第八讲 醇、酚、醚和羰基化合物一、醇氢键 --- 醇与醚对比
水 醇 醚
硫化氢 硫醇 硫醚
HOH H
OR R'
OR
HSR R'
SRH
SH
醇分子间能形成氢键,醚分子中不含羟基分子间不能形成氢键,硫醇不能形成氢键,
如: CH3SH(M=48,bp=6 )℃ 、 CH3OH(M=32,bp=64.7 )℃ ; CH3CH2SH(M=62,bp=37 )℃ 、 CH3CH2OH(M=46,bp=78.3 ) ℃
分子中羟基越多形成的氢键越多,如:
bp 197 125 84℃ ℃ ℃ CH3CH2SH 的 Pka=10.5 ,而 CH3CH2OH
Pka=17 硫醇的酸性比醇强
1. 制备:( 1 ) 烯烃的水合 (A) 直接水合(遵循马氏)
HOOH
H3COOH H3CO
OCH3
+ NaOH Ch3CH2S Na H2OCH3CH2SH
(B) 间接水合 ( a )加硫酸(遵循马氏)
2HC CH2 +H3PO4
OH
2HC CHCH3 +H3PO4 OH
H2O
H2O
H2C CH2 + OSO2OH
H2C CHCH3+OSO2OH
OH
OH
H3C
H3C
OSO2OH+
H3C
H3C
H3C
OHH3C
H2SO4
H2SO4
H2SO4
( b )硼氢化 - 氧化(反马氏)
(2) 卤代烃的水解
(3) 羰基化合物的还原
H2C CH2 +
H2C CHCH3+
B2H6 OH
+[(CH3)2CHCH2]3B
(CH3CH2)3BH2O2
OH
(CH3CH2CH2)3BH2O2
OHOH
(CH3)2CHCH2OH
B2H6
B2H6
R X + H2O ROHOH
R H
O[H]
R OH
R R'
O[H]
R R'
OH
R OH
O
[H]RCH2OH
R OR'
O[H]
R'OHRCH2OH +
醛酮的还原:①催化加氢 /Pd 、 Pt 、Ni ,② NaBH4( 不还原碳碳双键、碳碳叁键、氰基、硝基 ) , LiAlH4 (不还原碳碳双键、碳碳叁键)
羧酸、酯的还原:①催化加氢 /Pd 、 Pt 、
Ni ,② LiAlH4
(4) 格氏反应 醛和酮与 Grignard 试剂( RMgX )
发生加成反应,加成产物水解生成醇。
甲醛与 RMgX 反应用于合成伯醇;其它醛与 RMgX 反应用于合成仲醇; 酮与 RMgX 反应用于合成叔醇。 3 . 反应: (1) 与活泼金属的反应( Na 、 K 、 A
l )
R
(R')HO R''MgX
R
(R')H R''
OMgX+
R
(R')H R''
OH
(2) 与卤化氢的反应: Lucas 试剂
CH3OH + Na CH3ONa H2+
CH3CH2OH + Na CH3CH2ONa H2
(CH3)CHOH + Al [(CH3)2CHO]3Al H2+
+
(CH3)3COH + K (CH3)3COK H2+
R-OH + HX R-X H2O+
HX = HI, HBr, HCl 活性依次减弱。Lucas 试剂(浓盐酸 / 无水氯化锌)
叔醇 〉仲醇 〉伯醇
OH
ŨHCl/ÎÞË® ZnCl2
Cl+ H2O
ŨHCl/ÎÞË® ZnCl2+ H2O
OH ŨHCl/ÎÞË® ZnCl2+ H2O
OHCl
20 1min¡æ,
20 10min¡æ,
20 1h²» Æð×÷Óáæ,
Cl
R OH SOCl2+ R Cl + SO2 + HCl
(3) 与无机酸成酯 ---- 硝酸甘油酯
CH2OH
HC
CH2OH
OH
CH2ONO2
HC
CH2ONO2
ONO2+ HNO3H2O+3 3
( 4 )脱水反应
CH3OH + H2SO4 CH3OSO2OH H2O+
¼õѹÕôÁó
CH3OSO2OCH3+ H2SO4
2 2 2 2
CH3CH2OHŨH2SO4
170 ¡æ
H2C CH2 H2O+
ŨH2SO4 140 ¡æ
CH3CH2OCH2CH3
扎依采夫规则:脱去的是羟基和含氢较少的碳上的氢。
(4) 氧化和脱氢( KMnO4/H2SO4 、 Na2Cr2O7/H2SO4 、 Cu )
H3CC
CH2
CH3
OH
ŨH2SO4
100 ¡æ H3C
HC
CH
CH3+ H2C
HC
CH2
CH3
Ö÷Òª²ú Îï
RCH2OH RCHO[O] [O]
RCOOH
(6) 邻二醇的氧化开裂
R'
CH
R
OH
R'
C
R
O[O]
RCHOCu
+RCH2OH H2
R'
CH
R
OH
R'
C
R
OCu
+ H2
二、酚1 .制备:( 1 )磺化碱熔
OH OH
+ HIO4 O O+ + +HIO3 H2O
H2SO4
SO3H
NaOH
SO3Na
¹ÌÌåNaOH300-320 ¡æ
ONa
H
OH
(2) 芳卤的水解
2. 反应:( 1 )酸性(与醇对比) 苯酚的 pKa=10 ,它的酸性比醇强(乙醇的
pKa=17 ;环己醇的 pKa=18 ),比碳酸弱( pKa=6.38 )
Cl
NaOH+
Cu
20MPa320-350 ,
ONa
H
OH
(2) 与溴水反应
OH
NaOH+
ONa
+ H2O
ONa
CO2+
OH
+ NaHCO3+ H2O
(3) 酚羟基上的反应(与酰氯、酸酐成酯)
OHOH
Br Br
Br
HBr+ 3 Br2
3+
OH
+
OCOR
H2O+RCOOH
OH
+
OCOR
RCOOH+(RCO)2O
OH
+
OCOR
HCl+RCOCl
三、醚 1 .制备: (1) 醇分子间脱水(制备单醚)
(2)Williamson 醚的制备
乙基叔丁基醚的制备:
ROH2H2SO4 ROR H2O+
R-X + R'ONa ROR' + NaX
(CH3)3C-Cl + CH3CH2ONa
(CH3)3CONa + CH3CH2Cl (CH3)3COCH2CH3 + NaCl
OH
+ NaOH
ONa
R-X
OR
OH
+ NaOH
ONa
CH3I
OCH3
»òMe2SO4
2 .反应: (1) 醚键的开裂
R O R'H2SO4 R O R'
H
HSO4
HBr
HI R O R'
H
Br
R O R'
H
I
´ó
´ó С
С R O H R Br+´ó С
R O H R I+´ó С
¹ýÁ¿HBr
¹ýÁ¿HI
R Br H R Br+´ó С
R I R I+´ó С
环氧乙烷的开裂: 酸催化开裂:
OH
+
OCH3
CH3I
O
H
O
H
H2O
ROH
RSH
OH
OH2
H
OH
OH
OH
OHR
H
OH
OR
OH
SHR
H
OH
SR
OH
Cl
HCl
碱催化开裂:
H2O
OH
OH
OMgX
R
RMgX
O
OH
O
OH O OO
OH O
RNH2 ONH2R HO
NHR
O
OHN
HO
R
ROHH2O
n¾ÛÒÒ¶þ´¼
不对称环氧化合物的开裂:
O
ROH
OR H
OH
RNH2
OH
NHR
四、羰基化合物 1. 命名
CHO¦Á¦Â
¦Ã¦Ä1
2
34
5
6
O
¦Á
¦Â
¦Ã¦Á
¦Â
¦Ã
CHO O
4- 甲基戊醛( γ- 甲基戊醛) 4- 甲基 -2- 戊酮(衍生物命名: 甲基异丁基(甲)酮)
2 .制备: ( 1 )醇的氧化和脱氢
常用的氧化剂:重铬酸钾 / 硫酸;高锰酸钾 / 硫酸。
常用的脱氢催化剂: Cu , Ag , Ni 等。
RCH2OH RCHO[O]
R'
CH
R
OH
R'
C
R
O[O]
伯醇用上述氧化剂氧化易被进一步氧化为酸,只适应制备低级的挥发性高的醛(采用边滴加边蒸馏)。三氧化铬 - 吡啶络合物为弱的氧化剂,氧化伯醇只停留在醛的阶段。如果分子中存在碳碳不饱和键,对于仲醇选用丙酮 - 异丙醇铝为氧化剂( Oppenauer 氧化),对于伯醇选用三氧化铬 - 吡啶络合物。烯丙醇和苄醇选用活性二氧化锰。
( 2 )炔烃的水合
(2) 傅克酰基化反应
R R H2SO4 CH2RC
R
OHg
Ar-H + RCOClAlCl3
ArCOR
»ò(RCO)2O
3 .反应: ( 1 ) 亲核加成( HCN 、 NaHSO3 、
醇、格氏试剂、氨的衍生物) ( A )与氢氰酸的加成反应 脂肪族酮发生加成反应,生成 α– 羟基腈(及氰醇)
R
(R')HO HCN
R
(R')H CN
OH+
由于 HCN 为弱酸,加入碱使其离解为 CN- ,从而加速反应。
(B) 与亚硫酸氢钠的加成反应 大多数醛和脂肪族甲基酮能与亚硫酸
氢钠发生加成反应,生成 α– 羟基磺酸。
α– 羟基磺酸易溶于水,但不溶于饱和的亚硫酸氢钠溶液,故可用于鉴别醛和酮。
R
(R')HO +
R
(R')H SO3H
ONaS
ONa
O
OH
R
(R')H SO3Na
OH
(C) 与醇的加成反应 在无水 HCl 或其它无水强酸的催化下,
醛(酮)与一分子醇反应生成半缩醛(半缩酮),进一步与一分子醇缩合生成缩醛(缩酮)。
R
(R')HO R''OH+
R
(R')H OR''
OHHCl
R
(R')H OR''
OR''
由于缩醛(缩酮)对氧化剂和碱稳定,可以用来保护羰基,等反应结束后在酸的水溶液中加热水解去掉保护,重生羰基。
D) 与 Grignard 试剂的加成反应 醛和酮与 Grignard 试剂( RMgX )
发生加成反应,加成产物水解生成醇。 R
(R')HO R''MgX
R
(R')H R''
OMgX+
R
(R')H R''
OH
甲醛与 RMgX 反应用于合成伯醇;其它醛与 RMgX 反应用于合成仲醇; 酮与 RMgX 反应用于合成叔醇 (E) 与氨的衍生物加成反应醛和酮与氨的衍生物(羟胺、肼、 2,4-
二硝基苯肼、氨基脲)作用,分别生成肟、腙、 2,4- 二硝基苯腙、缩氨尿。
醛、酮与氨的衍生物的反应,除了合成意义外,常常用于羰基化合物的鉴别与分离。因为反应后的生成物大部分是
H(R')
R
O + NH2Y
H(R')
RO
NH2Y
H(R')
ROH
NHY
H2O
H(R')
R
N Y
Y= OH NH2 NH2CONH2 NO2
NO2
HN
固体,且具有一定的熔点,可利用来鉴别醛、酮。在稀酸作用下,又水解成原来的醛、酮,可利用来分离和提纯醛、酮
(2) 氢的活泼性:
(A) 烯醇互变异构
RR'
OB
RR'
O
RR'
O
[ ]
RR'
O¦Ä
¦Ä
H H
RR'
O
RR'
OH
(B) 羟醛缩合反应 在稀碱存在下,两分子醛(酮)相互
作用,一分子的 α 氢加到另一分子的羰基的氧原子上,而其余部分加到另一分子的羰基的碳原子上,生成 α– 羟基醛(酮), α– 羟基醛(酮)受热生成 α ,β- 不饱和醛(酮)。
RCH2CHO
OHRCHCHO
RCH2CHO
RCH2CH(OH)CHCHO
R
RCH2CH=CHCHOR
含 α 氢的两种醛(酮)之间的产物有四种在合成中没有意义;如果两者之一不含 α 氢(如甲醛、苯甲醛、糠醛),则产物为两种,在合成中有着重要意义。
( C )醛与硝基化合物的缩合 (不含的 α 氢醛)
Ar CHO + R NO2Ar CH
OH
CHNO2R
( D )酮与不含 α 氢酯的缩合 不含 α 氢酯:苯甲酸酯、甲酸酯、碳
酸酯、草酸二酯等
( E ) Mannich 反应
R COCH2R + Ar COOCH3 R COCHR
COAr
R COCH2R + H COOCH3 R COCHR
CHO
C2H5ONa
C2H5ONa
R COCH2R + C2H5OOC COOC2H5 R COCHR
COCOOC2H5
C2H5ONa
H3CO HCHO+ HN(CH3)2
CHH3C
O
CH2N(CH3)2
R
R
+ +
( F )卤代及卤仿反应 卤代反应: p286.4.
卤仿反应:
R CH
O
R'H
+ X2 R CH
O
R'XH or OH
R CH3
O
+ OX R O
O+ CHX3
具有 CH3CO- 结构的醛、酮, CH3CH
(OH)- 结构的醇能发生卤仿反应。由于碘仿是不溶于水的黄色的固体,且具有特殊的气味,可用于鉴别。
1 . 氧化还原反应( 1 ) 氧化反应醛易被氧化,可被弱的氧化剂 Fehling 试
剂(以酒石酸盐为络合剂的碱性氢氧化铜)或 Tollen 试剂(硝酸银的氨溶液)氧化,而碳碳不饱和键双键不受影响。
RCHO + Cu(OH)2 + NaOH RCOONa
+Cu2O
RCHO + Ag(NH3)OH RCOONH4 +
Ag 酮不易被氧化,在强烈氧化条件下,发生
碳碳键的氧化开裂,一般在合成上没有意义 ( 1 ) 还原反应( A )催化氢化
醛、酮在 Ni 、 Cu 、 Pt 、 Pd 等的催化作用下与氢反应生成醇。
(B) 金属氢化物还原 (C) Clemmenson 还原 醛和酮用锌汞齐加盐酸可还原为烃。
R R'
OR R'
H OH
+ H2
catalyst
ArCORZn/Hg
HClArCH2R
(D) Wolff-Kishner-黄鸣龙 醛和酮与肼在高沸点溶剂如一缩二乙
二醇中,首先与肼生成腙,腙在碱性条件下加热失去氮,羰基转变为亚甲基。
Clemmenson 还原和 Wolff-Kishner-黄鸣龙还原都可将羰基还原为亚甲基,前者在酸性性条件下进行,后者在强碱条件下进行,根据反应物分子中其它基团对反应条件的要求,选择使用。
ArCORNH2NH2,NaOH
ArCH2RO(CH2CH2OH)2
(E) Cannizzro 反应 不含氢的醛在浓碱存在下,发生自身
的氧化还原 -歧化反应,一分子还原为醇,另一分子氧化为酸。
RCHO + 浓 NaOH RCOONa +RCH2OH
CH3H3C
O700~750 ¡æ
H2C C O
OHH3C
O
AlPO4
700¡æH2C C O
+ CH4
+ H2O
(4) 乙烯酮及双乙烯酮的反应
制备:
反应:
H2C C O
H2O
ROH
RCOOH
HX
NH2R
CH3COOH
CH3COOR
CH3COOCOR
CH3COX
CH3CONHR
C
H2C C
OH2C
O
1.加成反应
2.聚合反应
COOH
A
OCH3
BO
OCH3
CH3CH2Br
CH3CH2ONaC
HBrD
NaOH
NCl
OO
N
MgBr
EHCl
CH3OHO
N
F
G
SOCl2
2) H
1)
练习题:
1 .他莫昔芬( Tamoxifen )是一种合成的非甾体类三苯乙烯衍生物,由帝国化学工业公司研究开发,具有抗雌激素和雌激素样双重作用,主要用于治疗乳腺癌,其合成的路线如下:
题目要求:
( 1 )写出A 、 B 、 C 、 D 、 E 的结构式或
化学式;
( 2 )写出的制备方法;
( 3 )化合物 G 是否有顺反异构,并用 Z/E 法标出;
( 4 )用“*”标出 E 、 F 的手性碳。
CHO
CH3CHO
OHA
CH2OHB
HCl/ZnCl2C
CH3
Cl2
¹â ÕÕ
NHHN1mol
D
EAlCl3
FBr2
¹â ÕÕG
D G+ N N
2 . 桂利嗪是钙拮抗剂类周围血管扩张
药,其合成路线如下:
题目要求:
( 1 )写出 A 、 B 、 C 、 D 、 E 、 F 、 G 的结构式;
( 2 ) 标出桂利嗪分子的手性碳,是否有顺反异构,并用 Z/E法标出。
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