10-第十章 醇和醚4学时
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授课对象:化学专业本科生学时安排:4学时教材:《有机化学》教材,高等教育出版社教学目标:1. 掌握醇、酚、醚的分类、结构特点及命名规则。
2. 理解醇、酚、醚的化学性质,包括反应机理和反应条件。
3. 熟悉醇、酚、醚在有机合成中的应用。
教学内容:一、醇1. 醇的分类:脂肪醇、芳香醇、环醇等。
2. 醇的结构特点:羟基的邻位、对位效应,立体效应等。
3. 醇的命名规则:IUPAC命名法、习惯命名法。
4. 醇的化学性质:(1)与金属反应:醇钠、醇钾的制备及性质。
(2)与无机含氧酸反应:成酯反应、氧化反应。
(3)脱水反应:醇的分子内脱水、分子间脱水。
(4)取代反应:醇的亲电取代反应。
二、酚1. 酚的分类:芳香酚、醇酚、酚醛等。
2. 酚的结构特点:酚羟基的邻位、对位效应,立体效应等。
3. 酚的命名规则:IUPAC命名法、习惯命名法。
4. 酚的化学性质:(1)酸性:酚的酸性及酸碱滴定。
(2)氧化反应:酚的氧化反应及产物。
(3)亲电取代反应:酚的亲电取代反应。
三、醚1. 醚的分类:脂肪醚、芳香醚、环醚等。
2. 醚的结构特点:醚键的稳定性,立体效应等。
3. 醚的命名规则:IUPAC命名法、习惯命名法。
4. 醚的化学性质:(1)醚键的断裂:醚的水解、酸催化、碱催化。
(2)醚的氧化:醚的氧化反应及产物。
(3)取代反应:醚的亲电取代反应。
教学方法:1. 讲授法:讲解醇、酚、醚的分类、结构特点、命名规则及化学性质。
2. 案例分析法:通过典型实例分析,使学生掌握醇、酚、醚的化学性质及反应机理。
3. 实验教学法:指导学生进行醇、酚、醚的实验操作,观察现象,加深对理论知识的理解。
教学重点:1. 醇、酚、醚的分类、结构特点及命名规则。
2. 醇、酚、醚的化学性质,包括反应机理和反应条件。
教学难点:1. 醇、酚、醚的化学性质,特别是亲电取代反应的机理。
2. 醚键的断裂及取代反应。
教学过程:一、导入1. 简要介绍醇、酚、醚在有机合成中的重要性。
第十章 醇和醚学习要求:1.掌握醇、醚的分类及其命名法。
2.掌握氢键对熔点、沸点、水溶性、红外吸收峰位移等物理性质的影响。
3.掌握醇、醚的化学性质、碳正离子的重排。
4.理解醇和醚的结构特点。
5.理解β—消除 E1、E2历程,消除反应的立体化学特征。
6.理解E1与SN1,E2与SN2之间的竞争及影响因素。
7.了解醇、醚的制备方法。
8.了解甲醇、乙醇、乙二醇和丙三醇的制法和用途。
9. 了解硫醇、硫醚的制法和用途。
10. 了解乙醚、环氧乙烷的性质和用途。
11. 了解一般冠醚及相转移催化剂。
计划课时数 4课时重点:醇、醚的化学性质、碳正离子的重排。
难点:E1与SN1,E2与SN2之间的竞争及影响因素。
教学方法 采用多媒体课件、模型和板书相结合的课堂讲授方法。
引言醇§ 10.1 醇的结构、分类和命名10.1.1结构醇可以看成是烃分子中的氢原子被羟基(OH )取代后生成的衍生物(R-OH )。
1. 分类1) 根据羟基所连碳原子种类分为:一级醇(伯醇)、二级醇(仲醇)、三级醇(叔醇)。
2) 根据分子中烃基的类别分为:脂肪醇、脂环醇、和芳香醇(芳环侧链有羟基的化合物,羟基直接连在芳环上的不是醇而是酚)。
3) 根据分子中所含羟基的数目分为:一元醇、二元醇和多元醇。
两个羟基连在同一碳上的化合物不稳定,这种结构会自发失水,故同碳二醇不存在。
另外,烯醇是不稳定的,容易互变成为比较稳定的醛和酮,这在前面已讨论过。
3.醇的命名1) 俗名 如乙醇俗称酒精,丙三醇称为甘油等。
2) 简单的一元醇用普通命名法命名。
例如: 3) 系统命名法结构比较复杂的醇,采用系统命名法。
选择含有羟基的最长碳链为主链,以羟基的位C H °sp 3原子为sp 3杂化O 由于在 杂化轨道上有未共用电子对,∠两对之间产生斥力,使得C-O-H 小于109.5sp 3CH 3CH CH 2OH CH 3CH 3C OHCH 3CH 3OH CH 2OH 异丁醇叔丁醇环己醇苄醇置最小编号,……称为某醇。
例如:多元醇的命名,要选择含-OH 尽可能多的碳链为主链,羟基的位次要标明。
例如: 10.1.2醇的物理性质 1. 性状:(略) 2. 沸点:1)比相应的烷烃的沸点高100~120℃(形成分子间氢键的原因), 如乙烷的沸点为-88.6℃,而乙醇的沸点为78.3℃。
2) 比分子量相近的烷烃的沸点高,如乙烷(分子量为30)的沸点为-88.6℃,甲醇(分子量32)的沸点为64.9℃。
3)含支链的醇比直链醇的沸点低,如正丁醇(117.3)、异丁醇(108.4)、叔丁醇(88.2)。
3. 溶解度:甲、乙、丙醇与水以任意比混溶(与水形成氢键的原因);C 4以上则随着碳链的增长溶解度减小(烃基增大,其遮蔽作用增大,阻碍了醇羟基与水形成氢键);分子中羟基越多,在水中的溶解度越大,沸点越高。
如乙二醇(bp=197℃)、丙三醇(bp=290℃)可与水混溶。
4. 结晶醇的形成低级醇能和一些无机盐(MgCl 2、CaCl 2、CuSO 4等)作用形成结晶醇,亦称醇化物。
如:10.1.3醇的光谱性质 IR :-OH 未缔合的在3640-3610cm -1有尖峰缔合的在3600-3200cm -1宽峰CH 3-CH-CH-CH 2-CH-CH 3CH 3OH CH 3-CH-CH 2-CH=CH 2OH 2-甲基-5-氯-3-己醇4 -戊烯-2-醇CH=CH-CH 2OH 3 -苯基丙烯醇- 2 -CH-CH 3OHCH 2-CH 2OH 1 -苯基乙醇2 -苯基乙醇αβ苯乙醇苯乙醇()()CH 2-CH 2-CH 2OHOH OHCH 3OH 1,31丙二醇顺乙基1,2环己二醇MgCl 2 6CH 3OHCaCl 2 4C 2H 5OH CaCl 2 4CH 3OH结晶醇:不溶于有机溶剂,溶于水。
可用于除去有机物中的少量醇C-O 吸收峰在1000-1200cm -1(1060-1030cm -1 伯醇、1100cm -1仲醇、1140 叔醇)分子间氢键随着溶液逐渐稀释而变弱,当溶液变得极稀时,νOH 回到正常值。
而分子内氢键无此现象。
(峰位不受影响)借此可区别分子间氢键与分子内氢键。
一些活泼氢的化学位移变化很大,难以确认。
可以在测得通常谱图后的样品中加两滴重水D 2O ,摇动片刻,在同样仪器条件下,再绘制一张重水交换的谱图。
将两谱图进行比较,即可以指认活泼氢。
一般来说,重水交换后活泼氢信号大为减弱或消失。
但酰胺质子因交换慢不易消失,形成分子内氢键的活泼氢也难消失。
NMR :-OH δ值1-5.5范围内。
-OH 活泼氢的化学位移与溶剂、溶液温度浓度和形成氢键都有很大关系。
活泼氢的化学位移因而在一个比较宽的范围内变化。
活泼氢的峰形与活泼氢之间交换速度有密切关系。
如果交换速度快,即活泼氢在O 原子上停留时间比1/1000秒短很多,它就不能感觉到邻近质子两种自旋态的不同影响,而是处于一种平均环境之中。
邻近质子不对活泼氢峰形产生裂分,故显示单峰。
反过来也一样,邻近质子也只能处于活泼氢的两自旋态平均环境之中,故活泼氢也不对邻近质子产生峰的裂分。
一般情况下,纯度不够的醇其羟基质子在核磁共振谱中通常产生一个单峰。
质子互换的速率可被所用的溶剂减慢,如用(CD 3)2SO 时,可以看到复杂的信号分裂形式。
事实上只有在非常干燥和高度纯的乙醇样品中呈现出羟基的自旋-自旋分裂信号。
表现出三重峰。
邻近的亚甲基,由于和甲基质子偶合也和羟基质子偶合,表现出双重的四重峰。
§ 10.2醇的制备1. 由烯烃制备1) 烯烃的水合(略) 2) 硼氢化-氧化反应3RCH = CH 2(RCH = CH 2)3B22-3RCH 2CH 2OH32例如:反应特点:1°操作简单,产率高。
2°反马氏规律的加成产物,是用末端烯烃制备伯醇的好方法。
3°立体化学为顺式加成。
4°无重排产物生成 例如:2. 由醛、酮制备1) 醛、酮与格氏试剂反应用格氏试剂与醛酮作用,可制得伯、仲、叔醇。
RMgX 与甲醛反应得伯醇,与其它醛反应得仲醇,与酮反应得叔醇应注意:1°反应的第一步要绝对无水,因此两步一定要分开。
2°制格氏试剂的底物应无易与格氏试剂反应的基团。
1) 醛、酮的还原醛、酮分子中的羰基用还原剂(NaBH 4,LiAlH 4)还原或催化加氢可还原为醇。
例如:CH 3CH 2-C = CH 2CH 3CH 3CH 3CH 2-CH-CH 2OH(BH 3)222 -CH 2CH 2OH (BH 3)222 -CH 332H O , OH -CH 3HOH顺式加成产物(CH 3)3-C-CH = CH 222-32(CH 3)3-C-CH 2CH 2OHC O + R-MgX C R OMgX C R OH + Mg X OH 无水乙醚或THF无水乙醚C H O C R H H OMgX C R HHOH无水乙醚C R'O C R R'H OMgX C R R'HOH无水乙醚R'O C R R'R''OMgX C R R'R''OH甲醛醛酮伯醇仲醇叔醇不饱和醛、酮还原时,若要保存双键,则应选用特定还原剂。
见P 325~326 3.由卤代烃水解此法只适应在相应的卤代烃比醇容易得到的情况时采用。
§ 10.4醇的化学性质醇的化学性质主要由羟基官能团所决定,同时也受到烃基的一定影响,从化学键来看,反应的部位有 C —OH 、O —H 、和C —H 。
分子中的C —O 键和O —H 键都是极性键,因而醇分子中有两个反应中心。
又由于受C —O 键极性的影响,使得α—H 具有一定的活性,所以醇的反应都发生在这三个部位上。
1.与活泼金属的反应Na 与醇的反应比与水的反应缓慢的多,反应所生成的热量不足以使氢气自然,故常利用醇与Na 的反应销毁残余的金属钠,而不发生燃烧和爆炸。
CH 3CH 2O - 的碱性-OH 强,所以醇钠极易水解。
醇的反应活性: CH 3OH > 伯醇(乙醇) > 仲醇 > 叔醇 pKa 15.09 15.93 > 19 醇钠(RONa)是有机合成中常用的碱性试剂。
金属镁、铝也可与醇作用生成醇镁、醇铝。
酸性,生成酯形成 ,发生取代及消除反应氧化反应C CH 3CH 2OH + Na CH 3CH 2ONa + 1/2 H 2K K 粘稠固体(溶于过量乙醇中)CH 3CH 2ONa + H 2O CH 3CH 2OH + NaOH 较强键较强酸较弱酸较弱减CH 3CH 2CH 2CHO NaBH 42CH 3CH 2CH 2CH 2OHCH 3CH 2-C-CH 3ONaBH 42CH 3CH 2-CH-CH 3OH85%87%CH 2 = CHCH 2Cl CH 2 = CHCH 2OH + HCl H 2O23CH 2Cl NaOH +H 2O CH 2OH + NBS423H 2O Br OH 引发剂2.与氢卤酸反应(制卤代烃的重要方法)1) 反应速度与氢卤酸的活性和醇的结构有关。
HX 的反应活性: HI > HBr > HCl 例如:醇的活性次序: 烯丙式醇 > 叔醇 > 仲醇 > 伯醇 > CH 3OH例如,醇与卢卡斯(Lucas )试剂(浓盐酸和无水氯化锌)的反应:Lucas 试剂可用于区别伯、仲、叔醇,但一般仅适用于3—6个碳原子的醇。
原因: 1—2个碳的产物(卤代烷)的沸点低,易挥发。
大于6个碳的醇(苄醇除外)不溶于卢卡斯时机,易混淆实验现象。
2) 醇与HX 的反应为亲核取代反应,伯醇为S N 2历程,叔醇、烯丙醇为S N 1历程,仲醇多为 S N 1历程。
3) β位上有支链的伯醇、仲醇与HX 的反应常有重排产物生成。
见P 266~267。
例如:CH 3CH OH CH 36+ 2Al 2CH 3CH O CH 3( )3还原剂有机合成中常用的试剂R-OH + HXR-X + H 2O CH 3CH 2CH 2CH 2OH + HI (47%)CH 3CH 2CH 2CH 2I + H 2O CH 3CH 2CH 2CH 2Br + H 2OCH 3CH 2CH 2CH 2Cl + H 2O+ HBr + HCl (48%)CH 3C CH 3CH 3CH 2OH CH 3C CH 3CH 3CH 2Br CH 3C CH 3Br CH 2CH 3+ HBr +重排产物(主要产物)CH 3C CH 3CH 3OH min 2CH 3CCH 3CH 3Cl + H 2O CH 3CH 2CHCH 3OH CH 3CH 2CHCH 3室温钟混浊,放置分层1卢卡斯试剂室温min 钟混浊,放置分层10+ H 2OCH 3CH 2CH 2CH 2OH CH 3CH 2CH 2CH 2Cl 卢卡斯试剂室温放置一小时也不反应(混浊)加热才起反应(先混浊,后分层)+ H 2O原因:反应是以S N 1历程进行的,见P 267。