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第三章 烃的衍生物
第三节 醛 酮
自然界广泛存在醛
含有香草醛的兰花
杏仁含苯甲醛
桂皮含肉桂醛
CH=CH CHO
CHO
CHO
HO
OCH3
HCHO
油漆中含甲醛
1.通过对乙醛性质的学习,能基于官能团、化学键的特点分析和推断醛类的化学性质,能描述和分析醛类的重要反应,能书写相应的化学方程式;
2.能通过乙醇、乙醛和乙酸之间的相互转化,加深对有机反应中氧化反应和还原反应的理解,初步构建烃的含氧衍生物间的转化关系;
3.能根据官能团的特点和性质区别醛和酮,认识酮的结构特点和应用;
4.认识甲醛、苯甲醛和丙酮等代表物,并了解其在生活中的应用。
一、认识醛的结构
1.醛的概念
醛基(—CHO)与烃基(或氢原子)相连构成的一类化合物就叫醛,可用通式RCHO表示。
—CHO
官能团:
饱和一元醛通式:
CnH2nO
—C—
O
H
二、乙醛
1.乙醛的分子结构
分子式:
结构简式:
C2H4O
H—C—C—H
CH3CHO
乙醛的核磁共振氢谱有 组峰,峰面积比为 。
乙醛的核磁共振氢谱
δ
吸收强度
10
8
6
4
2
0
O
H
H
2
3:1
2.乙醛的物理性质:
无色液体
[思考] 乙醛、苯、CCl4均为无色液体,如何用最简便的方法鉴别?
用水,不分层的是乙醛,分层且水在下层的是苯,剩下的是CCl4。
乙醛分子中的醛基官能团对
乙醛的化学性质起决定作用。
有刺激性气味
密度比水小
沸点20.8℃,易挥发
能与水、乙醇等互溶
[思考]分析醛基的结构,推测其在化学反应中的断裂方式判断醛基有哪些性质?
C
H
O
碳氧键
碳氢键
[思考]通过乙醇的催化氧化可以得到乙醛,那么乙醛能否被还原为乙醇呢?
不饱和性
加成反应?
δ-
δ+
在醛基的碳氧双键中,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。
3.醛的化学性质
(1)加成反应
①催化加氢(还原反应)
醛基催化加氢一定生成端醇
[试一试]你能写出甲醛与氢气的加成反应吗?
CH3—C—H+H2 CH3CH2—OH
催化剂
O
H—C—H+H2 CH3OH
催化剂
O
[注意] 与C=C双键不同的是,通常情况下,乙醛不能和HX、X2、H2O
发生加成反应
②与一些极性试剂发生加成反应(与氢氰酸加成)
2-羟基丙腈
CH3—C—H+H—CN CH3—CH—CN
催化剂
O
OH
δ+
δ-
δ+
δ-
醛或酮与氢氰酸加成,反应产物的分子比原来的醛分子或酮分子多了一个碳原子。
这类反应在有机合成中可以用来增长碳链。
(2)氧化反应
①被弱氧化剂氧化
银镜反应
视频
在试管内壁形成光亮的银镜。
【实验现象】
【想一想】如何配置银氨溶液(Ag(NH3)2OH)?
写出此过程中涉及到的化学方程式。
取1 mL 2%的AgNO3溶液于洁净试管中,一边振荡试管,一边逐滴滴入2%的稀氨水,至生成的沉淀恰好完全溶解,制得银氨溶液。
AgNO3+NH3·H2O=AgOH↓+NH4NO3
AgOH+2NH3·H2O=Ag(NH3)2OH+2H2O
【反应方程式】
该反应可用来检验醛基!CH3COONH4与强酸可得到乙酸CH3COOH。
CH3CHO+2Ag(NH3)2OH 2Ag↓+CH3COONH4+3NH3+H2O
【注意事项】
试管内壁必须光滑、洁净;
实验的银氨溶液应现配现用;氨水不能太浓,银氨溶液不能久置,否则会生成易爆炸的物质
必须用水浴加热,不可用酒精灯直接加热;
加热时不能振荡和摇动试管。
Ⅱ.配制银氨溶液时可以向稀氨水中逐滴加AgNO3稀溶液吗?
思考与讨论
Ⅰ.1mol醛基最多可以与多少Ag(NH3)2OH反应?生成多少Ag?
Ⅲ.实验后附着的银镜的试管如何洗净?
可用稀硝酸浸泡,再用水洗除去。
CH3CHO+2Ag(NH3)2OH 2Ag↓+CH3COONH4+3NH3+H2O
1mol ~ 2mol ~ 2mol
不可以,配制银氨溶液是向AgNO3稀溶液中逐滴加稀氨水,直到最初生成的沉淀恰好溶解为止,顺序不能颠倒。
Cu2++2OH-=Cu(OH)2↓
b.乙醛的氧化:在上述蓝色浊液中加入0.5ml乙醛溶液,加热至沸腾。
与新制的氢氧化铜反应
视频
有红色(Cu2O)沉淀生成
【实验现象】
【步骤】
a.配制新制的Cu(OH)2悬浊液:在试管里加入2mL
10%NaOH溶液,滴入2%CuSO4溶液4~6滴,振荡。
【反应方程式】
CH3CHO+2Cu(OH)2+NaOH CH3COONa+Cu2O↓+3H2O
【注意事项】
必须使用新制的Cu(OH)2,久置的Cu(OH)2易发生变质;
碱一定要过量,否则生成乙酸。
检验醛基,医疗上检测尿糖
【用途】
1mol ~ 2mol
②可燃性
2CH3—C—H+O2
催化剂
O
2CH3—C—OH
O
③催化氧化
乙酸
2CH3CHO+5O2
4CO2+4H2O
点燃
酸性高锰酸钾溶液属于强氧化剂,故乙醛能使酸性高锰酸钾溶液褪色。
乙醛能不能使酸性高锰酸钾溶液褪色
思考与讨论
——能使酸性高锰酸钾溶液或溴水溶液褪色
④被强氧化剂氧化
CH3CHO+Br2+H2O=2HBr+CH3COOH
注意:必须是溴水,乙醛不能使溴的CCl4溶液褪色。
氧化
乙醛
还原
乙酸
氧化
乙醇
CnH2n+2O CnH2n O CnH2nO2
加氧去氢是氧化
去氧加氢是还原
RCH2OH RCHO RCOOH
乙醇、乙醛和乙酸三者之间的转化关系如下图所示。请结合具体反应,以及三者的分子结构和官能团的变化情况,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
O2、Cu、△
H2、催化剂、△
Ag(NH3)2OH、Cu(OH)2、△
或O2、催化剂、△
1.甲醛
俗名蚁醛,最简单的醛类物质
无色气体
有强烈刺激性气味
易溶于水
三、常见醛——甲醛、丙醛、苯甲醛
甲醛是一种重要的化工原料
甲醛水溶液(福尔马林),具有防腐和杀菌性能,可用于消毒和制作生物标本。
用途:
甲醛 可以看成有两个醛基。
①被银氨溶液氧化
②被新制Cu(OH)2碱性悬浊液氧化
H—C—H
O
[试一试]写出甲醛分别与新制氢氧化铜悬浊液和银氨溶液反应的方程式吗?
HCHO+4[Ag(NH3)2]OH 4Ag↓+(NH4)2CO3+6NH3+2H2O
HCHO+4Cu(OH)2+2NaOH 2Cu2O↓+Na2CO3+6H2O
2.苯甲醛(C6H7O)
苯甲醛是最简单的芳香醛,俗称苦杏仁油,是一种有苦杏仁气味的无色液体,也是制造染料、香料及药物的重要原料。
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
化学性质:
CHO
思考与讨论
Ⅰ.由丙醛如何得到1-丙醇或丙酸?
CH3CH2CHO+H2 CH3CH2CH2OH
催化剂
2CH3CH2CHO+O2 2CH3CH2COOH
催化剂
Ⅱ.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?
苯甲醛中醛基受到苯环的影响,导致C—H极性增强,易被空气中的氧气氧化为羧基。
四、酮
1.酮的概念和结构特点
(1)概念:羰基与两个烃基相连的化合物,
(2)官能团:
—C—
O
R2
R1
—C—
O
(3)通式:
CnH2nO
(4)应用:
酮是重要的有机溶剂和化工原料。例如,丙酮可用作化学纤维、钢瓶储存乙炔等的溶剂,还用于生产有机玻璃、农药和涂料等。
2.丙酮的性质
(1)物理性质
CH3CCH3
O
丙酮是最简单的酮,其结构简式为 。
常温下,丙酮是无色透明的液体,易挥发,能与水、乙醇等互溶。
(2)化学性质
①加成(还原)反应:
②难被氧化(燃烧除外):难被银氨溶液或新制氢氧化铜氧化
无法得到端醇
—C—
O
R2
R1
—CH—
OH
R2
R1
+H2
催化剂
思考与讨论
酮与醛可能为官能团异构,如丙醛与丙酮分子式均为C3H6O,两者互为同分异构体。
Ⅰ.丙酮是丙醛的同分异构体吗?
Ⅱ.它们有哪些性质差异?可采用哪些方法鉴别它们?
丙醛能被弱氧化剂如银氨溶液、新制Cu(OH)2氧化,而丙酮却不能,故可采用上述两种试剂鉴别它们。
①选主链:选含醛基或羰基且最长的碳链做主链。
②编位号:从靠近羰基的一端开始编号。
③写名称:醛基碳是一号碳,支链以取代基的形式标明位号写在名称前面。酮分子中的羰基碳必须标明其位号。
五、醛、酮的命名-----系统命名法
【练一练】请写出下面物质的名称
4 甲基戊醛
2-丁酮
CH3—C—CH2—CH3
O
CH3—CH—CH2—CH2—CHO
CH3
[练一练]
1.判断正误
(1)能发生银镜反应的有机化合物一定是醛类。( )
(2)乙醛既能发生氧化反应,又能发生还原反应。( )
(3)醛、酮都可以发生还原反应。( )
(4)对甲基苯甲醛能使酸性高锰酸钾溶液褪色,说明它含有醛基。( )
(5)醛一定含有醛基,含有醛基的一定是醛。( )
(6)能发生银镜反应的物质不一定是醛类,也可以是甲酸、甲酸酯和葡萄糖。( )
2.下列有关说法正确的是( )
A.醛一定含醛基,含有醛基的物质一定是醛
B.丙醛只有丙酮一种同分异构体
C.醛类物质在常温常压下都为液体或固体
D.含醛基的物质在一定条件下可与H2发生还原反应
D
3.下列说法中,正确的是( )
A.乙醛与苯甲醛互为同系物
B.苯乙醛的结构简式:
C.醛类既能被氧化为羧酸,又能被还原为醇
D.完全燃烧等物质的量的乙醛和乙醇,消耗氧气的质量相等
C
CH2COH
4.某学生做乙醛还原性的实验,取1 mol·L-1的硫酸铜溶液2 mL和0.4 mol·L-1的氢氧化钠溶液4 mL,在一个试管中混合后加入0.5 mL 40%的乙醛溶液加热至沸腾,无砖红色沉淀,实验失败的原因是( )
A.氢氧化钠的量不够
B.硫酸铜的量不够
C.乙醛溶液太少
D.加热时间不够
A
5.科学家研制出多种新型杀虫剂代替DDT,化合物A是其中的一种,其结构如下。下列关于A的说法中正确的是 ( )
A.化合物A的分子式为C15H22O3
B.与FeCl3溶液发生反应后溶液显紫色
C.1 mol A最多可以与2 mol Cu(OH)2反应
D.1 mol A最多与1 mol H2发生加成反应
A
6.不能由醛或酮加氢还原制得的醇是( )
A.CH3CH2OH
B.CH3CH2CH(OH)CH3
C.(CH3)3CCH2OH
D.(CH3)3COH
D
通式:
OH
RCHO + H2 RCH2OH
R1—C—R2 + H2 R1—CH—R2
催化剂
催化剂
O
7.有机化合物A在一定条件下可发生以下转化:
其中B可发生银镜反应,C跟石灰石反应产生能使澄清石灰水变浑浊的气体。
(1)A、B、C的结构简式和名称依次是 、 、
。
(2)写出下列反应的化学方程式:
①A→B的化学方程式为 ;
②B→C的化学方程式为 ;
③B→A的化学方程式为 。
CH3CH2OH,乙醇
CH3CHO,乙醛
CH3COOH,乙酸
催化剂
2CH3CH2OH+O2 2CH3CHO+2H2O
催化剂
2CH3CHO+O2 2CH3COOH
CH3CHO+H2 CH3CH2OH
催化剂
8.醛类因易被氧化为羧酸,而易使酸性KMnO4溶液或溴水褪色。向乙醛中滴加酸性KMnO4溶液,可观察到的现象是________________________。
现已知柠檬醛的结构简式为
若要检验其中的碳碳双键,能否直接加入酸性KMnO4溶液或溴水?为什么?________________________________________________。
经常使用的实验方法是什么?_______________________________。
酸性KMnO4溶液紫红色褪去
能使得溴水褪色的有机物——
能使酸性高锰酸钾溶液褪色的有机物——
含醛基物质中碳碳双键的检验流程
若要检验其中的碳碳双键,能否直接加入酸性KMnO4溶液或溴水?为什么?________________________________________________。
经常使用的实验方法是什么?
如:R—CH=CH—CHO R—CH=CH—COOH 褪色
KMnO4(H+)
或溴水
水浴加热
银氨溶液
H+
不能,因为醛基也会使酸性KMnO4溶液或溴水褪色
应先用银氨溶液将醛基氧化成羧基,再滴加溴水或酸性KMnO4溶液,若溴水或酸性KMnO4溶液褪色,说明柠檬醛分子中含有碳碳双键。
烯烃、炔烃、酚、醛
烯烃、炔烃、酚、醛、苯的同系物、醇
醛 酮
醛
酮
结构
物理性质
化学性质
常见的醛
结构
加成反应
氧化反应
醛+H2→醇
甲醛、乙醛、苯甲醛
颜色、气味、挥发性、溶解性
R—CHO
丙酮
醛+HCN→加碳
催化氧化
被弱氧化剂氧化(银氨溶液、新制的Cu(OH)2)
使酸性高锰酸钾溶液、溴水褪色
羧酸
燃烧
R1—C—R2
O