有机化学课件第七章碳氧双键化合物(一)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Chapter 7
碳氧双键化合物(一)
第七章 碳氧双键化合物(一)
一、碳氧双键化合物的结构
二、碳氧双键化合物的酸性 三、碳氧双键化合物的亲核加成和取代反应 (重点和难点) 四、不饱和羰基化合物 五、碳氧双键化合物的氧化还原反应
第一节 碳氧双键化合物的结构
1.分类
碳氧双键 化合物
醛：羰基碳原子与氢原子相连的化合物。 酮：羰基碳原子与两个碳原子相连的化合物。 醌：具有特殊环状的不饱和二酮。 羧酸：含有羧基的化合物。 酰氯：羧酸的羟基被卤素取代的化合物。 酸酐：两分子羧酸脱水形成的产物。 羧酸衍生物 羧酸酯：羧酸和醇分子之间脱水形成的产物。 酰胺：羧酸和氨(胺)分子之间脱水形成的产物。 腈：含有碳氮三键的有机化合物。
O CH3CH2CH2 H O H CH3CH2 O CH3
丁醛
2-甲基丙醛
2-丁酮
3. 命名
醛、酮、羧酸的系统命名法是选择含有羰基或羧基的最长 碳链作为主链，并从靠近羰基或羧基的一端开始编号。
O CH 3 CH 3CH 2 2 CH 3 4 3 1 2-丁酮 2-苯基丙醛 O H CH 3CH 2 3 2 O 1
1800~1710 ~1725
腈 CH3CN 乙腈
酯 CH3COOCH3 乙酸甲酯
O CH3 CH3 CH3C N
CCH2CH3
COOCH3
环己(基)甲酸甲酯
马来酐
O C C N CH3 O
乙丙酐
OC2H5 H C
N,N-二甲基乙酰胺
OC2H5
OC2H5
C O
己内酯
O
C NH
己内酰胺
O
N-甲基邻苯二甲酰亚胺
原甲酸三乙酯
碳原子的位置也可用希腊字母表示。
二元羧酸都是晶体，极性比一元酸强，它们的熔点比 一元酸高，在水中的溶解度也比一元酸大。 二元羧酸的顺反异构体的熔点和溶解度与它们的结构 有关。反式丁烯二酸的对称性比顺式丁烯二酸好，极性较小， 同时，顺式丁烯二酸能形成分子内氢键。因此，反式丁烯二 酸的熔点(287℃)比顺式(130℃)高，但顺式丁烯二酸的溶解 度大。 最简单的羧酸是甲酸HCOOH。它同时具有醛和酸的性质。
R O ...... H R C N R H...... O N C R
δ CH ..... O 3 δ δ ............ O H C N CH3 H C
CH3 δ ..... N CH3
直链饱和一元羧酸的熔点随碳原子数目增加呈锯齿状增 高，含偶数碳原子的酸的熔点高于邻近两个奇数碳原子的酸。
CH3(CH2)7CH
CH(CH 2)7COOH
9-十八碳烯酸(油酸) 或9-十八碳烯酸
12-羟基-9-十八碳烯酸(蓖麻油酸)
羧酸衍生物的名称从相应的羧酸名称获得。
酸 CH3COOH 乙酸
O O O
酰氯 CH3COCl 乙酰氯
O CH3C O O
酸酐 (CH3CO)2O 乙酐
酰胺 CH3CONH2 乙酰胺
羰基化合物
O R
O R NH2
波数/cm-1 1725~1700
羰基化合物 ArCHO
波数/cm-1 ~1700
OH
1680~1630
1740~1715
OR'
O
R2C=O
C=C－CHO ArCOR C=C－CO－C
~1710
~1685 ~1690 ~1675
O R
O R O
1815~1765
R
O R Cl
O O O C H 醛
O C R OH 羧酸 R O C X 酰卤 R
O
R
C R
R 酮
O C
O 醌
O O 酸酐 C R R O C OR' 羧酸酯 R O C NR2 酰胺 R C 腈 N
C R' R 碳氧双键化合物 (羰基化合物)
共轭碳氧双键化合物 O 不饱和碳氧双键化合物 脂肪族碳氧双键化合物 饱和碳氧双键化合物 O 芳香族碳氧双键化合物
CH3 O
6 7
5
H
4
3
2
1 O
1-环己基-1-丙酮
1-苯基-1-乙酮(苯乙酮)
3-甲基-5-庚炔醛
H
CH3C CH3 CHCOOH
H C C CO-甲基-2-丁烯酸
3-(4-氯苯基)-丁酸
(Z)-丁烯二酸(马来酸)
OH CH3(CH2)5CHCH 2CH CH(CH 2)7COOH
H O O
δ
γ
β
α
γ
β
α
α '
β '
γ '
4.物理性质
沸点、熔点、比重、溶解度比分子量相近的非极性化合物高。随着烃 基加大，差别变小。 碳氧双键化合物在水和醇中有一定溶解度；随着烃基 加大，在水和醇中溶解度变小。 醛酮本身不能形成分子间的氢键，它们的沸点、熔点比相同分子量的醇 要低。
羧酸分子间能形成氢键，因此，羧酸的熔、沸点很高。低级羧酸在固态、 液态都以二聚形式存在，它们的沸点比分子量相同的醇还要高，甲酸在气态也以 二聚体存在。 酰氯、酯的沸点比羧酸低。 酰胺分子间可以通过氢键而形成高度缔合分子，酰胺的沸点高于相应羧 酸。随着氮原子上的氢被烃基取代，氮取代酰胺的缔合程度减小，沸点降低。但 是氮取代酰胺仍可以通过偶极缔合而形成缔合分子。因此，N,N一二取代酰胺的 沸点仍高于相应羧酸。
例如： CHO 苯甲醛 CH3 C H 例如： 乙醛 CH2 CH C H 例如： 丙烯醛
碳氧双键化合物
非共轭碳氧双键化合物
CH2 例如： CH CH2 3-丁烯醛 O CH
2. 同分异构现象
醛、羧酸及其衍生物的同分异构是由碳干异构引起的。而酮的同分异构现 象除由碳链变化引起的碳干异构外，羰基所在位置不同，也会引起异构现象。 同类型的醛和酮具有相同的分子通式。
5.光谱特征
红外光谱(IR)
C=O伸缩振动的强谱带出现在1700cm—1附近，醛基 O=C—H在2720cm-1附近有一个特征的C-H伸缩振动谱带。
波长 (μ m)
2.5 3 4 5 6 7 8 9 10 12 15 20 30 40
吸收
1
2
5 4
3
4000 3500 3000 2500 2000 1600 1800 -1 波数 (cm ) 1400 1200 1000 800 600 400 200
图7.1 苯甲醛红外光谱图 1.芳烃 4.芳环
C C
H伸 缩 振 动 C伸 缩 振 动
2.醛基
C
H伸 缩 振 动
3. C
O伸 缩 振 动
5.芳环 C
O共 轭 ， 环 振 动 吸 收 ~1580cm-1
υC＝O = 1690-1750 cm-1
不同结构的碳氧双键化合物的C=O伸缩振动吸收谱带位置不同。
碳氧双键化合物(一)
第七章 碳氧双键化合物(一)
一、碳氧双键化合物的结构
二、碳氧双键化合物的酸性 三、碳氧双键化合物的亲核加成和取代反应 (重点和难点) 四、不饱和羰基化合物 五、碳氧双键化合物的氧化还原反应
第一节 碳氧双键化合物的结构
1.分类
碳氧双键 化合物
醛：羰基碳原子与氢原子相连的化合物。 酮：羰基碳原子与两个碳原子相连的化合物。 醌：具有特殊环状的不饱和二酮。 羧酸：含有羧基的化合物。 酰氯：羧酸的羟基被卤素取代的化合物。 酸酐：两分子羧酸脱水形成的产物。 羧酸衍生物 羧酸酯：羧酸和醇分子之间脱水形成的产物。 酰胺：羧酸和氨(胺)分子之间脱水形成的产物。 腈：含有碳氮三键的有机化合物。
O CH3CH2CH2 H O H CH3CH2 O CH3
丁醛
2-甲基丙醛
2-丁酮
3. 命名
醛、酮、羧酸的系统命名法是选择含有羰基或羧基的最长 碳链作为主链，并从靠近羰基或羧基的一端开始编号。
O CH 3 CH 3CH 2 2 CH 3 4 3 1 2-丁酮 2-苯基丙醛 O H CH 3CH 2 3 2 O 1
1800~1710 ~1725
腈 CH3CN 乙腈
酯 CH3COOCH3 乙酸甲酯
O CH3 CH3 CH3C N
CCH2CH3
COOCH3
环己(基)甲酸甲酯
马来酐
O C C N CH3 O
乙丙酐
OC2H5 H C
N,N-二甲基乙酰胺
OC2H5
OC2H5
C O
己内酯
O
C NH
己内酰胺
O
N-甲基邻苯二甲酰亚胺
原甲酸三乙酯
碳原子的位置也可用希腊字母表示。
二元羧酸都是晶体，极性比一元酸强，它们的熔点比 一元酸高，在水中的溶解度也比一元酸大。 二元羧酸的顺反异构体的熔点和溶解度与它们的结构 有关。反式丁烯二酸的对称性比顺式丁烯二酸好，极性较小， 同时，顺式丁烯二酸能形成分子内氢键。因此，反式丁烯二 酸的熔点(287℃)比顺式(130℃)高，但顺式丁烯二酸的溶解 度大。 最简单的羧酸是甲酸HCOOH。它同时具有醛和酸的性质。
R O ...... H R C N R H...... O N C R
δ CH ..... O 3 δ δ ............ O H C N CH3 H C
CH3 δ ..... N CH3
直链饱和一元羧酸的熔点随碳原子数目增加呈锯齿状增 高，含偶数碳原子的酸的熔点高于邻近两个奇数碳原子的酸。
CH3(CH2)7CH
CH(CH 2)7COOH
9-十八碳烯酸(油酸) 或9-十八碳烯酸
12-羟基-9-十八碳烯酸(蓖麻油酸)
羧酸衍生物的名称从相应的羧酸名称获得。
酸 CH3COOH 乙酸
O O O
酰氯 CH3COCl 乙酰氯
O CH3C O O
酸酐 (CH3CO)2O 乙酐
酰胺 CH3CONH2 乙酰胺
羰基化合物
O R
O R NH2
波数/cm-1 1725~1700
羰基化合物 ArCHO
波数/cm-1 ~1700
OH
1680~1630
1740~1715
OR'
O
R2C=O
C=C－CHO ArCOR C=C－CO－C
~1710
~1685 ~1690 ~1675
O R
O R O
1815~1765
R
O R Cl
O O O C H 醛
O C R OH 羧酸 R O C X 酰卤 R
O
R
C R
R 酮
O C
O 醌
O O 酸酐 C R R O C OR' 羧酸酯 R O C NR2 酰胺 R C 腈 N
C R' R 碳氧双键化合物 (羰基化合物)
共轭碳氧双键化合物 O 不饱和碳氧双键化合物 脂肪族碳氧双键化合物 饱和碳氧双键化合物 O 芳香族碳氧双键化合物
CH3 O
6 7
5
H
4
3
2
1 O
1-环己基-1-丙酮
1-苯基-1-乙酮(苯乙酮)
3-甲基-5-庚炔醛
H
CH3C CH3 CHCOOH
H C C CO-甲基-2-丁烯酸
3-(4-氯苯基)-丁酸
(Z)-丁烯二酸(马来酸)
OH CH3(CH2)5CHCH 2CH CH(CH 2)7COOH
H O O
δ
γ
β
α
γ
β
α
α '
β '
γ '
4.物理性质
沸点、熔点、比重、溶解度比分子量相近的非极性化合物高。随着烃 基加大，差别变小。 碳氧双键化合物在水和醇中有一定溶解度；随着烃基 加大，在水和醇中溶解度变小。 醛酮本身不能形成分子间的氢键，它们的沸点、熔点比相同分子量的醇 要低。
羧酸分子间能形成氢键，因此，羧酸的熔、沸点很高。低级羧酸在固态、 液态都以二聚形式存在，它们的沸点比分子量相同的醇还要高，甲酸在气态也以 二聚体存在。 酰氯、酯的沸点比羧酸低。 酰胺分子间可以通过氢键而形成高度缔合分子，酰胺的沸点高于相应羧 酸。随着氮原子上的氢被烃基取代，氮取代酰胺的缔合程度减小，沸点降低。但 是氮取代酰胺仍可以通过偶极缔合而形成缔合分子。因此，N,N一二取代酰胺的 沸点仍高于相应羧酸。
例如： CHO 苯甲醛 CH3 C H 例如： 乙醛 CH2 CH C H 例如： 丙烯醛
碳氧双键化合物
非共轭碳氧双键化合物
CH2 例如： CH CH2 3-丁烯醛 O CH
2. 同分异构现象
醛、羧酸及其衍生物的同分异构是由碳干异构引起的。而酮的同分异构现 象除由碳链变化引起的碳干异构外，羰基所在位置不同，也会引起异构现象。 同类型的醛和酮具有相同的分子通式。
5.光谱特征
红外光谱(IR)
C=O伸缩振动的强谱带出现在1700cm—1附近，醛基 O=C—H在2720cm-1附近有一个特征的C-H伸缩振动谱带。
波长 (μ m)
2.5 3 4 5 6 7 8 9 10 12 15 20 30 40
吸收
1
2
5 4
3
4000 3500 3000 2500 2000 1600 1800 -1 波数 (cm ) 1400 1200 1000 800 600 400 200
图7.1 苯甲醛红外光谱图 1.芳烃 4.芳环
C C
H伸 缩 振 动 C伸 缩 振 动
2.醛基
C
H伸 缩 振 动
3. C
O伸 缩 振 动
5.芳环 C
O共 轭 ， 环 振 动 吸 收 ~1580cm-1
υC＝O = 1690-1750 cm-1
不同结构的碳氧双键化合物的C=O伸缩振动吸收谱带位置不同。