[其它课程]11章 酚和醌.ppt
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1、2023/9/16,1,第十一章 酚和醌,2023/9/16,2,教学目的,1.掌握酚、醌的分类及其命名法。2.理解氢键对熔点,沸点,水溶性等的影响。3.掌握酚、醌的结构特点,比较醇和酚的酸性。4.掌握酚、醌的化学性质。5.了解酚、醌的制备方法。,2023/9/16,3,本 章 内 容,第一节 酚第二节 醌,2023/9/16,4,第一节 酚,一、酚的结构、分类和命名二、酚的物理性质 三、酚的化学性质 四、酚的制法与用途,2023/9/16,5,一、酚的结构、分类和命名,由于羟基上的电子向苯环中分散,苯酚的偶极矩的方向与醇相反:,羟基直接和芳环相连的化合物称为酚。羟基也是酚的官能团,因此,酚与
2、醇有某些共性。1.酚的结构 酚的结构可用共振式表示:,2023/9/16,6,在酚分子中,酚羟基的氧原子是sp2杂化,它以一个sp2杂化轨道与苯环上碳原子的一个sp2杂化轨道形成 C-O 键;以一个sp2杂化轨道与氢原子的 1s轨道形成O-H 键;另一个sp2杂化轨道为一对未共用电子所占据。另一对未共用电子所占据的p轨道,与芳环的轨道在侧面相互交盖构成p,-共轭体系。由于p,-共扼效应的影响,氧原子上的电子云密度向苯转移,不仅使C-O键增强而较难断裂(与醇分子中的C-O键相比);同时芳环上的电子云密度增高,而有利于环上的亲电取代反应;另外,也使得羟基中的O-H键减弱,而有利于羟基中氢原子的解离
3、。现以苯酚为例,其结构如图所示。,2023/9/16,7,结构与反应性,O上的未公用电子与苯环共轭(p-),a C-O键加强 不发生OH的亲核取代b O-H削弱,极性强 H的酸性比醇强c 电子云向苯环转移 邻对位亲电取代活性增大,2023/9/16,8,2.酚的分类 根据芳环上所连接的羟基数目不同,酚可分为一元酚、二元酚、三元酚等,二元和二元以上的酚又称多元酚。例如:,多元酚,苯酚 1-萘酚(-萘酚),1,4-苯二酚 1,3,5-苯三酚(间苯三酚),一元酚,2023/9/16,9,3.命名,酚的命名是在芳环名称之后加上“酚”字,如上述苯酚、1-萘酚。当芳环上有多个官能团时,首先根据官能团的优先
4、次序确定母体,此时有两种情况:(1)当在芳环上所有的官能团中,羟基是优先官能团时,这类化合物称为取代酚。(2)若羟基不是优先官能团,则这些化合物不属于取代酚,它们将根据优先官能团,分属不同类型化合物。取代酚的命名,是以酚作为母体,其他官能团和基团均作为取代基,取代基的位次和名称放在母体名称之前(取代基排列的顺序仍按次序规则的规定)。例如:,2023/9/16,10,非取代酚的命名,羟基作为取代基,按“多官能团化合物的命名”原则命名。例如:,2-氨基苯酚 3-硝基苯酚 2-甲基-1-萘酚(邻氨基苯酚)(间硝基苯酚)(-甲基-萘酚),邻羟基苯甲醛(水杨醛),对羟基苯磺酸,2023/9/16,11,
5、有些酚有俗名。例如:,习题1,石炭酸 儿茶酚 愈创木酚,香芹酚,2023/9/16,12,二.酚的物理性质,在常温下,除极少数烷基酚是液体外,大多数酚是无色晶体。与醇相似,由于羟基的存在,酚分子间或酚与水分子间也能形成氢键,因此,酚的沸点和熔点也都比相对分子质量相近的烃高,在水中也有一定的溶解度。,2023/9/16,13,由于酚的极性比相应的饱和醇稍大些,酚分子之间以及酚与水分子之间形成的氢键比相应的醇强,因此,酚的沸点、熔点和在水中的溶解度均比相应的醇高。一元酚稍溶或不溶于水,易溶于乙醇和乙醚等有机溶剂。随着分子中羟基的增多,多元酚在水中的溶解度增加。由于酚易被氧化,故酚因含有被氧化物质而
6、往往带有颜色。常见酚的物理常数见p252表111。,2023/9/16,14,三、酚的化学性质,酚发生化学反应的主要部位如下所示:,1.酚羟基中氢原子的反应2、芳环上的反应3.与三氯化铁的显色反应4.缩合反应,5.还原6.氧 化,2023/9/16,15,1.酚羟基中氢原子的反应,(1)酸性 与醇相比,酚也含有羟基,故也显示弱酸性。但又与醇不同,由于酚分子中p,-共轭效应的影响,氧氢键减弱,有利于氢原子以质子形式离去,同时形成稳定的芳氧负离子。而醇则不存在这种共轭效应,因此,醇羟基中的氢原子较难离去,故酚的酸性比醇强。例如,苯酚可与氢氧化钠水溶液作用,生成苯酚钠。,习题7,2023/9/16,
7、16,酸性比水强但比碳酸弱,酸性:H2CO3 PhOH H2O ROHpKa:6.38 10 15 1619,当酚的邻对位上有强吸电子基时,酸性增强,苦味酸 pKa 1,2023/9/16,17,故酚可溶于NaOH但不溶于NaHCO3,不能与Na2CO3、NaHCO3作用放出CO2,反之羟基通CO2于酚钠水溶液中,酚即游离出来。,利用醇、酚与NaOH和NaHCO3反应性的不同,可鉴别和分离酚和醇。,习题5,2023/9/16,18,取代酚酸性的强弱与取代基的性质有关。当苯环上连有吸电基时,由于吸电子的共轭和或诱导效应的影响,羟基氧原子上的电子密度降低,因此酸性增加。,苯酚具有酸性,是由于羟基氧
8、原子上的未共用电子对所在的p轨道与苯环的轨道构成共轭体系,由于共轭效应的影响,氧原子上的电子发生离域,使得羟基中的氢原子容易以质子形式离去,同时生成苯氧负离子;也由于共轭效应的影响,氧原子上的负电荷分散到苯环上,使得苯氧负离子得到稳定。如下所示。,2023/9/16,19,硫酚碳酸苯酚硫醇水醇,几类有机物酸性强弱次序:,例如,硝基苯酚的酸性比苯酚强,见下表所示。相反,当苯环上连有供电基时,因不利于羟基氧原子上电荷的分散,故酸性降低。例如,烷基酚的酸性比苯酚弱,如下表所示。多硝基酚的酸性更强,2,4-二硝基苯酚和2,4,6-三硝基苯酚的pKa分别是4.09和0.25,后者是一个相当强的酸,俗称苦
9、味酸。酚的邻位上如有体积很大的取代基,由于苯氧负离子的溶剂化受阻碍,其酸性特别弱。如2,4,6-三新戊基苯酚在液氨中也不和金属钠起反应。,2023/9/16,20,取代酚的pKa(25),习题6,2023/9/16,21,(2)醚的生成 在酚分子中,由于p,-共扼效应的影响,碳氧键较难断裂,因此与醇不同,一般不发生两分子间脱水生成醚的反应。,2023/9/16,22,回流80%,通常是在碱存在下,酚先转变成酚盐,然后与卤烷或硫酸酯作用得到相应的醚,其成醚也比醇困难。例如:,2023/9/16,23,酚醚化学性质比酚稳定,不易氧化,而且与HI作用,分解为酚,此反应可用来保护酚羟基。,习题13,2
10、,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D),邻硝基苯基正丙基醚,2023/9/16,24,克莱森重排 定义:烯丙基芳基醚在高温下可以重排为邻烯丙基酚或对烯丙基酚,这称为克莱森重排。,2023/9/16,25,成酯:,亲核性比醇弱,(3)酯的生成,乙酸苯酯,2023/9/16,26,在酸催化下,酚与羧酸作用也能生成酯,但比醇难。通常采用酰氯或酸酐与酚反应。例如:,苯甲酸苯酯,乙酰水杨酸(阿斯匹林),2023/9/16,27,定义:酚酯与路易斯酸一起加热,可发生酰基重排生成邻羟基和对羟基芳酮的衍生物。该重排反应称为弗里斯重排(酚的芳环上带有间位定位基的酯不能发生此重排),弗里斯重排,2023/9/16,28
11、,2、芳环上的反应,由于羟基是较强的第一类定位基,故苯环上的亲电取代反应不仅比苯容易进行,而且主要生成邻位和对位取代产物。(1)卤化反应 酚很容易进行卤化反应。例如,苯酚与溴水作用,立即生成2,4,6-三溴苯酚白色沉淀;,此反应迅速、灵敏,且可定量完成,故可用作苯酚的定性和定量分析。,2023/9/16,29,为了获得一溴代酚,通常需在非极性或低极性溶剂(如二硫化碳、氯仿或四氯化碳等)中进行。例如,于0,溴与苯酚在四氯化碳中反应,则得到一溴代苯酚,且以对位产物为主。,若加过量的溴水,则沉淀由白色转为黄色:,黄色沉淀,白色沉淀,2023/9/16,30,如不用溶剂,控制不同温度和氯用量,则可生成
12、对氯苯酚、邻氯苯酚和2,4-二氯苯酚。,2,4-二氯苯酚,2023/9/16,31,在水溶液中,特别是pH10时,即使用不到3mol的氯,也能得到2,4,6-三氯苯酚。,在三氯化铁存在下2,4,6-三氯苯酚能进一步氯化成五氯苯酚。,五氯苯酚是一种橡胶制品的杀菌剂,也是一种灭钉螺(防止血吸虫病)的药物。,2023/9/16,32,30-40%15%,(2)硝化反应,酚很容易硝化,在室温下,稀硝酸可使苯酚硝化,生成邻和对硝基苯酚的混合物。因苯酚易被硝酸氧化,副反应较多,故产物的收率较低。,邻硝基苯酚易形成分子内氢键而成螯环,这样就削弱了分子内的引力;而对硝基苯酚不能形成分子内氢键,但能形成分子间氢
13、键而缔合。因此邻硝基苯酚的沸点和在水中的溶解度比其异构体低得多,故可随水蒸气蒸馏出来。,习题8,2023/9/16,33,如用浓硝酸进行硝化,则生成2,4-二硝基苯酚和2,4,6-三硝基苯酚(苦味酸)。但因酚羟基和环易被浓硝酸氧化,产量很低,一般均用间接方法制备。,苦味酸,浓,2023/9/16,34,(3)磺化反应,酚的磺化反应与苯相似,也是可逆反应。邻位和对位异构体的比例与温度有关,温度升高有利于生成对位异构体。例如:,100oC,2023/9/16,35,上述反应得到的邻、对位产物若换用浓硫酸加热磺化可得到4-羟基-1,3-苯二磺酸。由于在苯环上引入了二个钝化基团,酚羟基不再易氧化,可与
14、浓硝酸作用,两个磺酸基可同时被硝基置换而生成:2,4,6-三硝基苯酚(苦味酸)。,浓,加热,浓,,2023/9/16,36,(4)傅列德尔-克拉夫茨反应,酚容易进行傅列德尔-克拉夫茨烷基化和酰基化反应,产物一般以对位异构体为主。另外,由于羟基使苯环活化,因此酚的烷基化和酰基化反应也可以在弱的催化剂作用下进行。通常不用AlCl3作催化剂,常用BF3和HF。例如:,95%,2023/9/16,37,4-甲基-2,6-二叔丁基苯酚,用作有机物的抗氧剂,2023/9/16,38,3.与三氯化铁的显色反应,酚由于羟基直接与苯环相连,可以认为分子中具有烯醇式结构(C=C-OH),因此与其他具有烯醇式结构的
15、化合物一样,与三氯化铁溶液能发生颜色反应。由于不同的酚结构不同,从而显示不同的颜色。故此反应可用来鉴定酚。,2023/9/16,39,习题4,习题12,例如,苯酚显蓝紫色;邻苯二酚显深绿色;对苯二酚显绿色等。这种特殊的颜色反应,可用来鉴别酚。,2023/9/16,40,不同的酚与FeCl3作用产生的颜色不同。与FeCl3的显色反应并不限于酚,具有烯醇式结构的脂肪族化合物也有此反应。大多数具有烯醇结构的化合物遇FeCl3溶液可显色,酚类化合物也具有此结构:,2023/9/16,41,4.缩合反应,(1)与甲醛缩合酚醛树脂的合成 苯酚与甲醛经一系列缩聚反应生成酚醛树脂,但条件不同,产物不同。在酸催
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