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第三章 烃的衍生物
第二节 醇 酚
第一、二课时 醇
聚会时酒必不可少
但不是所有人酒量都好
生活中的醇
在日常生活中,我们看到有些人喝酒后,会产生脸部变红、呕吐、昏迷等醉酒症状;有些人喝了一定量的酒,却并不会出现上述症状。这是什么原因造成的呢
醇 酚
烃分子中的氢原子被羟基取代可衍生出含羟基的化合物,如:
CH3CH2OH
乙醇
苯甲醇
邻甲基苯酚
苯酚
CH3CHCH3
OH
2-丙醇(异丙醇)
CH2CH2CH3
OH
1-丙醇(正丙醇)
醇
羟基与饱和碳原子相连的化合物称为醇
酚
羟基与苯环直接相连而形成的化合物称为酚
(1)定义:羟基与饱和碳原子相连的化合物称为醇。
(2)官能团:羟基(—OH)
(3)结构: (R1、R2、R3为H或烃基)
(4)饱和一元醇通式:CnH2n+1OH 或 CnH2n+2O (n≥1),可简写为R—OH。
一、醇
饱和x元醇的通式为:CnH2n+2Ox
注意:羟基如果连在双键碳或三键碳上不稳定,两个羟基不能连在同一个碳上。
1、醇的结构特点
按羟基所连烃基种类
饱和醇
不饱
和醇
脂环醇
芳香醇
CH3CH2OH
乙醇
CH2=CHCH2OH
丙烯醇
苯甲醇
环己醇
乙二醇
分子中所含羟基的数目
一元醇
二元醇
多元醇
CH3OH
CH2–OH
CH2–OH
CH2–OH
CH–OH
CH2–OH
甲醇
丙三醇
醇的
分类
2.醇的分类
一元醇
二元醇
多元醇
甲醇
无色、具有挥发性的液体,易溶于水,沸点为65℃,有毒。
乙二醇
丙三醇(甘油)
CH2-OH
CH2-OH
CH2-OH
CH-OH
CH2-OH
无色、黏稠的液体,易溶于水
做汽车防冻液
2.醇的分类
工业酒精有毒!
配制化妆品
例1.给下列醇命名.
2-乙基-1,3-丙二醇
①选主链:选含羟基的最长碳链
②编号位:从离羟基近的一端开始编号
③写名称:
取代基位置-取代基名称-羟基位置-母体名称(某醇)
CH3-CH2—CH-CH2OH
CH2OH
CH3-CH-CH2-CH2-OH
CH3
3-甲基-1-丁醇
CH2OH
苯甲醇
3.醇的命名
【思考】对比分析表格中的数据,你能得出什么结论?为什么?
表3-1 相对分子质量相近的醇与烷烃的沸点比较
名称 结构简式 相对分子量 沸点/℃
甲醇 CH3OH 32 65
乙烷 CH3CH3 30 -89
乙醇 CH3CH2OH 46 78
丙烷 CH3CH2CH3 44 -42
正丙醇 CH3CH2CH2OH 60 97
正丁烷 CH3CH2CH2CH3 58 -0.5
思考交流
一个醇分子的羟基氢原子可与另一个醇分子羟基氧原子相互吸引,形成氢键,形成氢键可以增大分子间作用力,从而影响物质的溶解度、熔沸点。
结论:相对分子质量相近的醇比烷烃的沸点高得多。因为醇分子间可以形成氢键。且C数越多沸点越高
氢键
1.为什么相对分子质量接近时,醇的沸点远远高于烷烃
思考交流
2.为什么甲醇、乙醇和丙醇与水互溶
思考交流
随着碳原子数增加:从易溶→可溶→微溶→不溶
R-OH
憎水基 亲水基
小分子的醇(甲醇、乙醇、丙醇)均可与水以任意比互溶,就是因为这些醇与水形成了氢键的缘故。)
请预测直链饱和一元醇的熔、沸点随碳原子数增加的变化规律并说明原因。
分子晶体
熔、沸点
分子间作用力
范德华力
氢键
相对分子质量
分子极性
↑
↑
↑
↑
碳原子数↑
表3-2 几种醇的熔点和沸点
名称 结构简式 熔点/℃ 沸点/℃ 状态 水中溶解度
甲醇 CH3OH -97 65 液体 能与水以任意比例互溶
乙醇 CH3CH2OH -117 79 正丙醇 CH3CH2CH2OH -126 97 正丁醇 CH3CH2CH2CH2OH -90 118 油状液体 可部分溶于水
正戊醇 CH3CH2CH2CH2CH2OH -79 138 十八醇 CH3(CH2)17OH 59 211 蜡状固体 难溶于水
表3-3 含相同碳原子数不同羟基数的醇的沸点比较
名称 分子中羟基数目 沸点/℃
乙醇 1 78.5
乙二醇 2 197.3
1-丙醇 1 97.2
1,2-丙二醇 2 188
1,2,3-丙三醇 3 259
结论:相同碳原子数羟基数目越多沸点越高
原因:
由于羟基数目增多,使得分子间形成的氢键增多增强,沸点升高。
1.沸点
①相对分子质量相近的低级醇和烷烃相比,低级醇的沸点远远高于烷烃。
②饱和一元醇,随分子中碳原子个数的增加,醇的沸点升高。
③碳原子数相同时,羟基个数越多,醇的沸点越高。
2.溶解性
①甲醇、乙醇和丙醇均可与水互溶,因为醇分子与水分子间形成了氢键。
②醇在水中的溶解度一般随碳原子数的增加而减小。
③碳原子数相同时,羟基个数越多,醇的水溶性越好。
醇中羟基形成氢键使沸点升高!
羟基越多,氢键越多,沸点越高!
4.醇的物理性质
球棍模型
空间填充模型
3.结构式:
2.结构简式:
1.分子式:
H—C—C—O—H
H H
H H
C2H5OH或 CH3CH2OH
C2H6O
乙醇
H—C—C—O—H
H
H
H
H
δ+
δ+
δ-
①中的O—H键容易断裂,使羟基氢原子被取代;
羟基氧原子吸引电子能力比氢原子和碳原子的强,使O—H和C—O的电子都向氧原子偏移。
②中的C—O键也易断裂,脱去羟基,发生取代反应或消去反应;
α-C的氧化数小于+4,可发生氧化反应。①③键断开。
①
②
③
④
β α
思考交流
分析醇分子结构,并预测反应类型
碳氧键:脱掉羟基
取代反应、消去反应
氢氧键:脱掉氢原子
取代反应、氧化反应
I 羟基中氢的反应
(1)与活泼金属的反应
2CH3CH2OH+2Na →2CH3CH2ONa+H2↑
断键位置:
CH3CH2—O—H
羟基O—H键
写出乙二醇、丙三醇与钠反应化学方程式:
2mol—OH ~ 2mol Na ~ 1molH2
5.醇的化学性质
【练习】A、B、C三种醇与足量的金属钠完全反应,在相同条件下产生相同体积的氢气,消耗这三种醇的物质的量之比为3:6:2,则A、B、C三种醇分子里羟基数之比为多少?
2:1:3
-OH ~ H2
2.与羧酸的反应--酯化反应(取代反应)
O
CH3 C O H
H O CH2CH3
+
CH3 C O C2H5
+
H2O
浓H2SO4
△
18
18
O
同位素示踪法
酯化反应的实质是:
酸脱羟基,醇脱羟基上的氢,酯化反应能进行
反应时,乙醇分子断裂H—O键
I 羟基中氢的反应
乙醇与浓氢溴酸混合加热发生反应生成溴乙烷
CH3 CH2 OH+H Br CH3 CH2 Br+H2O
△
油状液体
反应机理:
卤原子取代了羟基,羟基和氢结合生成水
(1)与氢卤酸反应─取代反应
应用:
可用于制备卤代烃
卤代烷
醇
强碱水溶液,加热
—X被—OH取代
氢卤酸,加热
—OH被—X取代
II 羟基的反应
【实验3-2】在圆底烧瓶中加入乙醇与浓硫酸按体积比1∶3的混合液20 mL,并加入碎瓷片防止暴沸。加热混合溶液,迅速升温到170 ℃,将生成的气体先通入NaOH溶液除去杂质,再分别通入KMnO4酸性溶液和溴的四氯化碳溶液中,观察现象。
KMnO4酸性溶液、
溴的四氯化碳溶液褪色。
乙醇在浓硫酸作用下,加热到170 ℃,发生了消去反应,生成乙烯。
实验现象:
实验结论:
(2)醇的消去反应:
温度要迅速升高170oC
乙醇炭化变黑
吸收杂质SO2
碎瓷片
溶液褪色说明有乙烯生成
水银球位置
操作记忆口诀:硫酸酒精三比一,快速升温一百七;为防暴沸加碎瓷,排水方法集乙烯。
醇的消去反应的规律
2.若醇分子中α–C原子连接两个或三个β–C,且β–C原子上均有氢原子时,发生消去反应可能生成不同的产物。例如:
CH3—CH2—CH—CH3
OH
1.醇发生消去反应(分子内脱水)的断键位置:
—C—C—
H OH
浓H2SO4
+H2O
—C==C—
α
β
规律小结
结构要求:邻碳有氢
发生消去反应产物为CH3CH=CHCH3
或CH3CH2CH=CH2
CH3-CH2-CH-CH3
OH
浓硫酸
△
浓硫酸
△
CH2-CH2-CH2-CH2
OH
OH
CH3-CH=CH-CH3
或CH3-CH2-CH=CH2
+ H2O
CH2=CH-CH=CH2
+ H2O
等不能发生消除反应。
[思考:]下列醇在浓硫酸作催化剂的条件下能发生消去反应吗
写出下列化学反应方程式
邻碳有氢
溴乙烷与乙醇都能发生消去反应,它们有什么异同?
【思考】
CH3CH2Br CH3CH2OH
反应条件
化学键的断裂
化学键的生成
反应产物
NaOH的乙醇溶液、加热
浓硫酸、
加热到170℃
C—Br、C—H
C—O、C—H
C=C
C=C
CH2=CH2、
NaBr、H2O
CH2=CH2、H2O
(3)醇分子间的取代反应:
乙醇在浓硫酸作用下加热至140 ℃时,两个乙醇分子间会脱去一个水分子而生成乙醚:
C2H5—OH + H—OC2H5 C2H5 O C2H5 + H2O
浓H2SO4
140 ℃
乙醚:无色、易挥发的液体,沸点34.5℃,有特殊气味,具有麻醉作用 ;乙醚微溶于水,易溶于有机溶剂
乙醚本身是一种优良溶剂,能溶解多种有机物
(3)醇分子间的取代反应:
C2H5—OH + H—OC2H5 C2H5 O C2H5 + H2O
浓H2SO4
140 ℃
【醚类物质】
像乙醚这样由两个烃基通过一个氧原子连接起来的化合物叫做醚。
醚的结构可用R—O—R′来表示,R和R′都是烃基,可以相同,也可以不同。
饱和一元醚的通式:CnH2n+2O (n≥2)
2CO2 + 3H2O
C2H5OH +3 O2
点燃
1、可燃性:
III 醇的氧化反应
实验室里也常用乙醇作为燃料,
乙醇也可用作内燃机的燃料
通式
2Cu + O2 2CuO
△
Δ
2C2H5OH+2CuO
+2H2O
总反应
2CH3CH2OH + O2 2CH3CHO+2H2O
Cu
有刺激性气味
铜丝
Δ
变黑
插入乙醇中
又变红
实验3-3把灼热的铜丝插入乙醇中,观察铜丝颜色变化,并闻液体产生的气味。
2、催化氧化
2CH3CHO
乙醛
2Cu+
2CH3CH2OH + O2 2CH3CHO + 2H2O
Cu
乙醇催化氧化反应本质
醇催化氧化规律
反应条件
结构要求
产物规律
Cu、Ag作催化剂,加热
本碳有氢。
多氢得醛;
一氢得酮;
无氢不氧化。
H—C—C—O—H +
H H
H H
O2
2
1
Cu
△
CH3-C=O + H2O
H
R
R
有机中,加氧去氢的反应叫氧化反应;
去氧加氢的反应叫还原反应。
断键:断开O—H 和 α位C—H键
α
醇的催化氧化规律:
氢原子数
2个H
生成醛
1个H
生成酮
没有H
R—C—H
H
O—H
Cu、O2
△
R—CHO
Cu、O2
△
R1— C—H
R2
O—H
R1— C—R2
O
不能被催化氧化,如
OH
R1— C—
R3
R2
本碳有氢
②催化氧化
CH3
∣
B. CH3—C—OH
∣
CH3
CH3
∣
D.C6H5—C—CH3
∣
OH
根据断键位置,判断下列各醇,能发生催化氧化
反应的有 ( )
A 、
C 、
AC
写出下列醇发生催化氧化的反应方程式
2CH3CH2CHO+2H2O
课堂检测
① CH3CH2CH2OH
④ (CH3)3COH
② CH3CHCH3
OH
③ CH2OH
CH2OH
+O2
Cu
△
2
+O2
Cu
△
2
2CH3—C—CH3+2H2O
O
+O2
Cu
△
+2H2O
CHO
CHO
不能发生催化氧化
焊接银器、铜器时,表面会发黑不美观,
银匠说,可以先把铜、银在火上烧热,马上蘸一下酒精,铜银会光亮如初!这是何原理?
从生活中学化学
2Cu + O2 2CuO
△
Δ
2C2H5OH+2CuO
+2H2O
2CH3CHO
2Cu+
③与强氧化剂反应:
C2H5OH
KMnO4(H+)
酸性高锰酸钾紫红色褪去
III 醇的氧化反应
K2Cr2O7(H+)
C2H5OH
CH3COOH
继续氧化
CH3CHO
还原
橙色
2
Cr2O7
Cr
3+
灰绿色
+6
+3
可用重铬酸钾的颜色变化来检验酒驾
CH3COOH
继续氧化
CH3CHO
拓展:酒精检测仪
把红色的H2SO4酸化的CrO3载带在硅胶上,人呼出的酒精可以将其还原为灰绿色的Cr2(SO4)3。
③与强氧化剂反应
(如酸性KMnO4、K2Cr2O7)
氢原子数
2个H
生成酸
1个H
生成酮
没有H
不能被氧化
规律:
RCH2OH→RCOOH
RCH(OH)R'→RCOR'
“本碳有氢”
①羟基所在碳上有两个氢可氧化生成酸
②羟基所在碳上有一个氢可氧化生成酮
③羟基所在碳上没有氢不能被氧化
R CH2OH
R COOH
KMnO4(H+)或
K2Cr2O7(H+)
R1 CH R2
OH
KMnO4(H+)或
K2Cr2O7(H+)
R1 C R2
O
小结:醇与强氧化剂反应
(1)、发酵法
(2)、乙烯水化法
CH2=CH2+H-OH CH3CH2OH
催化剂
加热 加压
(C6H10O5)n nC6H12O6 C2H5OH
水解
淀粉
酶
催化剂
葡萄糖
酶
催化剂
C2H5OH
乙烯从石油的裂解气而得
6.乙醇的工业制法
反应 断键位置
分子间脱水
与HX反应
② ⑤
②
①③
①②
与金属反应
消去反应
催化氧化
小结
①
1.等物质的量的乙醇、乙二醇、丙三醇中分别加入足量的金属钠产生等体积的氢气(相同条件),则产生氢气的体积之比是 ( )A.2∶3∶6 B.6∶3∶2
C.3∶2∶1 D.1∶2∶3
课堂检测
D
课堂检测
2 、二甘醇可用作溶剂、纺织助剂等,一旦进入人体会导致急性肾衰竭,危及生命。二甘醇的结构简式是HO—CH2CH2—O—CH2CH2—OH。下列有关二甘醇的叙述正确的是 ( )
A.不能发生消去反应
B.能发生取代反应
C.能溶于水,不溶于乙醇
D. 不能氧化为醛
B
3.某有机物的结构简式为:
则此有机物可发生的反应类型有:
①取代 ②加成 ③消去 ④酯化 ⑤水解 ⑥氧化 ⑦加聚 ⑧中和 ( )
A.①②④⑤⑥⑦⑧ B.②③④⑤⑥⑧
C.②③④⑤⑥⑦⑧ D.①②③④⑤⑥⑦⑧
课堂检测
D
4、有关催化剂的催化机理等问题可从“乙醇催化氧化实验”得到一些认识,其实验装置如图所示
其实验操作为预先使棉花团浸透乙醇,并照图安装好;在铜丝的中间部分加热,片刻后开始有节奏(间歇性)地鼓入空气,即可观察到明显的实验现象。
(1)从A管中可观察到 实验现象。从中可认识到在该实验过程中催化剂起催化作用时参加了化学,还可认识到催化剂起催化作用时需要一定的 。
A
铜丝红黑交替出现
浸湿了98%乙醇的棉花
光亮铜丝
气囊
B
蒸馏水
温度
4、有关催化剂的催化机理等问题可从“乙醇催化氧化实验”得到一些认识,其实验装置如图所示
A
浸湿了98%乙醇的棉花
光亮铜丝
气囊
B
蒸馏水
(3)一段时间后,如果撤掉酒精灯,反应还能否继续进行 原受热的铜丝处有什么现象 为什么有这种现象
(4)乙醇催化氧化发生的化学反应是:
因为醇的催化氧化反应是放热反应。
2Cu + O2 2CuO
△
Δ
2C2H5OH+2CuO
+2H2O
2CH3CHO
乙醛
2Cu+
下列物质不能用来区分乙酸、乙醇、苯的是
A、金属钠
B、溴水
C、碳酸钠溶液
D、紫色石蕊溶液
【夯实基础】
B
乙醇不能被溴水氧化
【夯实基础】
分子式为C5H12O的醇催化氧化得到的有机物不能发生银镜反应的醇有
A.8种 B.7种 C.5种 D.3种
D
分子式为C7H16O的饱和一元醇的同分异构体有多种,在下列该醇的同分异构体中
A.(CH3)2CHCH(OH)CH(CH3)2
B.(CH3)3CC(OH)(CH3)2
C.(CH3)3CCH2CH(OH)CH3
D.CH3(CH2)5CH2OH
(1)可以发生消去反应,生成两种单烯烃的是 。(用字母表示,下同)
(2)不能发生催化氧化的是 。
(3)可以发生催化氧化生成醛的是 。
(4)能被催化氧化为酮的有 种,其氧化产物中核磁共振氢谱显示两组峰的酮的结构简式为 。
【夯实基础】
C
B
D
2
用右图所示装置检验乙烯时不需要除杂的是
B
乙烯的制备 试剂X 试剂Y
A CH3CH2Br与NaOH乙醇溶液共热 H2O KMnO4酸性溶液
B CH3CH2Br与NaOH乙醇溶液共热 H2O Br2的CCl4溶液
C C2H5OH与浓硫酸加热至170℃ NaOH溶液 KMnO4酸性溶液
D C2H5OH与浓硫酸加热至170℃ NaOH溶液 Br2的CCl4溶液
【夯实基础】
课 堂 小 结
②
①
⑤
③
④
H―C―C―O―H
H
H
H
H
反应 断键位置
分子间脱水
与HX反应
②④
②
①③
①②
与金属反应
消去反应
催化氧化
①