醚和环氧化合物
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第一节醚(ether)一、醚的结构、分类与命名二、醚的物理性质三、醚的化学性质四、冠醚五、硫醚混醚对于 Ar—O—R 型芳香醚,芳香烃基名称在前,脂肪烃基名称在后。
苯甲醚多元醚首先写出多元醇的名称,再写出另一部分烃基的数目和名称,最后写 “醚”字。
CH3OCH2CH2O CH3乙二醇二甲醚CH3OCH2CH2O CH2CH3乙二醇甲乙醚较复杂的醚以较大的烷基、不饱和烃基或芳香烃基所对应的烃作为母体,另一烃基与氧组成的烃氧基作为取代基。
HOCH2CH2OCH2CH3 2-甲氧基戊烷2-乙氧基乙醇环醚多用俗名;或按杂环化合物命名的方法命名。
(1)命名或写结构式(2)(3)CH 3CHCHCH 2CH 2CH 3OC 2H 5CH 32-甲基-3-乙氧基己烷CH 3CH 2OCH(CH 3)2O 乙基异丙基醚苯基环丙基醚一些常见醚的物理性质0.994158.3-37.3苯甲醚35CH 2═CHOCH ═CH 2二乙烯基醚0.769141-97.9(CH 3CH 2CH 2CH 2)2O 正丁醚0.72568-86(CH 3)2CHOCH(CH 3)2异丙醚0.73690.5-122(CH 3CH 2CH 2)2O 正丙醚0.71434.6-116CH 3CH 2OCH 2CH 3乙醚0.69710.8CH 3OCH 2CH 3甲乙醚0.661-24.9-138CH 3OCH 3甲醚密度/(g·cm -3)沸点/℃熔点/℃结构式化合物(续表)0.86383-68CH 3OCH 2CH 2OCH 3乙二醇二甲醚1.033101111,4-二氧六环0.88865.4-108四氢呋喃0.88211环氧乙烷 1.07425927二苯醚密度/(g·cm -3)沸点/℃熔点/℃结构式化合物三、醚的化学性质RCH 2 -O-CH 2R●●1、 盐的生成2、醚键的断裂3、过氧化物的生成H +(一) 盐的生成醚分子中氧原子上的孤对电子能接受质子而生成 盐。
第7章 醚和环氧化合物本章重点介绍醚和环氧化合物的结构和化学性质;醚键断裂的机制;环氧乙烷开环反应的机制;取代环氧化合物在酸和碱催化下的开环取向;以及醚在医药学上的应用。
醚(ether)是含氧的有机物,可以看成是醇或酚分子中羟基的氢原子被烃基取代而成的化合物,醚的化学性质不活泼,是常用的有机溶剂。
环氧化合物(epoxide )是指含有三元环的醚及其衍生物。
它属于环醚,但性质与一般的醚不同,高度活泼,是合成反应重要的中间体。
学完本章后,你应该能够回答以下问题: 1. 醚的结构如何?它怎样分类和命名? 2. 醚键断裂有何规律?反应机制是什么? 3. 环氧化合物特指哪一类环醚?它如何命名? 4. 环氧乙烷开环反应的机制是什么?5. 取代环氧化合物在酸性和碱性条件下的开环取向是否一样?为什么? 6. 冠醚是什么样的化合物?有哪些重要用途?7.1 醚的结构、分类和命名温习提示:醇的结构,醇分子间脱水反应。
醚的结构通式为R-O-R 、Ar-O-R 或Ar-O-Ar ,分子中的C-O-C 键称为醚键,是醚的官能团。
甲醚分子中C-O-C 键角为111.7°,氧原子为sp 3不等性杂化,两对孤对电子位于sp 3杂化轨道。
H 3C3图7-1 甲醚的结构按醚键所连接的烃基不同,醚可以是饱和醚、不饱和醚和芳香醚等: 饱和醚: CH 3OCH 3 CH 3CH 2OCH 2CH 3 CH 3OCH 2CH 3 不饱和醚: CH 3CH 2OCH=CH 2 芳醚:两个烃基相同的为单醚,两个烃基不同的为混醚。
如果氧原子与烃基连成环则为环醚。
分子中含有多个氧原子的大环醚,因为结构象皇冠而被称为冠醚。
单醚命名时,如果是两个饱和烃基,在烃基名称后面加上醚字,通常“二”字可省略;CH 33如果是不饱和烃基或芳烃基,“二”字不可省略。
英文名称醚为ether ,例如:CH 3CH 2-O-CH 2CH 3 CH 2=CH-O-CH=CH 2(二)乙醚 二乙烯基醚 二苯醚diethyl ether diethenyl ether diphenyl ether混醚命名时,分别写出两个烃基的名称,加上醚字,如果是两个脂肪烃基,较优基因放在后面;如果有芳烃基,则芳烃基放在前面,英文命名醚中烃基按第一个字母顺序排列。
第十章 醚和环氧化合物
1、通过本章的学习,掌握醚和环氧化合物的命名;
2、掌握醚和环氧化合物的结构特征;掌握醚和环氧化合物的物理性质;
3、掌握醚的化学性质;理解醚的波谱性质;理解醚和环氧化合物的制法;
4、了解乙醚、环氧乙烷的性质和用途;
5、了解冠醚的一般性质和在冶金中的应用。
一、醚的结构,分类和命名
1.结构 2.分类
3.命名
1) 简单醚在“醚”字前面写出两个烃基的名称。
例如,乙醚、二苯醚等。
2) 混醚 是将小基排前大基排后;芳基在前烃基在后,称为某基某基醚。
例如:
1)结构复杂的醚用系统命名法命名。
例如:
环醚多用俗名
饱和醚简单醚
混和醚
不饱和醚芳香醚环醚
大环多醚(冠醚)
CH 3CH 2OCH 2CH 3CH 3OCH 2CH 3
CH 3OCH 2CH = CH 2
CH 2=CHOCH=CH 2
OCH 3
O O O
O
O
CH 3OCH 2CH = CH 2OCH 2CH 3
甲基烯丙基醚
苯乙醚
CH 3-CHOCH 2CH 2CH 2CH 2OH
CH 3
异丙氧基丁醇
4 -
-1-R
O
R'
°
109.5sp 3杂化
二、醚的物理性质
常温下,大多数醚为易挥发、易燃烧、有香味的液体。
醚分子中因无羟基而不能在分子间生成氢键,因此醚的沸点比相应的醇低得多,与分子量相近的烷烃相当。
常温下,甲醚、甲乙醚、环氧乙烷等为气体,大多数醚为液体。
醚分子中的碳氧键是极性键,氧原子采用sp 3杂化,其上有两对未共用电子对,两个碳氧键之间形成一定角度,故醚的偶极矩不为零,易于与水形成氢键,所以醚在水中的溶解度与相应的醇相当。
甲醚、1,4-二氧六环、四氢呋喃等都可与水互溶,乙醚在水中的溶解度为每100g 水溶解约7克,其它低分子量的醚微溶于水,大多数醚不溶于水。
二、乙醚能溶于许多有机溶剂,本身也是一种良好的溶剂。
乙醚有麻醉作用,极易着
火,与空气混合到一定比例能爆炸,所以使用乙醚时要十分小心。
三、醚的化学性质
醚是一类不活泼的化合物,对碱、氧化剂、还原剂都十分稳定。
醚在常温下与金属Na 不起反应,可以用金属Na 来干燥。
醚的稳定性仅次于烷烃。
但其稳定性是相对的,由于醚键(C-O-C )的存在,它又可以发生一些特有的反应。
1. 烊盐的生成
醚的氧原子上有未共用电子对,能接受强酸中的H + 而生成烊盐。
烊盐是一种弱碱强酸盐,仅在浓酸中才稳定,遇水很快分解为原来的醚。
利用此性质可以将醚从烷烃或卤代烃中分离出来。
醚还可以和路易斯酸(如BF 3、AlCl 3、RMgX )等生成烊盐。
见P 299。
烊盐的生成使醚分子中C-O 键变弱,因此在酸性试剂作用下,醚链会断裂。
2.醚链的断裂
在较高温度下,强酸能使醚链断裂,使醚链断裂最有效的试剂是浓的氢碘酸(HI )。
R-O-R
R-O-R + HCl
+ H 2SO 4
H R O R H
+ Cl + HSO 4
R O R
R-O-R + BF 3
R
O
R B H H
H
醚键断裂时往往是较小的烃基生成碘代烷,例如:
芳香混醚与浓HI 作用时,总是断裂烷氧键,生成酚和碘代烷。
1.过氧化物的生成
醚长期与空气接触下,会慢慢生成不易挥发的过氧化物。
过氧化物不稳定,加热时易分解而发生爆炸,因此,醚类应尽量避免暴露在空气中,一般应放在棕色玻璃瓶中,避光保存。
蒸馏放置过久的乙醚时,要先检验是否有过氧化物存在,且不要蒸干。
检验方法:硫酸亚铁和硫氰化钾混合液与醚振摇,有过氧化物则显红色。
除去过氧化物的方法:(1)加入还原剂5%的FeSO 4于醚中振摇后蒸馏。
(2)贮藏时在醚中加入少许金属钠。
四、醚的制备
1.醇脱水
此法只适用于制简单醚,且限于伯醇,仲醇产量低,叔醇在酸性条件下主要
CH 3CH 2OCH 2CH 3 + HI
CH 3CH 2OCH 2CH 3
H
I
+ CH 3CH 2OH
CH 3CH 2I HI (过量)
2 CH 3CH 2I + H 2
O
CH 3CHCH 2OCH 2CH 3
CH 3
+ HI
CH 3CHCH 2OH CH 3
+ CH 3CH 2
I
O CH 3
57%HI 120~130℃
OH + CH 3I
P 共轭π键牢固,不易断
RCH 2OCH 2R
O
RCH 2OCH 2R
O O H (过氧化物)
R-O-H + H-O-R H 2SO 4
R-O-R + H 2O
+ Fe
2
Fe 3
SCN
Fe(SCN)6
3+
过氧化物红色
生成烯烃。
2.威廉姆逊合成法(A.W.Williamson )
威廉姆逊合成法是制备混合醚的一种好方法。
是由卤代烃与醇钠或酚钠作用而得。
例如:
威廉姆逊合成法中只能选用伯卤代烷与醇钠为原料。
因为醇钠即是亲核试剂,又是强碱,仲、叔卤代烷(特别是叔卤代烷)在强碱条件下主要发生消除反应而生成烯烃。
例如,制备乙基叔丁基醚时,可以有如下两条合成路线。
路线1:
路线2:
五、重要的醚 1.乙醚 (略) 2.环氧乙烷
环氧乙烷是最简单的环醚,是一个很重要的有机合成中间体。
故给予重点讨论。
(1) 制法 (2) 物理性质
沸点11℃,无色有毒气体,易液化,与水混溶,溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。
一般贮存于钢瓶中。
CH 2=CHCH 2Br + CH 3CH 2ONa CH 2=CHCH 2OCH 2CH 3 + NaBr CH 3CH 2Br + NaO -C CH 3
CH 3
CH 3
CH 3CH 2-O -C CH 3CH 3
CH 3
+ NaBr
RX + NaOR ROR + NaX RX + NaO-Ar R-O-Ar + NaX
′
′CH 3CH 2Cl
C CH 3CH 3ONa CH 3
+C CH 3
CH 3
O CH 3
CH 2CH 3+ NaCl 85%C CH 3
CH 3
Cl CH
3
CH 3CH 2ONa
+C CH 3
CH 3
O CH 3
CH 2CH 3+ NaCl CH 3
C CH 2CH 3
+ CH 3CH 2OH + NaCl
(3)化学性质
环氧乙烷化学性质活泼,在酸或碱催化下能与多种试剂反应,形成一系列重要工业原料。
1°在酸催化下,环氧乙烷可与水、醇、卤化氢等含活泼氢的化合物反应,生成双官能团化合物。
这些产物同时有醇和醚的性质,是很好的溶剂,常称溶纤素,广泛用于纤维素酯和油漆工业。
在碱催化下,环氧乙烷可与RO-,NH
3,RMgX等反应生成相应的开环化合物。
O + H+
O
H
H2O
ROH
HBr
CH2CH2
OH OH2
CH2CH2
OH OH2
+ H+
CH2CH2
OH HOR
CH2CH2
OH OR
H+
CH2CH2
Br OH2
CH2CH2
Br OH
H
+
O
CH2CH2
OH
OH
CH2CH2-O-CH2CH2
OH OH
CH2CH2-O-CH2CH2-O-CH2CH2
OH OH
O
O
CH2CH2 O-CH2CH2-O n CH2CH2
OH OH
+
n
二乙二醇醚
三乙二醇醚
多缩乙二醇醚
良好溶剂
农药去泡
去泡剂
剂
C2H5O-+
O
OH -
C2H5OCH2CH2OH
+
O
OH -
NH3NH2CH2CH2OH
O
HO CH2CH2
HO CH2CH2
NH
HO CH2CH2
HO CH2CH2
HO CH2CH2N
O
β羟乙胺
β羟乙基胺
()
β羟乙基胺
()
二
三
环氧乙烷与RMgX 反应,是制备增加两个碳原子的伯醇的重要方法。
例如:
不对称的三元环醚的开环反应存在着一个取向问题,一般情况是:酸催化条件下亲核试剂进攻取代较多的碳原子;碱催化条件下亲核试剂进攻取代较少的碳原子。
六、大环多醚(冠醚)
+
O
RCH 2CH 2OMgX
MgX R H +
RCH 2CH 2
OH
CH 2MgBr
O
+
CH 2CH 2CH 2OMgBr
CH 2CH 2CH 2OH
H +
无水乙醚O
H H
H 3C H
CH 3OH
H +
CH 3ONa 酸催化碱催化
CH 3CH
CH 2OH OCH 3CH 3CH
CH 2OCH 3
OH。