有机化学课件第六章碳氧单键化合物
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Chapter 6 碳氧单键化合物
乙醇(CH3CH2OH)
秸秆转化为燃料乙醇路线图
3
乙醇(CH3CH2OH)
吉林燃料乙醇有限责任公司生产 燃料乙醇的主装置
车用乙醇汽油的一般工艺流程
第六章 碳氧单键化合物 一、碳氧单键化合物的分类与命名 二、碳氧单键化合物的结构特征 三、碳氧单键化合物的物理性质 四、碳氧单键化合物的亲核取代和消除反应(重点)
C―O―C 醚键
.1 醇的分类与命名 脂肪烃中氢被羟基(―OH)取代后得到的化合物称为醇(alcohol) 1).醇的分类 按羟基多少，可分为一元醇，二元醇和多元醇。 按照与羟基相连的C原子，可分为伯、仲、叔醇。 根据醇分子中烃基的类别,可分为脂肪醇和芳香醇。 脂肪醇中又可分为饱和醇和不饱和醇。
2） 醇的命名
CH3CH2CH2 CH CH2CH3 OCH3 3-甲氧基己烷
O CH3 苯甲醚
O 1,4-环氧丁烷
O
O O O O 18-冠-6 O O
O 1,4-二氧六环
10
第二节 碳氧单键化合物的结构特征
a c δO —H
1. 醇的结构
β C b
H
α δ+ C
C－O及O－H 键都是强极性键
a. C-O键断裂：——亲核取代反应 b. C－H和C－O键断裂：——消除反应 c. O－H键断裂：——酸碱性和氧化反应 醇分子中存在极性O－H键，故醇有一定的酸性。 若存在α-H，则醇可脱去α-H和羟基H，即发生氧化反应。
1、物理性质 含 C—O 单键的化合物分子间的作用力比烃大。醇和酚分子间能形成氢 键；醚分子间不能形成氢键；它们都能与水形成氢键。 醇和酚的沸点比含同数C原子的烃要高得多，醚的沸点同分子量相同 的烷烃相差不大。 醇酚醚分子中，烃基的存在对分子的缔合有阻碍作用。随着烃基的加 大，它们的沸点与相应的烃越来越接近。 醇酚醚与水之间形成氢键，在水中都有一定的溶解度。随着烃基的加 大，它们在水中溶解度逐渐减小。化合物中所含羟基越多，熔、沸点和水 中的溶解度加大。
O O N O
15
2、 光谱特征 红外光谱 游离羟基O―H：3650~3580cm-1 ；缔合O―H： 3500~3200 cm-1 C―O伸缩振动：1260~1000 cm-1 。
C―O―C不对称伸缩振动：1275~1600cm-1 。 质子核磁共振谱 醇酚活泼氢的化学位移
化合物类型 醇 活泼氢的化学位移 0.5~5.5 化合物类型 酚(有分子内氢键) 活泼氢的化学位移 10.5~16
1. 醇与氢卤酸反应——SN
酚
4~8
烯醇(有分子内氢键)
15~19
醇和脂肪醚：氧的邻碳质子化学位移为3~4ppm 芳香醚：氧的邻碳质子化学位移3.5~4.5ppm。
16
(a)
CH3 CH2 OH
(b)
(c)
(a)
(b) (c)
TMS
9
8
7
6
5
δ
4
H
3
2
1
0
(ppm)
乙醇的1HNMR
17
第四节 碳氧单键化合物的亲核取代和消除反应(重点)
对称醚命名时，在二个基团的名称后加上醚字。
混合醚的命名，遵循以下原则： 1 烃基中有一个是芳香基时，芳香基在前，其它烃基在后来命名。 2 两个烃基都是非芳香基时，简单的烃基在前，复杂的烃基在后来命名。 3 结构比较复杂的醚，可以把简单烃基和氧作为烷氧基将较复杂的烃基当作 母体来命名。
简单环醚的命名方法是叫“环氧某烷”。 冠醚的命名常常根据成环的总原子数m和其中所含的氧原子数n称为m冠-n。 9
一、断裂C-O单键的反应—— 亲核取代反应
ROH + HX ROR + HX
RX + RX +
H2O ROH
1）酚中由于p-π共轭，只有在强烈条件下才能发生碳氧键的断裂。 因此，碳氧键断裂的反应主要是醇和醚的反应。 2）醇和醚OH―或OR―离去能力弱，反应需强酸性，先形成钅羊盐，离去 基团是H2O或ROH。
OH OCH3
CHO OH 邻羟基苯甲醛
邻甲氧基苯酚
8
3 醚的分类与命名 醚是由氧原子连结两个烃基而成的化合物。通式为 R—O － R 或 Ar— O—R或Ar—O—Ar 。如果醚的两个基团相同，叫对称醚，两个基团不同 的叫不对称醚或混合醚。 由氧原子与C原子共同构成一个环的结构称为环醚。 由三个以上的―OCH2CH2―重复单元组成的多氧大环化合物叫做冠醚
14
形成分子内氢键的化合物，溶解度和熔沸点都比较低。例如：
邻硝基取代酚 溶解度 沸点(70mmHg) 0.2g/100mlH2O 100℃ 间硝基取代酚 1.35g/100mlH2O 194℃
结晶醇的形成
低级醇能跟一些无机盐形成结晶醇或醇化物。结晶醇不溶于有机溶剂而溶 于水。在有机合成工业和实验中常利用醇的这一性质来除出有机化合物中的 少量醇。 H
2.酚的结构
a
b
H
O ——H
a. C-H键断裂：——亲电取代反应
b. O－H键断裂：——酸碱性和氧化反应 【注意】 O原子的p轨道与芳环形成p-π共轭体系，增强了 C－O键的稳定性，故不易发生象醇那样的消去 和亲核取代反应 酚的酸性比醇强；这个共轭作用又增加了芳环的电子云密度，有利 于芳环上的亲电取代反应。
五、碳氧单键化合物其它化学性质(重点)
六、碳氧单键化合物的制备
第一节 碳氧单键化合物的分类与命名
碳氧单键化合物类型 类 型 官能团 官能团名称 通 式 实 例
醇
酚 醚
―OH
―OH, Ar―
羟基
羟基，芳基
ROH
ArOH ROR, ROAr, ArOAr
CH3OH甲醇
C6wk.baidu.com5OH苯酚 C6H5OCH3 苯甲醚
3.醚的结构
a b
H
O ——C
C
O— C
a. C-H键断裂：——亲电取代反应 b. C－O键断裂：——亲核取代反应 【注意】 1)芳基醚中无O－H键，故无酸性;芳环上的亲电取代反应容易发生， 且难发生C－O键断裂类型的反应 2)烃基醚中无O－H键，无酸性，能发生亲核取代反应，难氧化。
第三节 碳氧单键化合物的物理性质
醇的系统命名法，选择含有羟基的最长碳连为主链，把支链看作取代基 多元醇的命名要选取带尽可能多的羟基的碳链作为主链。
CH3CH2CH CHCH 3 OH H3C 3-甲基-2-戊醇
OH OH 顺-1,2-环己二醇
7
2 酚的命名 羟基直接与苯环的sp2杂化碳原子相连的有机化合物称为酚。 酚类命名，通常以酚作母体。
乙醇(CH3CH2OH)
秸秆转化为燃料乙醇路线图
3
乙醇(CH3CH2OH)
吉林燃料乙醇有限责任公司生产 燃料乙醇的主装置
车用乙醇汽油的一般工艺流程
第六章 碳氧单键化合物 一、碳氧单键化合物的分类与命名 二、碳氧单键化合物的结构特征 三、碳氧单键化合物的物理性质 四、碳氧单键化合物的亲核取代和消除反应(重点)
C―O―C 醚键
.1 醇的分类与命名 脂肪烃中氢被羟基(―OH)取代后得到的化合物称为醇(alcohol) 1).醇的分类 按羟基多少，可分为一元醇，二元醇和多元醇。 按照与羟基相连的C原子，可分为伯、仲、叔醇。 根据醇分子中烃基的类别,可分为脂肪醇和芳香醇。 脂肪醇中又可分为饱和醇和不饱和醇。
2） 醇的命名
CH3CH2CH2 CH CH2CH3 OCH3 3-甲氧基己烷
O CH3 苯甲醚
O 1,4-环氧丁烷
O
O O O O 18-冠-6 O O
O 1,4-二氧六环
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第二节 碳氧单键化合物的结构特征
a c δO —H
1. 醇的结构
β C b
H
α δ+ C
C－O及O－H 键都是强极性键
a. C-O键断裂：——亲核取代反应 b. C－H和C－O键断裂：——消除反应 c. O－H键断裂：——酸碱性和氧化反应 醇分子中存在极性O－H键，故醇有一定的酸性。 若存在α-H，则醇可脱去α-H和羟基H，即发生氧化反应。
1、物理性质 含 C—O 单键的化合物分子间的作用力比烃大。醇和酚分子间能形成氢 键；醚分子间不能形成氢键；它们都能与水形成氢键。 醇和酚的沸点比含同数C原子的烃要高得多，醚的沸点同分子量相同 的烷烃相差不大。 醇酚醚分子中，烃基的存在对分子的缔合有阻碍作用。随着烃基的加 大，它们的沸点与相应的烃越来越接近。 醇酚醚与水之间形成氢键，在水中都有一定的溶解度。随着烃基的加 大，它们在水中溶解度逐渐减小。化合物中所含羟基越多，熔、沸点和水 中的溶解度加大。
O O N O
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2、 光谱特征 红外光谱 游离羟基O―H：3650~3580cm-1 ；缔合O―H： 3500~3200 cm-1 C―O伸缩振动：1260~1000 cm-1 。
C―O―C不对称伸缩振动：1275~1600cm-1 。 质子核磁共振谱 醇酚活泼氢的化学位移
化合物类型 醇 活泼氢的化学位移 0.5~5.5 化合物类型 酚(有分子内氢键) 活泼氢的化学位移 10.5~16
1. 醇与氢卤酸反应——SN
酚
4~8
烯醇(有分子内氢键)
15~19
醇和脂肪醚：氧的邻碳质子化学位移为3~4ppm 芳香醚：氧的邻碳质子化学位移3.5~4.5ppm。
16
(a)
CH3 CH2 OH
(b)
(c)
(a)
(b) (c)
TMS
9
8
7
6
5
δ
4
H
3
2
1
0
(ppm)
乙醇的1HNMR
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第四节 碳氧单键化合物的亲核取代和消除反应(重点)
对称醚命名时，在二个基团的名称后加上醚字。
混合醚的命名，遵循以下原则： 1 烃基中有一个是芳香基时，芳香基在前，其它烃基在后来命名。 2 两个烃基都是非芳香基时，简单的烃基在前，复杂的烃基在后来命名。 3 结构比较复杂的醚，可以把简单烃基和氧作为烷氧基将较复杂的烃基当作 母体来命名。
简单环醚的命名方法是叫“环氧某烷”。 冠醚的命名常常根据成环的总原子数m和其中所含的氧原子数n称为m冠-n。 9
一、断裂C-O单键的反应—— 亲核取代反应
ROH + HX ROR + HX
RX + RX +
H2O ROH
1）酚中由于p-π共轭，只有在强烈条件下才能发生碳氧键的断裂。 因此，碳氧键断裂的反应主要是醇和醚的反应。 2）醇和醚OH―或OR―离去能力弱，反应需强酸性，先形成钅羊盐，离去 基团是H2O或ROH。
OH OCH3
CHO OH 邻羟基苯甲醛
邻甲氧基苯酚
8
3 醚的分类与命名 醚是由氧原子连结两个烃基而成的化合物。通式为 R—O － R 或 Ar— O—R或Ar—O—Ar 。如果醚的两个基团相同，叫对称醚，两个基团不同 的叫不对称醚或混合醚。 由氧原子与C原子共同构成一个环的结构称为环醚。 由三个以上的―OCH2CH2―重复单元组成的多氧大环化合物叫做冠醚
14
形成分子内氢键的化合物，溶解度和熔沸点都比较低。例如：
邻硝基取代酚 溶解度 沸点(70mmHg) 0.2g/100mlH2O 100℃ 间硝基取代酚 1.35g/100mlH2O 194℃
结晶醇的形成
低级醇能跟一些无机盐形成结晶醇或醇化物。结晶醇不溶于有机溶剂而溶 于水。在有机合成工业和实验中常利用醇的这一性质来除出有机化合物中的 少量醇。 H
2.酚的结构
a
b
H
O ——H
a. C-H键断裂：——亲电取代反应
b. O－H键断裂：——酸碱性和氧化反应 【注意】 O原子的p轨道与芳环形成p-π共轭体系，增强了 C－O键的稳定性，故不易发生象醇那样的消去 和亲核取代反应 酚的酸性比醇强；这个共轭作用又增加了芳环的电子云密度，有利 于芳环上的亲电取代反应。
五、碳氧单键化合物其它化学性质(重点)
六、碳氧单键化合物的制备
第一节 碳氧单键化合物的分类与命名
碳氧单键化合物类型 类 型 官能团 官能团名称 通 式 实 例
醇
酚 醚
―OH
―OH, Ar―
羟基
羟基，芳基
ROH
ArOH ROR, ROAr, ArOAr
CH3OH甲醇
C6wk.baidu.com5OH苯酚 C6H5OCH3 苯甲醚
3.醚的结构
a b
H
O ——C
C
O— C
a. C-H键断裂：——亲电取代反应 b. C－O键断裂：——亲核取代反应 【注意】 1)芳基醚中无O－H键，故无酸性;芳环上的亲电取代反应容易发生， 且难发生C－O键断裂类型的反应 2)烃基醚中无O－H键，无酸性，能发生亲核取代反应，难氧化。
第三节 碳氧单键化合物的物理性质
醇的系统命名法，选择含有羟基的最长碳连为主链，把支链看作取代基 多元醇的命名要选取带尽可能多的羟基的碳链作为主链。
CH3CH2CH CHCH 3 OH H3C 3-甲基-2-戊醇
OH OH 顺-1,2-环己二醇
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2 酚的命名 羟基直接与苯环的sp2杂化碳原子相连的有机化合物称为酚。 酚类命名，通常以酚作母体。