫水，生成碳正離子特殊的碳正離子！

甲基發(fā)生1,2-遷移，生成共振穩(wěn)定的碳正離子中間體?。?qū)動力）

脫質(zhì)子，得頻哪酮56頻哪醇重排中的幾個問題：羥基被質(zhì)子化的先后：優(yōu)先生成更穩(wěn)定的碳正離子；基團遷移的優(yōu)先次序:芳基比烷基容易遷移；芳基間、對位上有給電子基團則優(yōu)先遷移，吸電子基團不利于遷移；芳基鄰位有基團（無論給電子基或吸電子基）一律不利于遷移。芐基型碳正離子更穩(wěn)定甲基遷移苯基優(yōu)先遷移一般認為這與芳基的親核能力強于烷基和氫有關(guān)：

這里面實際上有芳基的鄰基參與

表明失水所得碳正離子可由芳基的鄰基參與作

用而得到穩(wěn)定，即正電荷可由共振結(jié)構(gòu)分散在

苯環(huán)及原來的碳原子上由此出發(fā)，可獲重排產(chǎn)物：

由此出發(fā)，可獲重排產(chǎn)物：

由此出發(fā)，可獲重排產(chǎn)物：

此外，如果觀察以下結(jié)構(gòu)的話，可以看到芳基與一個碳正離子共存于同一分子中，一個是親核的，一個是親電的，所以，這種重排也可以認為是分子內(nèi)的芳烴親電取代反應。所以如果芳基在環(huán)上適當位置有供電子取代基，其遷移順序還要優(yōu)先此外，如果觀察以下結(jié)構(gòu)的話，可以看到芳基與一個碳正離子共存于同一分子中，一個是親核的，一個是親電的，所以，這種重排也可以認為是分子內(nèi)的芳烴親電取代反應。所以如果芳基在環(huán)上適當位置有供電子取代基，其遷移順序還要優(yōu)先。6061五、醇的制備（一）工業(yè)大規(guī)模制備1.由鹵代烴制備：應用較少，一般是由醇制相應的鹵代烴。只有當鹵代烷容易得到或制備難得到的醇才用此法。烯烴水合法（二）實驗室小規(guī)模制備622.硼氫化—氧化反應：可由末端烯烴制備伯醇3.格氏試劑與羰基化合物親核加成：見第9章。4.羰基化合物的還原反應：見第9章。63第二節(jié)酚（Phenols）一、酚的結(jié)構(gòu)和命名（一）酚的結(jié)構(gòu)酚：羥基直接與芳環(huán)（苯環(huán)）相連，用Ar—OH表示。兩官能團（苯環(huán)、羥基）相互影響，可能產(chǎn)生某些新的性質(zhì)！含茶多酚含葡萄多酚依昔苯酮（中樞興奮藥）花青素花青素67苯酚的結(jié)構(gòu)特點：酚羥基的C—O鍵長明顯比醇的碳氧鍵短；苯酚的偶極方向與甲醇相反。雜化軌道理論：酚羥基碳氧鍵為sp2—sp2軌道交蓋形成，而醇羥基為sp3—sp3軌道形成。共振論：酚羥基氧原子上的未共用電子對能離域至苯環(huán)上：酚的碳氧單鍵具有雙鍵的性質(zhì)，苯環(huán)上碳原子的電子云密度增大。68（二）酚的命名通常將苯酚作為母體，苯環(huán)上的基團作為取代基。6970根據(jù)苯環(huán)上母體官能團次序規(guī)則（P162），酚羥基有時也可以被看作是取代基。香蘭素由德國化學家于1874年合成成功，是人類合成的第一種香精，具有香莢蘭香氣及濃郁的奶香，為香料工業(yè)中最大的品種，是人們普遍喜愛的奶油香草香精的主要成份。71二、酚的化學性質(zhì)酚羥基氧原子上的未共用電子對能離域到苯環(huán)上。72（一）O—H鍵斷裂的反應酚的酸性苯酚的酸性比水和醇強得多，但弱于羧酸和碳酸。如何理解苯酚的酸性約為環(huán)己醇的酸性的108倍？73一方面，根據(jù)雜化軌道理論（考慮醇、酚本身的結(jié)構(gòu)）：另一方面，根據(jù)共振論（考慮醇、酚電離形成的氧負離子的結(jié)構(gòu)）：酚氧負離子的負電荷因離域而分散，因而穩(wěn)定。烷氧基負離子的負電荷不能離域，因而相對不穩(wěn)定。74苯環(huán)上取代基對酚酸性的影響：苯環(huán)上給電子基團（Electron-donatinggroup，EDG）使酚的酸性下降；苯環(huán)上吸電子基團（Electron-withdrawinggroup，EWG）使酚的酸性增強；除取代基的性質(zhì)外，取代基的位置和數(shù)目對酚的酸性也有重要影響。通過比較相應的酚氧負離子的穩(wěn)定性來理解取代酚的酸性！75強吸電子基—NO2在OH的對位：酚氧負離子氧原子上的負電荷可以離域至苯環(huán)碳原子和硝基氧原子。硝基具有強吸電子誘導效應；同時，酚氧負離子的負電荷還可以離域至處于對位的硝基氧原子上。76強吸電子基—NO2在OH的間位：酚氧負離子氧原子上的負電荷只能離域至苯環(huán)碳原子，無法離域至硝基氧原子。硝基具有強吸電子誘導效應；但是酚氧負離子的負電荷無法離域至處于對位的硝基氧原子上。7778—OCH3在OH的對位：一方面，甲氧基具有吸電子誘導效應（使酸性增強）；另一方面，甲氧基氧原子上的未共用電子對可以離域至苯環(huán)碳原子，并使得其中一個極限式非常不穩(wěn)定（使酸性下降）；綜合效應為給電子效應，故酸性下降。非常不穩(wěn)定的極限式79—OCH3在OH的間位：一方面，甲氧基具有吸電子誘導效應（使酸性增強）；另一方面，甲氧基氧原子上的未共用電子對可以離域至苯環(huán)碳原子，但不會得到非常不穩(wěn)定的極限式（使酸性下降）；綜合效應為吸電子效應，故酸性增強。80酚的酸性的應用—分離提純：實驗相關(guān)苯酚的酸性強于水和醇，弱于碳酸，因此苯酚溶于NaOH水溶液，但不溶于NaHCO3水溶液；向苯酚鈉的水溶液中通入CO2，則可使苯酚析出；羧酸的酸性強于碳酸，故羧酸可溶于NaHCO3和NaOH水溶液。思考：如何分離由下列三種化合物組成的混合物？812.酚醚的形成及苯基烯丙基醚的Claisen重排通常采用Williamson合成法合成酚醚：Williamson合成法是合成醚的最可靠和有用的方法烷氧基負離子伯鹵代烴鹵甲烷醚82苯基烯丙基醚的合成：苯基烯丙基醚的Claisen重排：重排時烯丙基進入到酚羥基的鄰位；若兩個鄰位均被占據(jù)，則烯丙基進入酚羥基的對位；若鄰、對位全部被占據(jù)，則不發(fā)生重排。83Claisen重排反應機制：經(jīng)歷六元環(huán)過渡態(tài)的協(xié)同機制六元環(huán)狀過渡態(tài)互變異構(gòu)“酮式”“烯醇式”重排84一次重排二次重排互變異構(gòu)不是H，無法互變異構(gòu)是H，可互變異構(gòu)853.酚酯的形成及Fries重排Fries重排：酚酯在一定溫度和Lewis酸如HF、AlCl3、BF3、TiCl4

、SnCl4存在下，?；芍嘏诺洁彙ξ?，生成羥基芳酮。86Fries重排的鄰、對位重排產(chǎn)物的比例與反應溫度有關(guān)：低溫有利于對位產(chǎn)物的生成；高溫有利于鄰位產(chǎn)物的生成（熱力學穩(wěn)定產(chǎn)物）。鄰位產(chǎn)物能形成分子內(nèi)氫鍵，熱力學穩(wěn)定。87（二）苯環(huán)上的親電取代反應酚羥基氧原子上的未共用電子對能離域至苯環(huán)，使其特定位置的電子云密度大大提高，很容易與親電試劑反應，發(fā)生苯環(huán)上的親電取代反應。苯酚與溴水在室溫下很容易發(fā)生芳香親電取代反應，生成三溴苯酚（白色沉淀），不需使用Lewis酸催化劑。1.鹵代反應（halogenation）白色沉淀此反應可用作酚類的定性和定量分析88在低溫、非極性溶劑條件下，可得到對溴苯酚。892011-03892.磺化反應（sulfonation）低溫，動力學控制，鄰位產(chǎn)物為主?；腔磻獮榭赡娣磻?！稀酸條件下加熱可以除去磺酸基團。高溫，熱力學控制，對位產(chǎn)物為主。903.硝化反應（nitration）91鄰硝基苯酚和對硝基苯酚可用水蒸氣蒸餾法分離：對硝基苯酚：能形成分子間氫鍵，分子間作用力強，沸點相對高。鄰硝基苯酚：優(yōu)先形成分子內(nèi)氫鍵，影響了分子間氫鍵的形成，分子間作用力弱，沸點相對低；在沸水中的溶解度也小得多。92934.傅—克反應（Friedel-Crafts反應）常使用相對弱的Lewis酸催化劑（如HF），以避免過度烷基化或過度?；?.科爾伯—施密特反應（Kolbe-Schmidt反應）水楊酸（可用于合成阿司匹林）94反應機制：酚氧負離子高度活化，比苯酚更容易發(fā)生芳香親電取代反應。弱親電試劑互變異構(gòu)苯環(huán)上具有強吸電子基團不利于反應，具有給電子基團有利于反應。956.瑞穆爾—梯門反應（Reimer-Tiemann反應）反應機制：二氯卡賓（親電性活性中間體）967.酚的氧化反應—醌的形成酚易被多種氧化劑氧化成為有顏色的醌類，芳環(huán)被破壞！9798三、酚的制備（一）苯磺酸鹽的堿熔法高溫、高壓、強堿，條件苛刻，應用受限。（二）鹵代芳烴的水解通常需高溫、高壓、強堿性條件。99（三）異丙苯氧化法目前工業(yè)上廣泛使用的方法，能聯(lián)產(chǎn)丙酮。100（四）重氮鹽水解法是實驗室中由苯胺衍生物制備酚衍生物的重要方法，詳見第13章。101第三節(jié)醚（Ethers）和環(huán)氧化合物(Epoxides,Oxiranes)醚：醇分子中羥基氫原子被烷基取代所形成的化合物，通式R－O－R’。102一、分類和命名（一）分類對稱醚，非對稱醚脂肪醚，芳香醚鏈狀醚，環(huán)狀醚，冠醚103（二）命名普通命名法對稱醚：(二)烴基+“醚”；非對稱醚：烴基+烴基+“醚”，較小的烴基寫在較大烴基名稱之前；芳香烴基名稱寫在脂肪烴基名稱之前。104系統(tǒng)命名法選擇較復雜的烴基作為母體，將余下的－OR作為烷氧基取代基。環(huán)氧化合物的命名環(huán)氧化合物（epoxide,oxirane）：三元環(huán)狀醚。105環(huán)氧化合物的命名通常以環(huán)氧乙烷作為母體，將氧原子編為1號，給出取代基的名稱為位置。兩個環(huán)狀醚的普通命名：雜環(huán)化合物，見第14章。106

冠醚：環(huán)上原子總數(shù)+“冠”+環(huán)中氧原子數(shù)。18-冠-6Diameter0.260-0.320nm選擇性絡合Diameter0.266nm107不同空腔尺寸的冠醚能選擇性地與堿金屬、堿土金屬離子絡合。冠醚的一個應用：作為相轉(zhuǎn)移催化劑（phasetransfercatalyst）108二、物理性質(zhì)因缺乏羥基，沸點和水溶性低于分子量相近的醇；醚是許多有機反應的理想溶劑，能溶解多數(shù)極性和非極性