第十一章 酚和醌教材,徐寿昌 主编 高等教育出版社有机化学 Organic Chemistry
作业 ( P269)
1( 2,5,8,11,12)
2( 7,12)
3( 1,2,3,4,7,8,10)
6、
9( 2,3,4,5,7,9,10) 第 (9)题注意磺化和脱除,
11( 1,2,3) 其中 (2)考虑分子内的威廉森反应成环醚,(3)参考 P259,考虑 AlCl3的作用及次序 。
12( 考虑苯醌的不同结构 )
13。
第十一章 酚和醌
酚 —羟基( -OH)直接连在 苯环 上的化合物称为酚。
酚的分类 —按照酚类分子中所含羟基的数目多少,分为一元酚和多元酚。
酚的命名 —以苯酚作为母体,苯环上连接的其他基团作为取代基。根据分子中羟基的数目,分为:一元酚、
二元酚、三元酚等。
第十一章 酚和醌
(一) 酚
11.1 酚的结构和命名一元酚二元酚三元酚
*带有优先序列取代基的命名,
当取代基的序列优于酚羟基时,按取代基的排列次序的先后来选择 母体 。取代基的先后排列次序为:
如,称为 对羟基苯磺酸
O H
SO
3
H
-COOH,-SO3H,-COOR,-COX,-CONH2,-CN,-CHO,
>C=O,-OH(醇 ),-OH(酚 ),-SH,-NH2,R烷基,-OR,-SR
11.2 酚的制法反应历程:( 1)自由基反应氢过氧化异丙苯绿色的合成路线
1,0.6
11.2.1 从异丙苯制备
+ C H
3
C H = C H
2
C H C H 3
C H
3
H
2
S O
4
O - O - H
C H
3
O
2 H 2 S O 4
O H
+ C H
3
C O C H
3
CC H
3
空气,110~120℃
过氧化物稀
75~78℃
11.2.2 从芳卤衍生物制备
当卤原子的 邻位 或 对位 有 强的吸电子基 时,水解反应容易进行。
单硝基芳卤比较硝基对苯的亲电 ()取代反应难易的不同?
注意反应条件!Cl
O N a
+ N a C l+ N a O H2 H O2+350~370℃,20MPa
Cu催化剂
O N a
+ H Cl
O H
+ N a C l
多硝基芳卤
硝基活化氯原子的原因 ——分散中间体的负电荷:
11.2.3 从芳磺酸制备?
碱熔法
成本高;当环上已有 -COOH,-Cl,-NO2等基团时,
则副反应多。
补充 1,间二酚的制备补充 2,?-萘酚及其衍生物?
165℃
酚大多数为结晶固体。
酚的沸点和溶点高于质量相近的烃 ——氢键 。
酚微溶于水,能溶于酒精,乙醚等有机溶剂 。
酚的氢键酚与水分子之间的氢键 酚与酚分子之间的氢键
11.3 酚的物理性质酚的红外吸收光谱
酚同醇一样,由于 O—H的伸缩振动,在 3520 — 3100
cm-1 有一个强而宽的吸收带(缔和羟基)。但酚与醇的
C—O伸缩振动不同:
苯酚的红外光谱
对甲苯酚的红外光谱
( 1) 酚的酸性 ——O-H键容易离解。
极高的亲电反应活性 ——O-H基对苯环的供电性。
酚具有酸性的原因 ——氧原子以 SP2( 与醇醚不同 ) 杂化轨道参与成键,它的一对未共用电子的 P轨道与苯环的 6个 P轨道平行,
并且共轭,氧原子的负电荷分散到整个公轭体系中,氧的电子云密度降低,减弱了 O-H键,氢原子容易离解成为质子 。
酚具有极高的亲电反应活性的原因 ——氧原子的 P电子分散到苯环上,增加了苯环的电子云密度,加强了亲电反应活性 。
11.4 酚的化学性质
11.4.1 酚羟基的反应
醇与酚不同,没有电子的离域现象
苯酚的离域酸性 苯酚,pKa=10
乙醇,pKa=17
环己醇,pKa=18
碳酸,pKa=6.4
苯酚能溶解于氢氧化钠水溶液
通入二氧化碳,苯酚即游离出来工业上利用苯酚能溶于碱,而又可用酸分离的性质来处理和回收含酚废水。
苯酚溶于 NaOH,但不溶于 NaHCO3
苯环上取代基对苯酚酸性的影响吸电子基团的硝基愈多,酸性愈强。
pKa
pKa
吸电子基团(硝基)使羟基氧上负电荷更好地离域移向苯环(诱导和共轭效应),生成更稳定的对硝基苯氧负离子,
酸性增强。
(已学 —威廉森合成 p237)
酚金属与烷基化剂在弱碱性溶液中作用可得
二苯基醚可用酚金属与芳卤衍生物作用而得
酚醚与氢碘酸作用,分解而得到原来的酚有机合成中用来保护酚羟基 P493
( 2)酚醚的生成
( 3)酯的生成
酚与酸酐或酰氯作用可得酚与羧酸直接酯化困难
羟基是强的邻对位定位基,使苯环活化。
( 1) 卤化反应 —酚很容易发生卤化。
邻,对位上有 磺酸基团 时,可同时被取代
苯酚与溴水作用,生成 2,4,6-
三溴苯酚 白色沉淀
溴水过量,生成黄色的四溴苯酚析出
11.4.2 芳环上的亲电取代反应白色沉淀 (~100%)
黄色沉淀
一元取代物对溴苯酚的生成
(低温,非极性溶剂)
对氯苯酚,邻氯苯酚和 2,4-二氯苯酚的生成
(注意,温度和氯用量,不用溶剂 )
2,4-二氯苯酚
2,4,6 -三氯苯酚的生成
(水溶液)
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橡胶制品的杀虫剂,药物
— 2,4-D除草剂 (2,4-二氯苯氧基乙酸 )的合成由 P257合成 作业,9( 5)
稀硝酸,室温
( 2) 硝化反应 ——酚很容易硝化
浓硝酸,室温因 酚羟基 和 环 易被 浓硝酸氧化,产率很低,所以在氧化时要对 酚羟基 进行 保护 ( P493)
邻硝基苯酚和对硝基苯酚可 方法分开
邻硝基苯酚分子形成分子内六元环的螯和物,对硝基苯酚只能通过分子间的氢键缔和 。
注意这种结构用水蒸气蒸馏
下列化合物哪些能形成分子内氢键?
(Ⅰ ),(Ⅲ ),(Ⅴ ),(Ⅵ ),(Ⅷ )能形成分子内氢键解:
(Ⅰ ) 邻硝基苯酚 ; (Ⅱ )对羟基苯乙酮 ; (Ⅲ )邻氯苯酚
(Ⅳ ) 间溴苯酚 ; (Ⅴ )邻氨基苯酚 ; (Ⅵ )邻羟基苯甲酸
(Ⅶ ) 邻氯甲苯 ; (Ⅷ )邻羟基苯甲醛
( 3) 磺化反应
2,4,6-三硝基苯酚羟基苯磺酸
4-羟基 -1,3-苯二磺酸比较:作业 P271,9( 9)
由苯酚合成,2,6-二溴苯酚由于酚羟基的活化,酚比芳烃容易进行傅 -克反应 。 注意,在此 一般不用 AlCl3作催化剂 (易形成络合物 ).
1,醇或稀烃为烷基化剂
2,羧酸为酰基化剂对羟基苯乙酮
( 4)烷基化和酰基化反应
3,酰氯为酰基化剂 --Fries重排对羟基苯乙酮酯注意重排成酯反应和 Fries重排 ! 但芳环上有间位定位基,如 -NO2
时酯不发生重排 。
热力学控制动力学控制哪个过程 Ea小?反应速度快?哪种产物稳定?
酚的 邻,对 位上的氢原子特别活泼,可与羰基化合物发生缩和反应,按酚和醛的用量比例,可得到不同结构的 高分子化合物 。
酸催化
亲电取代
1.酸催化时的反应过程?比甲醛有更强的亲电性邻羟甲基酚
( 5)与羰基化合物的缩合反应
2.碱催化时的反应过程
碱催化成 苯氧负离子邻羟甲基苯氧负离子
苯氧负离子比苯酚有更强的亲核性 。
酚过量醛过量
2,4--二羟甲基苯酚 2,6--二羟甲基苯酚
4,4’--二羟基二苯甲烷
2,2’--二羟基二苯甲烷以上中间产物 相互缩合 生成 酚醛树脂
其他酚 (甲酚,二甲酚等 )和醛 (乙醛,糠醛 )也可缩聚相似的酚醛树脂,
酚醛树脂 可用做 涂料、粘合剂及塑料 等。酚醛塑料又称电木 (电绝缘器材 )。
2,2’--二羟基二苯甲烷
2,6--二羟甲基苯酚
2,4,6--三羟甲基苯酚
11.4.3 与 FeCl3的显色反应 -可检验酚羟基的存在一般认为反应生成了络和物
不同的酚呈现不同的颜色 。
凡具有 烯醇式 的化合物也有这种显色反应 。
但 苦味酸,
对羟基苯甲酸 不显色 。
如何证明在邻羟基苯甲醇 ( 水杨醇 ) 中含有一个酚羟基和一个醇羟基?
C H
2
O H
O H
答,( 1) 加入与 FeCl3,显色 ( 蓝色 ),表明有酚羟基存在;
作业 P270,第 7题
( 2) 将 邻羟基苯甲醇分别与 NaHCO3和 NaOH作用,该物质不溶于 NaHCO3而溶于 NaOH,酸化后又能析出,
表明该物质显弱酸性 ( 进一步证明有酚羟基 ) 。
( 3)与卢卡斯试剂 (P225)反应生成混浊(证明有醇羟基,酚微溶于水)
俗名 石炭酸,有机合成的重要原料,用于制造酚醛树脂及其他高分子材料、药物、染料、炸药等。
例:苯酚催化加氢生成环己醇,可用来生产 尼龙 -66
11.5.1 苯酚
11.5 重要的酚氧化得己二酸
—简称甲酚,有邻、间、对位三种异构体,存在于煤焦油中,沸点相近,不易分离。邻、对甲酚为无色晶体,间甲苯酚为无色或淡黄色液体,用于制备农药、
染料、炸药、电木等。
11.5.2 甲苯酚
工业上甲酚可由甲苯磺酸钠盐 制备 。
—无色固体,易氧化成醌。可由苯胺氧化成对苯醌后,
再还原制备。
对苯二酚极易氧化成醌。对苯二酚是强还原剂,用作显影剂和高分子单体的防止聚合的阻抑剂。
11.5.3 对苯二酚
—有?-萘酚 和?-萘酚 两种异构体,由相应的萘磺酸钠经碱熔制备,是重要的染料中间体。-萘酚用作杀虫剂,抗氧剂。
萘酚成弱酸性,与 FeCl3发生颜色反应(?-萘酚呈 紫色 絮状沉淀,?-萘酚呈 绿色 )。
11.5.4 萘酚
11.6* 环氧树脂 (选讲 )
凡具有 两个酚羟基 的化合物 ( 如双酚 A,或其他多元酚 ),都能与环氧氯丙烷进行一系列缩聚反应,生成一类在分子中至少含有两个以上环氧基的高分子热固性树脂,这类树脂统称环氧树脂 。
分子量的大小可通过 调节 多元酚和环氧氯丙烷的摩尔比来控制 。
线型环氧树脂再加 固化剂,就可生成体型网状结构 。
( 1) 具有极强的粘结性 —— 。
( 2) 环氧树脂机械强度高,电绝缘性能好,耐酸,耐碱,耐盐,加入玻璃纤维为填料制成的层压制品比酚醛,
不饱和聚酯的相应层压材料的强度要高,接近钢的强度,
故称为 。
“万能胶,
“玻璃钢,
11.7* 离子交换树脂 (选讲 )
离子交换树脂是一类在分子结构中具有能离解的酸性基团 ( 如 —SO3-H+) 或碱性基团 ( 如 —NR3OH),能与其他阳离子或阴离子进行交换的高分子 。
(1) 将酚醛树脂进行磺化 ;或将苯酚先磺化再聚合反应,
(2) 苯乙烯 和 二乙烯苯 聚合所生成的树脂进行磺化,的含磺酸基的苯乙烯型树脂,(H+与金属离子交换,分离金属离子,如除去硬水中的钙 ).
(3) 如在树脂中引进的是碱性基团,它们在水溶液中离解的是 OH-
离子,可与溶液中的阴离子进行交换,
可再生 ——使用后的阳、阴离子交换树脂可分别用酸或碱处理,恢复原来的型态和性质,可反复使用。
应用 ——去离子水、海水淡化,金属的提取和回收,
抗菌素的提炼,氨基酸的分离等。
苯醌:只有 两个异构体 ——邻苯醌和对苯醌 。 醌类是一类环状不饱和二酮,它没有芳香性 。 其与二元酚在结构和性质上有密切的联系 。
可用价键理论分析无间位,(无法生成两个双键)。
(二)醌
11.8 苯醌
邻苯醌和对苯醌可由相应的二元酚氧化制得
苯胺氧化可制得对苯醌
苯醌分子具有两个羰基,两个碳碳双键。即可发生羰基反应,也可发生碳碳双键反应。
( 1)碳碳双键加成
—苯醌可与氢卤酸,氢氰酸和胺发生
1,4-加成,生成 1,4-苯二酚的衍生物,
2,3,5,6-四溴环己二酮
( 2) 1,4-加成
——对苯醌能与一分子羟胺和二分子羟胺生成单 肟 (WO)或双肟 。
与羟胺反应
苯醌单肟与对亚硝基苯酚的互变互变异构体
(3) 羰基加成
对苯醌与对苯二酚可通过还原与氧化反应互变。
对苯醌与对苯二酚可生成分子络合物,称为 醌氢醌,
其缓冲溶液可用作 标准参比电极 。
对苯二酚的水溶液中加入 FeCl3,溶液先呈绿色,再变棕色,最后也析出暗绿色的醌氢醌晶体 。
( 4)还原反应
(黄色 ) 醌氢醌 (暗绿色 ) 无色熔点 116℃ 171 ℃
11.9 萘醌 — 维生素 K1,K3为萘醌衍生物。
1,4-萘醌的制备 1
1,4-萘醌的制备
工业上用氧气氧化双烯合成氧化黄色挥发性固体萘醌:有 1,4-,1,2-和 2,6-三种异构体。
1,4-萘醌的用处
( 1)磺化制萘醌 -2-磺酸钠盐,工业上用作 脱硫剂 。
( 2) 2-甲基萘醌又名维生素 K3,它与维生素 K1都是良好的 止血剂,
蒽醌可有 9种异构体,已知的有三种 (1,2-; 1,4-; 9,10-)
,其中最重要的是 9,10-蒽醌,简称蒽醌 。
蒽醌的制备 1
——蒽氧化
蒽醌的制备 2
邻苯二甲酸酐傅 -克反应
11.10 蒽醌
蒽醌性质很稳定,不易被氧化,不被弱还原剂 ( 如亚硫酸 ) 还原,但在 保险粉的碱溶液 中可被还原生成
9,10 -二羟基蒽的血红色溶液,用来 检验蒽醌 的存在 。
9,10-二羟基蒽
由于蒽醌分子中有两个羰基使相邻的两个苯环 钝化,因此蒽醌不易发生亲电取代反应,如,它 不发生傅 -克反应,
蒽醌不发生傅 -克反应
蒽醌很难用浓硫酸磺化,但用发烟硫酸并加热时可磺化生成?-蒽醌磺酸,继续磺化得到等量的 2,6-;2,7-蒽醌二磺酸( ADA)的生成。
若用硫酸汞作催化剂,则生成?-蒽醌磺酸和 1,5及 1,8蒽醌二磺酸的生成。
可取代