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第三节 醛 酮
第三章 烃的衍生物
卤代烃
醇 酚
醛 酮
羧酸 羧酸衍生物
有机合成
新房装修,甲醛超标易诱发血液病
甲醛有毒,如果用它来浸泡水产,可以固定海鲜、河鲜形态,保持鱼类色泽,水发鱿鱼全部含甲醛,食用过量会休克和致癌
35~40%的甲醛水溶液叫做福尔马林。具有杀菌、防腐性能。可用于消毒和制作生物标本
身边的化学
柠檬醛
蜜蜂传递警戒信息的激素含有的2-庚酮
2—庚酮
肉桂醛
苯甲醛
醛:羰基碳原子分别与氢原子和烃基(或氢原子)相连。
官能团是醛基( 或 —CHO )。
醛和酮都是分子中含有羰基( )的化合物。
酮:与羰基碳原子相连的两个基团均为烃基,烃基可以相同也可以不同。
官能团是酮羰基( )。
C
O
O
=
—C—H
饱和一元醛的通式:
CnH2nO
CH3CH2CHO
O
=
—C—
CH3 CH3
C
O
饱和一元酮的通式:
分子中碳原子数相同的饱和一元醛和饱和一元酮互为同分异构体。
CnH2n+1CHO(n≥0) 或 CnH2nO(n ≥1)
醛和酮的命名
1. 选取分子中连有醛基或酮羰基的最长碳链作为主链,按照主链所含碳原子数称为“某醛”或“某酮” 。
2. 从醛基开始或距离酮羰基最近的一端给主链碳原子编号。
3. 在“某醛”或“某酮”之前加上取代基的位次号和名称。
O
CH3—CH2—C—CH2—CH3
3-戊酮
CH3—CH—CH2—CHO
CH3
3-甲基丁醛
1、乙醛的物理性质
一、乙醛
颜色
状态
气味
密度
沸点
溶解性
无色
液态
刺激性气味
比水小
沸点20.8℃
(易挥发)
与水、乙醇等互溶
2、乙醛的分子结构
结构式
分子式
核磁共振氢谱
结构简式
球棍模型
C2H4O
H C C H
H
H
O
CH3 C H
O
或 CH3CHO
δ+
δ-
H
H
C
H
H
杂化,键角 。
至少 个原子共面,
最多 个原子共面.
在醛基的碳氧双键中,由于氧原子的电负性较大,碳氧双键中的电子偏向氧原子,使氧原子带部分负电荷,碳原子带部分正电荷,从而使醛基具有较强的极性。
sp2
约为120°
4
5
δ+
δ-
不饱和,加成反应
C—H键极性强。
易断裂而被氧化为羧基
O
C
H
O
=
,氧化反应
3、乙醛的化学性质
(催化加氢又称为还原反应)
①催化加氢:(条件为催化剂、加热)
CH3CH2OH
【注意】①乙醛不能与X2、HX、H2O进行加成反应
②酯基(-COO-)和羧基 (-COOH) 中的C=O不能与H2发生加成反应
还能与一些极性试剂(H CN、 NH3、R NH2、CH3O H等)发生加成反应。
1)加成反应
δ+
δ-
+H—CN →
—C—CN
OH
α-羟基腈
②与HCN加成:
应用:醛与氢氰酸加成,在有机合成中可以用来增长碳链。
CH3─C─H
O
δ+
δ
+ H─CN→
δ
δ+
CH3─CH─CN
OH
2-羟基丙腈
③与NH3、RNH2(胺)加成:
C
O
H
CH3
+ H—NH2
δ-
δ+
δ-
δ+
C
OH
H
CH3
NH2
1-羟基乙胺
④与醇类加成:
C
O
H
CH3
+ H—NHCH3
δ-
δ+
δ-
δ+
C
OH
H
CH3
NHCH3
C
O
H
CH3
+ H—OCH2CH3
δ-
δ+
δ-
δ+
C
OH
H
CH3
OCH2CH3
当极性分子与醛基发生加成反应时,带正电荷的原子或原子团连接在氧原子上,带负电荷的原子或原子团连接在碳原子上。
2)氧化反应
①燃烧
②催化氧化
2CH3CHO+O2 2CH3COOH
催化剂
工业上就是利用这个反应制取乙酸。
③被酸性高锰酸钾溶液等强氧化剂氧化
5CH3CHO + 2KMnO4 + 3H2SO4 5CH3COOH + 2MnSO4 + 3H2O +K2SO4
CH3CHO+Br2+H2O 2HBr+CH3COOH
乙醛可使溴水和酸性KMnO4溶液褪色,但不能使溴的四氯化碳溶液褪色
a. 银镜反应
实验现象:
银氨溶液的配制
先产生白色沉淀后变澄清
实验结论:硝酸银与氨水生成的银氨溶液中含有[ Ag (NH3)2] OH (氢氧化二氨合银),它是一种弱氧化剂,能把醛氧化成酸,而Ag+被还原成Ag。
水浴加热
④被银氨溶液、新制氢氧化铜等弱氧化剂氧化
试管内壁出现一层光亮的银镜
相关反应方程式:
AgNO3+NH3·H2O=AgOH ↓+ NH4NO3
AgOH+2 NH3·H2O=[Ag(NH3)2] OH+2H2O
在水浴加热碱性条件下进行,用于检验醛基。工业上制镜或热水瓶胆镀银
实质:CH3CHO CH3COOH 羧酸盐
氧化
碱性条件
配平口诀:
一水二银三氨
银镜反应实验注意事项:
①制备银氨溶液时,试剂滴加顺序不能颠倒,且氨水不能过量;②银氨溶液必须是新制的(现用现配);③试管内壁必须洁净,用水浴加热,不能用酒精灯直接加热;④加热时不能振荡或摇动试管;⑤可以用稀HNO3清洗做过银镜反应后的试管。
b. 与新制Cu(OH)2反应
出现蓝色絮状沉淀
产生砖红色沉淀
新制的Cu(OH)2配制
NaOH必须过量
实验现象:
实验结论:新制的Cu(OH)2是—种弱氧化剂,能使乙醛氧化。该反应生成了
砖红色Cu2O沉淀。
相关反应方程式:
2NaOH + CuSO4 = Cu(OH)2↓ + Na2SO4
(砖红色)
在碱性条件下进行,用于检验醛基。医学上检验病人是否患糖尿病。
CH3CHO+2Cu(OH)2 CH3COOH+Cu2O↓+2H2O
CH3CHO+2Cu(OH)2+NaOH CH3COONa+Cu2O↓+3H2O
实质:CH3CHO CH3COOH 羧酸盐
氧化
碱性条件
①氢氧化铜一定要新制 ; ②碱一定要过量;③加热至沸腾,但温度不能过高
与新制Cu(OH)2 反应实验注意事项:
醇、乙醛和乙酸三者之间的转化关系如下图所示,结合具体反应和三者的分子结构、官能团的变化情况,谈谈有机反应中的氧化反应和还原反应的特点。
【思考与讨论】
乙醛既有氧化性又有还原性
氧化反应:失氢或得氧
还原反应:得氢或失氧
CH≡CH + H2O
催化剂
△
CH3-CHO
2CH2=CH2 + O2
催化剂
2CH3-CHO
加热加压
2CH3CH2OH + O2 + 2H2O
2CH3-CHO
催化剂
△
乙醇氧化法:
乙炔水化法:
乙烯氧化法:
4、乙醛的工业制法
1、甲醛
二、醛类
1)分子结构
分子式
电子式
结构式
结构简式
球棍模型
CH2O
H:C:H
::
O
H C H
O
HCHO
甲醛分子中相当于含有两个醛基
4个原子共平面
2)物理性质:
无色、有强烈刺激性气味的气体(常温下,烃的含氧衍生物中唯一的气态物质),易溶于水
3)化学性质:
具有醛的通性
特殊点:
H—C—H
O=
甲醛中相当于有2个-CHO可被氧化。
结构决定性质
加成反应
H—C—H
O=
H—C-O-H
O=
[O]
[H2CO3]
甲醛的化学性质
③能起银镜反应,能与新制的氢氧化铜反应
①能被还原成甲醇
②能被氧化成甲酸(HCOOH)或碳酸
④能使酸性高锰酸钾、溴水褪色
H-O-C-O-H
O=
[O]
甲酸
HCHO + 2Ag(NH3)2OH HCOONH4 + 2Ag↓+ 3NH3 + H2O
△
HCHO + 2Cu(OH)2 + NaOH HCOONa + Cu2O↓+ 3H2O
△
HCHO + 4Ag(NH3)2OH (NH3)2CO3 + 4Ag↓+ 6NH3 + 2H2O
△
1mol甲醛发生银镜反应时最多可生成4molAg。
②甲醛与新制氢氧化铜反应
HCHO + 4Cu(OH)2 + 2NaOH Na2CO3 + 2Cu2O↓+ 6H2O
△
1mol甲醛与新制的氢氧化铜反应最多可生成2molCu2O
①甲醛发生银镜反应
酚醛缩聚反应
n
+ n HCHO
(水浴加热)
催化剂
OH
〔 〕
n
+(n-1)H2O
OH
CH2
H
OH
酚醛树脂
④与苯酚反应:
+ HCHO
OH
再缩聚
③加成反应:
HCHO+H2 CH3OH
催化剂
△
2、苯甲醛(俗称苦杏仁油)
1)组成和结构:
分子式:C6H7O
结构简式:
2)物理性质:
最简单的芳香醛,是一种有苦杏仁气味的无色液体
3)用途:
苯甲醛是制造染料、香料及药物的重要原料。
4)化学性质:
①加成反应(还原反应):与H2、HCN反应;
②氧化反应:
I、燃烧
II、被高锰酸钾、溴水等强氧化剂氧化
III、被银氨溶液、新制氢氧化铜等若氧化剂氧化
杏仁中含苯甲醛
【课堂练习1】写出下列反应的化学反应方程式
CHO
+ H2
催化剂
CHO
+ O2
催化剂
CHO
+ Ag(NH3)2OH
CHO
+ Cu(OH)2
【思考与讨论】
(1)由丙醛如何得到1﹣丙醇或丙酸?
(2)苯甲醛在空气中久置,在容器内壁会出现苯甲酸的结晶,这是为什么?
CH3CH2CHO+H2
CH3CH2CH2OH
催化剂
2CH3CH2CHO+O2
2CH3CH2COOH
催化剂
△
+O2
CHO
2
COOH
2
苯甲醛中醛基受到苯环的影响,导致C一H键极性增强,易被空气中的O2氧化为羧基。
②再证明有碳碳双键:在加银氨溶液氧化-CHO后,调pH至酸性再加入溴水,溴水褪色。
【课堂练习2】如何检验肉桂醛( )中醛基和碳碳双键?
-CH=CH-CHO
①先证明有醛基:加入银氨溶液后,水浴加热有银镜生成或加入新制Cu(OH)2后,加热后有砖红色沉淀生成,
-CH=CH-COONH4
+2Ag(NH3)2OH→
+2Ag↓+3NH3+H2O
-CH=CH-CHO
△
-CH=CH-COOH
+Br2→
-CHBrCHBr-COOH
-CH=CH-COONa
+2Cu(OH)2+NaOH→
+Cu2O↓+3H2O
-CH=CH-CHO
△
三、酮
1、常见的酮:丙酮
分子式
用途
沸点
结构简式
颜色状态
挥发性
溶解性
C3H6O
无色透明液体
56.2oC
易挥发
CH3CCH3
O
能与水乙醇等互溶
化学纤维、生产有机玻璃、农药和涂料等
2、酮的化学性质
1) 加成反应:能与H2、HCN、NH3、甲醇等发生加成反应
C=O
( R1 )
( R2 )
δ
δ+
+ H CN、H NH2、CH3O H
δ
δ
δ
δ+
δ+
δ+
2) 氧化反应:酮中的羰基直接与两个烃基相连,没有与羰基直接相连的氢原子,因此酮不能发生银镜反应,不能与新制的氢氧化铜反应,但大多数酮能在空气中燃烧。
C
O
=
CH3
CH3
+ H2
Ni
CH
OH
CH3
CH3
C
O
CH3
CH3
+ H—CN
δ-
δ+
δ-
δ+
C
OH
CH3
CN
CH3
C
O
CH3
CH3
+ H—OCH2CH3
δ-
δ+
δ-
δ+
C
OH
CH3
OCH2CH3
CH3
【思考与讨论】丙酮是丙醛的同分异构体吗?它们有哪些性质差异?可采用哪些方法鉴别它们?
丙酮与丙醛分子式均为C3H6O,两者互为同分异构体。
①银氨溶液或新制的Cu(OH)2鉴别;
②核磁共振氢谱和红外光谱法。
【课堂练习3】分子式为C5H10O,且结构中含有 的有机物共有( )
A.4种 B.5种 C.6种 D.7种
D
O
=
—C—
醛类:C4H9—CHO
酮类:CH3COC3H7 C2H5COC2H5
方法一:基元法
CnH2nO
→
官能团异构(饱和一元醛、酮)
C4H9—有4种
C3H7—有2种
方法二:插入法
①
②
③
④
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑤
⑥
⑦
H—C—C—C—C
H
H—C—C—C
C
H
【课堂练习4】分子式为C8H8O的芳香族化合物,符合下列要求的结构有哪些
醛类:
酮类:
烯醇(酚):
-OH
-CH=CH2
邻、间、对3种
-CH3
-CHO
邻、间、对3种
醛与酮、烯醇、烯醚、环醇、环醚互为同分异构体
O
- C-CH3
-CH2-CHO
【课堂练习5】(课本P73 T9):桂皮中含有的肉桂醛( )是一种食用香料,广泛用于牙膏、洗涤剂、糖果和调味品中。工业上可通过苯甲醛与乙醛反应进行制备:
-CH=CH-CHO
-CHO+CH3CHO
NaOH溶液
△
-CH=CH-CHO+H2O
上述反应主要经历了加成和消去的过程,请尝试写出相应反应的化学方程式。
-C-H
=
O
+CH3CHO
NaOH溶液
△
-CH-CH2CHO
|
OH
-CH-CH2CHO
|
OH
△
-CH=CH-CHO+H2O
【拓展延伸】
1. 羟醛缩合反应
醛、酮α-C原子上的H原子(α-H)受到羰基的影响变得比较活泼
R-CH-CH2-CHO
+ H-CH2-CHO
OH
R-C-H
O
稀OH-
Δ
-H2O
R-CH=CHCHO
在稀碱或稀酸的催化作用下,有 a-H 的醛或酮能与另一分子醛或酮发生加成反应,即一分子醛的 a-H 加到另一分子醛的羰基氧原子上,其余部分加到羰基碳原子上,生成 B-羟基醛。生成的 B-羟基醛易脱水,发生脱水的消去反应。
由于加成产物的分子中既有羟基又有醛基,故这一反应称为羟醛缩合反应。
上述反应增长碳链,在有机合成中应用比较广泛。
应用:
2. α-H 的取代反应
上述反应可引入卤素原子,进而引入羟基或碳碳双键,可实现官能团的转化。
上述反应可由醛直接生成醇和羧酸,实现芳香化合物间的转化。
3. 醛的歧化反应
R CH2 CHO + Br2
催化剂
R CH CHO + HBr
Br
CHO
2
①浓KOH溶液、Δ
②H+
COOH
CH2OH
+
CH3-CH-C=CH-CH3
CH3
CH3
已知烯烃经O3氧化后,在锌存在下可水解得醛或酮。
R1-C=CH-R3
R2
① O3
② H2O、Zn
R1-C=O
R2
+ R3CHO
【课堂练习6】现有分子式为C7H14的某烯烃,它与H2加成反应生成2,3-二甲基戊烷,它经臭氧氧化后,在锌存在下水解生成乙醛和一种酮(RCOR′)由此推断该有机物的结构简式为:
4. 烯烃氧化生成醛和酮
【归纳总结】使溴水、KMnO4(H+)溶液褪色的有机物及褪色原因的比较
碳碳双键 碳碳三键 苯的 同系物 醇 酚 醛 能否褪色 原因 能否褪色 原因 能否因反应褪色 原因 能否褪色 原因 能否褪色 原因 能否褪色 原因
溴水
KMnO4(H+)
√
×
加成
反应
√
√
√
√
√
√
√
√
√
×
氧化
反应
加成
反应
氧化
反应
氧化反应
取代
反应
氧化反应
氧化反应
氧化反应
氧化反应
官能团
试剂