有机化学-醇酚醚课件.ppt
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- 有机化学 醇酚醚 课件
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1、下页退出有机化学 醇酚醚下页退出上页基本内容和重点要求基本内容和重点要求 醇、酚、醚的结构、分类和异构现象 醇、酚、醚的化学性质 环氧乙烷的开环反应 重点掌握醇、酚、醚的化学性质;醇的氢键对其物理性质(沸点、水溶性)的影响。返回下页退出上页8.1 醇醇(Alcohols)8.1.1 醇的构造、分类和命名 8.1.2 醇的物理性质 8.1.3 醇的化学性质 8.1.4 重要的醇返回下页退出上页(1 1)甲醇的结构)甲醇的结构返回动画下页退出上页醇分子中,碳和氧均采取sp3杂化,氧原子以两个sp3杂化轨道分别与氢和碳形成O-H键和C-O键,剩余的两个sp3杂化轨道分别被两个未共用电子对所占据。返回
2、下页退出上页 醇的构造异构有三种:一是烃基碳链结构的不同(碳链异构),二是羟基位置的不同(官能团位置异构)。另外,醇与同分子量的醚互为官能团异构的同分异构体。CH3CH2CH2OH1-丙醇丙醇CH3CHCH3OH2-丙醇丙醇返回C3醇的同分异构体:下页退出上页C4醇的同分异构体:CH2CH3CH2CH2OH1-丁醇(正丁醇)丁醇(正丁醇)OHCH3CHCH2CH32-甲基甲基-1-丙醇(异丁醇)丙醇(异丁醇)CH3CH3CH2CHOH2-丁醇(仲丁醇)丁醇(仲丁醇)CH3CH3OHCH3C2-甲基甲基-1-丙醇(叔丁醇)丙醇(叔丁醇)C2H5OC2H5乙醚乙醚返回下页退出上页(2 2)醇的分类
3、醇的分类 根据醇分子中羟基所连接的烃基不同,分为饱和醇、不饱和醇、脂环醇和芳香醇。如:CH3OH饱和醇饱和醇CH2CHCH2OH不饱和醇不饱和醇OH脂环醇脂环醇CH2OH芳香醇芳香醇返回下页退出上页 根据与羟基相连的碳原子的种类不同,饱和一元醇可分为伯、仲、叔醇。例如:CH3CH2CH2CH2OH伯伯 醇醇CH3CH3OHCH3C叔叔 醇醇CH3CH2CHCH3OH仲仲 醇醇(2 2)醇的分类醇的分类返回下页退出上页 根据醇分子中所含羟基的数目,可分为一元、二元、三元醇等。CH3CH2OH一元醇(乙醇)一元醇(乙醇)CH2CH2OHOH二元醇(乙二醇)二元醇(乙二醇)CH2CHOHOHCH2O
4、H三元醇(丙三醇)三元醇(丙三醇)(2 2)醇的分类醇的分类返回下页退出上页(3 3)醇的命名醇的命名 结构简单的一元醇可用习惯命名法命名。方法是在相应的烃基名称的后面加上“醇”字来命名,“基”字一般可忽略。如:OHCH3CH2CH2正丙醇正丙醇CH3CH3CHOH异丙醇异丙醇CH2CHCH2OH烯丙醇烯丙醇返回下页退出上页 醇的系统命名法是将含有羟基的最长碳链作为主链,根据主链中所含碳原子的数目而称为“某”醇;而把支链作为取代基,从靠近羟基的一端开始对主链编号,然后把取代基的位次、名称以及羟基的位次依次写在“某”醇的前面。CH2CH3CH2CH2CCH2OHCH3CH2CH32-甲基甲基-2
5、-乙基乙基-1-己醇己醇CHCHCH3OHCH32-甲基甲基-1-环己基环己基-1-丙醇丙醇(3 3)醇的命名醇的命名返回下页退出上页如果为不饱和醇,应选择含有羟基并含有双键或叁键的最长碳链作为主链,编号时应使羟基的位号最小;在定名称时,表示主链碳原子数的“天干”或汉字应写在“烯”字或“炔”字名称的前面。CHCH3CHCH2CCH2CH(CH3)2CH3OH2-甲基甲基-5-异丙基异丙基-己烯己烯-3-醇醇返回下页退出上页多元醇常用俗名。结构复杂的醇应选择包含多个羟基在内的最长碳链作为主链,用阿拉伯数字分别表示羟基的位置,用汉字表示羟基的数目。CH2CH2OHOH1,2-乙二醇乙二醇(简称乙二
6、醇,俗名甘醇)(简称乙二醇,俗名甘醇)CHCH2OHOHCH2OH1,2,3-丙三醇丙三醇(简称丙三醇,俗名甘油)(简称丙三醇,俗名甘油)返回下页退出上页芳醇的命名可把芳基作为取代基,例如:CHCHCH2OH3-苯基苯基-2-丙烯丙烯-1-醇醇(俗名肉桂醇)(俗名肉桂醇)返回下页退出上页 低级醇为具有酒味的无色液体,正十二醇以上为固体。直链饱和一元醇的沸点比相应的烃高得多。低级醇(如甲醇、乙醇、丙醇)在常温下能与水混溶,随碳原子数增加,溶解度逐渐降低。高级醇和烷烃相似,不溶于水,可溶于某些烃类(如石油醚)溶剂。脂肪醇的相对密度大于烷烃,但小于1。芳香醇的相对密度大于1。返回下页退出上页 醇在物
7、理性质上的特点,主要是由分子中的羟基引起的。ORHHORHHORHOROR醇分子和水分子之醇分子和水分子之间也能生成氢键间也能生成氢键:HOHHORHOHHORHOH醇分子之间醇分子之间能生成氢键能生成氢键:返回下页退出上页 醇的化学性质主要是由官能团羟基所决定,同时也受到烃基的一些影响。从化学键来看C-O和O-H都是极性键;因此,醇容易发生反应的部位如虚线所示:返回RCOH下页退出上页(1)与活泼金属的反应与活泼金属的反应 醇分子中含有羟基,与水相似,醇也显示一定的酸性,可与活泼金属反应生成氢气。ROHNaRONaH+21/2HOHNaNaOHH+21/2(CH3)2CHOHAl(CH3)2
8、CHO3AlH+23/23C2H5OHKC2H5OKH+21/2反应随着醇分子烃基的加大而反应速率减慢。醇的活性为:反应随着醇分子烃基的加大而反应速率减慢。醇的活性为:甲醇伯醇仲醇叔醇甲醇伯醇仲醇叔醇返回下页退出上页 醇的酸性比水弱,故醇钠遇水即分解成原来的醇和氢氧化钠。RONaOH2ROHNaOH+这是一个可逆反应,平衡有利于醇钠的水解。这是一个可逆反应,平衡有利于醇钠的水解。返回下页退出上页CH3COOHCH3CH2OHCH3COOCH2CH3OH2H+有机酸酯有机酸酯(2)酯的生成酯的生成 醇与羧酸作用,分子间脱水生成酯的反应叫酯化反应。例如:返回下页退出上页CH3OHH2SO4CH3O
9、SO3HOH2+CH3OSO3H(CH3O)2SO2H2SO42+减 压 蒸 馏硫酸二甲酯硫酸二甲酯无机酸酯无机酸酯返回下页退出上页 醇与硝酸作用生成硝酸酯。多元醇的硝酸酯受热分解可引起爆炸;因此常用来制造烈性炸药。CH2OHCHOHCH2OHHNO3H2SO4OH2CH2ONO2CHONO2CH2ONO2+3_3甘油甘油甘油三硝酸酯(俗称硝化甘油)甘油三硝酸酯(俗称硝化甘油)无机酸酯无机酸酯返回下页退出上页(3)卤代烃的生成卤代烃的生成 醇与氢卤酸作用,醇中的羟基被卤素原子取代生成卤代烃和水。ROHHXOH2RX+不同氢卤酸的活泼顺序为:不同氢卤酸的活泼顺序为:氢碘酸氢碘酸 氢溴酸盐酸氢溴酸
10、盐酸 这是一个可逆反应,为了有利于卤代烷的生成,通常可使一种反应物过量,或从反应体系中移去一种产物。返回下页退出上页 由伯醇制备相应的溴代烃和碘代烃,常用比较便宜的溴化钠加硫酸或碘化钠加磷酸作试剂。例如:CH3CH2CH2CH2OHNaBrH2SO4CH3CH2CH2CH2BrNaHSO4OH2+返回下页退出上页 用浓盐酸与无水氯化锌混合所配制的溶液称作卢卡斯(Lucas)试剂分别与伯、仲、叔醇在常温下作用,叔醇最快,仲醇次之,伯醇最慢。由于反应中生成的卤代烷不溶于水而出现浑浊或分层现象;观察反应物分层或浑浊的快慢,就可区别伯、仲、叔醇。如:CH3CH2CHCH3ClHZnCl2OH2OHCH
11、3CH2CHCH3Cl+10分钟变浑浊分钟变浑浊2020(CH3)3COHClHZnCl2(CH3)3CClOH2+分钟变浑浊分钟变浑浊20(不反应)CH3CH2CH2CH2OHHCl-ZnCl2CH3CH2CH2CH2ClOH2+加热后才反应加热后才反应返回下页退出上页 有些醇(除大多数伯醇)与氢卤酸反应,常有重排产物生成。CH3CCH3HCH3OHHH+CH3CCH3HCH3OH2HOH2CH3CCH3HCH3HC+C+C+CH3CCH3HCH3HClCH3CCH3ClCH3HH重 排C+CCH3CCH3HCH3OHHClHCH3CCH3ClCH3OHHCH3CCH3HCH3ClHCCC不
12、是机理:返回下页退出上页CH3CCH3CH3CH2OHBrHCH3CCH3BrCH2CH3CH3CCH3CH3CH2Br+CH3CCH3CH3CH2CH3CCH3CH3CH2BrBr+主要产物机理:H+CH3CCH3CH3CH2OH2OH2CH3CCH3CH3CH2CH3CCH3CH3CH2OH+极不稳定CH3CCH3CH2CH3BrCH3CCH3BrCH2CH3+重 排较稳定较稳定主要产物返回下页退出上页CH3CCH3CH3CH2OHPBr3CH3CCH3CH3CH2BrP(OH)3+33+(3)卤代烃的生成卤代烃的生成 用亚硫酰氯或三卤化磷与醇作用,也可以以制备卤代烃。例如:CH3CH2C
13、H2CH2OHSOCl2CH3CH2CH2CH2ClSO2ClH+不发生重排不发生重排返回下页退出上页(4)脱水反应脱水反应 醇的脱水反应有两种方式,一种为分子内脱水,另一种为分子间脱水。例如:RCHCH2HOHRCHCH2OH2+分子 内 脱水消除反应ROHORR2分子 间 脱水亲核取代反应催化剂可加速脱水反应的进行。常用的催化剂有催化剂可加速脱水反应的进行。常用的催化剂有H H2 2SOSO4 4、H H3 3POPO4 4、AlAl2 2O O3 3。返回下页退出上页 过量的酸和高温有利于烯烃的生成,过量的醇和较低的温度下有利于醚的生成。叔醇脱水只生成烯烃。例如:OH2(CH3)3COH
14、(CH3)2CCH2+46H2SO487CH3CH2OHOH2CH3CH2OCH2CH3+2浓H2SO4,140或Al2O3,240CH3CH2OHCH2CH2OH2+浓H2SO4,170或Al2O3,360返回下页退出上页 用氧化铝作脱水剂时反应温度要求较高(360),但它的优点是脱水剂经再生后可重复使用,且反应过程中很少有重排现象发生。用质子性酸作脱水剂时常有重排现象发生。CH3CH2CH2CH2OHH2SO4Al2O3CH3CH=CHCH3CH3CH2CH=CH275%140350400(主要产物)(无其他产物)返回下页退出上页CH3CH2CHCH2OHCH3H+CH3CH2CHCH2O
15、H2CH3OH2CH3CH2CHCH2CH3+CH3CH2CHCH2CH3CH3CH2CCH3CH3+1,2-氢 迁移H+CH3CH2C=CH2CH3CH3CH=CCH3CH3H+主要产物极不稳定重排成稳定的正碳离子1,2-迁移是指重排反应中迁移的基团从相邻的一个原子移向相邻的另一个原子。1,2-氢迁移返回下页退出上页H+OH2CH3CCH3CH3CH3OHHCH3CCH3CH3CH3OH2HCH3CCH3CH3CH3H+CC+C1,2-烷基迁移H+CH3CCH3CH3HCH3CCCH3CH3CH3CH31,2-烷基迁移+C-消 除主要产物重排成更稳定重排成更稳定的叔正碳离子的叔正碳离子仲正碳
16、离子仲正碳离子返回下页退出上页 仲醇和叔醇分子内脱水时,遵循查依采夫规则,即脱去的氢原子主要是含氢较少的碳原子上的氢原子。例如:OH2CH3CH2CH2CHCH3OHCH3CH2CHCHCH3+62H2SO48780OH2CH3CH2CCH3CH3OHCH3CHCCH3CH3+8746H2SO484返回下页退出上页(5)氧化与脱氢反应氧化与脱氢反应在有机化合物的分子中加入氧或脱去氢的反应都叫做氧化反应。CH3CH2CH2OHCH3CH2CHOCH3CH2COOHOK2CrO7-H2SO4仲醇氧化生成酮,酮不易被继续氧化仲醇氧化生成酮,酮不易被继续氧化 。OCH3CHCH3OHCH3CCH3O伯
17、醇氧化生成醛,醛进一步氧化生成酸。例如伯醇氧化生成醛,醛进一步氧化生成酸。例如:返回下页退出上页 叔醇在强烈的的氧化条件下,可发生碳碳键的断叔醇在强烈的的氧化条件下,可发生碳碳键的断裂,生成小分子的氧化产物。例如裂,生成小分子的氧化产物。例如:OCCH3CH3CH3OHHNO3CH3CH3COCO2CH3COOHOH2HCOOHOCO2OH2+返回下页退出上页 将伯醇或仲醇的蒸汽在高温下通过活性铜(或银、镍等)催化剂,则发生脱氢反应,生成相应的醛或酮。例如:CH3CH2OHCH3CHOHCu2+250350HCuCH3CHCH3OHCH3CCH3O2+400500 若同时通入氧气,则氢气被氧化
18、成水,反应可以进行若同时通入氧气,则氢气被氧化成水,反应可以进行到底。例如到底。例如OH2CH3CH2OHCH3CHOCuAg+或550(5)氧化与脱氢反应氧化与脱氢反应返回下页退出上页(1)甲醇甲醇甲醇为无色透明液体具有类似酒精的气味,沸点65,能与水、乙醇、乙醚等混溶。甲醇具有麻醉作用,且毒性很强。近代主要以水煤气为原料制取。COCuO,ZnO,Cr2O3CH3OH+2H2300,20MPa返回下页退出上页(2)乙醇乙醇 乙醇俗称酒精,是具有酒味的无色透明液体,沸点78.5,相对密度0.789,可与水混溶。工业上用乙烯为原料生产乙醇,也可用发酵的方法生产。乙醇能与CaCl2或MgCl2形成
19、结晶络合物,称为结晶醇。乙醇的用途极广,是重要的工业原料及常用的溶剂,也是制酒工业的原料。返回下页退出上页(3)乙二醇乙二醇 乙二醇是最简单的二元醇,无色有甜味的液体,俗称甘醇。它的熔点为-11.5,沸点198,相对密度1.1088,能与水、乙醇、丙酮等互溶,微溶于乙醚。工业上由乙烯合成乙二醇。CH2CH2O2AgOCH2CH2OH2H+CH2CH2OHOH+,230280CH2CH2CH2CH2CH2CH2OHOHCl2,H2OOHClNaHCO3,H2O2080105110返回下页退出上页(4)丙三醇丙三醇 丙三醇俗名甘油,为无色有甜味的粘稠液体,沸点290,相对密度1.260,能溶于水,
20、但不溶于醚及氯仿等有机溶剂。甘油有吸湿性,能吸收空气中的水分。近代工业利用石油裂解气中的丙烯为原料制备,反应式如下:CH2CH=CH2CH3CH=CH2ClCl2,H2OCH2CHCH2ClOHClCl25002530Ca(OH)2CH2CHCH2ClONa2CO3,H2OCH2CHCH2OHOHOH6090100150返回下页退出上页8.2 酚(Phenols)返回下页退出上页苯酚苯酚(1)酚的构造)酚的构造OH返回动画下页退出上页 苯酚分子中酚羟基直接与苯环向连接,羟基中的氧原子是以sp2杂化轨道参与成键。酚羟基氧原子的一对未共用电子所在的p轨道与苯环的六个碳原子的p轨道相互组成一个包括六
21、个碳原子和一个氧原子在内的p-共轭体系。返回下页退出上页(2)酚的分类)酚的分类 按芳环上所连接的羟基数目,酚可分为一元酚和多元酚。例。例如:一元酚:一元酚:OH苯酚苯酚OHNO2对硝基苯酚对硝基苯酚OH-萘酚萘酚返回下页退出上页多元酚:多元酚:OHOH对苯二酚对苯二酚(1,4-苯二酚)苯二酚)OHOHOH均苯三酚均苯三酚(1,3,5-苯三酚)苯三酚)(2)酚的分类)酚的分类返回下页退出上页(2)酚的命名)酚的命名 酚的命名是在芳环名称后面加上“酚”字,芳环上所连接的其它基团作为取代基,其位置和名称写在母体名称前面。例如:OHCH3对甲苯酚对甲苯酚OHNO2NO2O2N2,4,6-三硝基苯酚三
22、硝基苯酚OHCl5-氯氯-1-萘酚萘酚返回下页退出上页 但是当芳环上某些取代基的次序优先于酚羟基时,则按照取代基的排列次序的先后选择母体。例如:OHCOOH邻羟基苯甲酸邻羟基苯甲酸OHSO3H对羟基苯磺酸对羟基苯磺酸(2)酚的命名)酚的命名返回下页退出上页主要官能团的优先次序主要官能团的优先次序类别类别官能团官能团类别类别官能团官能团类别类别官能团官能团羧酸羧酸-COOH醛醛-CHO炔烃炔烃-CC-磺酸磺酸-SO3H酮酮C=O烯烃烯烃-C=C-羧酸酯羧酸酯-COOR醇醇-OH醚醚-OR酰氯酰氯-COCl酚酚-OH氯化物氯化物-Cl酰胺酰胺-CONH2硫醇硫醇-SH 硝基硝基化合物化合物-NO2
23、腈腈-CN胺胺-NH2返回下页退出上页大多数酚为固体,少数烷基酚为高沸点液体。酚微溶或不溶于水,而易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。随着羟基数目增多,多元酚在水中的溶解度增大。纯净的酚是无色的,但酚羟基容易被空气中的氧缓慢氧化而带有不同程度的黄色或红色。返回下页退出上页(1)酚羟基的)酚羟基的酸性酸性 苯酚具有弱酸性(pKa=10),其酸性比水和醇强,而比碳酸(pKa=6.38)弱。苯酚能溶于氢氧化钠水溶液,生成可溶于水的酚钠。OH2OHNaOHONa+返回下页退出上页 如果在苯酚钠溶液中加入二氧化碳,可使苯酚重新游离出来OH2ONaOHCO2NaHCO3+可用于酚的鉴别、分离和提纯。可用于酚的鉴别
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