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一、醇的分类和命名
1.醇的分类
根据醇分子中烃基的不同,醇可分为饱和脂肪醇、不饱和脂肪醇、脂环醇等。
根据醇分子中经基数目的多少,可分为一元醇、二元醇及多元醇。
根据与羟基相连的碳原子级数的不同,可分为一级(伯)醇、二级(仲)醇、三级(叔)醇。
2.醇的命名
醇的命名方法,常用的有普通命名法和系统命名法两种。
(1)普通命名法普通命名法适用于结构比较简单的醇,其原则是:先写出与羟基相连的烃基名称,然后加上一个“醇”字。
(2)系统命名法结构比较复杂的醇则用系统命名法命名,其原则是:选择包括羟基所连碳原子的最长碳链为主链,从靠近羟基一端开始给主链编号,按主链碳原子数目叫做某醇,并在“醇”字前边依次标出取代基位次、名称及羟基的位次。如果是不饱和醇,主链应包括不饱和键:主链碳原子编号仍然使经基所连碳原子的位次尽可能小。
有的醇还有俗名,如甲醇俗称木精,丙三醇俗称甘油。
二、醇的物理性质
醇在物理性质方面有两个突出的特点:沸点较高,水溶性较大。
1.醇的沸点
一元醇的沸点比相应烃的沸点高得多,例如,甲醇的沸点比甲烷的沸点高227℃,乙醇的沸点比乙烷的沸点高167℃。这和水的沸点较高是同样的道理,因为醇是极性分子,更主要的是醇分子之间可以通过氢键发生缔合。
要使缔合形式的液体醇汽化为单个气体分子,不仅要克服范德华引力,而且还要破坏氢键,这就需要提供较多的能量,所以醇的沸点比相应烃的沸点高。在醇的同系列中,醇的沸点随着相对分子质量的递增而升高。在相同碳原子数的一元醇中,直链的醇比含支链醇的沸点高。
2.醇的水溶性
3个碳原子以下的醇及叔丁醇与水以任意比例混溶,随着相对分子质量的增大,醇在水中的溶解度显著下降,高级醇不溶于水。3个碳原子以下的醇与水混溶有两个原因:一是结构与水相似,二是与水分子间能形成氢键。
醇的水溶性符合“相似相溶”的经验规律。低级醇分子中的羟基和水分子中的羟基类似,所以,与水互溶。而高级醇分子中,羟基所占的比例很小,整个分子与烷烃更为相似,所以它们不溶于水而易溶于烃类有机溶剂。
3.醇合物
某些低级醇如甲醇、乙醇等能和CaCl2,MgCl2等无机盐结合形成结晶状的醇合物。如CaCl2·4CH3OH、CaCl2·6C2H5OH、MgCl2·6CH3OH等。因此,甲醇、乙醇不能用氯化钙干燥。醇合物不溶于有机溶剂,因此在工业上,乙醚中含有的少量乙醇就是用这种方法除去的。
三、醇的化学性质
醇的化学性质主要由其官能团经基所决定,同时烃基也有一定的影响。醇分子中的碳氧键和氢氧键都是极性键,它们是醇易发生化学反应的两个部位:
在具体反应中,究竟是碳氧键断裂,还是氢氧键断裂,则取决于烃基结构以及反应条件。另外,由于轻基的影响而使a-氢原子和户氢原子也产生一定的活性,在一定条件下也会发生某些反应。
1.酯化反应
醇与酸作用生成醋和水的反应称为酯化反应,酯化反应是可逆反应。酸分为有机酸和无机含氧酸。
用酸作催化剂,醇与有机酸作用,发生分子间的脱水反应生成有机酸酯。其反应可用下式表示:
RCOOH+H18OR'←(浓H2SO4/△)→RCO18OR'+H2O
用含有同位素18O的乙醇与醋酸进行酯化,发现18O含于生成的酯的分子中,而不是在水分子中。这就说明,酯化反应中生成的水是由羧酸的羟基与醇羟基上的氢形成的,也就是醇发生了氢氧键断裂,羧酸发生了酰氧键断裂。
醇还可与无机含氧酸硝酸、磷酸等反应生成无机酸酯。
ROH十HONO2↔RONO2(硝酸酯)+H2O
甘油与硝酸反应生成三硝酸甘油酯,临床上用作扩张血管与缓解心绞痛的药物(即硝酸甘油)。因具有多硝基结构,受热或剧烈冲击时会猛烈分解而爆炸,因此,它是诺贝尔发明的一种炸药。
磷酸可与醇形成3种类型的磷酸酯。
某些磷酸醋还是目前使用的有机磷杀虫剂,如敌敌畏、敌百虫、乐果等。磷酸酯广泛存在于生物体中。某些磷酸酯在生物体内代谢过程中有重要作用。
2.脱水反应
醇在催化剂(硫酸、磷酸、三氧化二铝等)作用下共热,可发生分子间或分子内脱水反应,生成醚或烯。究竟按哪一种方式进行脱水,则决定于醇的结构和反应条件。
(1)分子间脱水过量的醇与浓硫酸在不太高的温度下,发生分子间脱水反应,生成醚。如乙醇脱水如下:
CH3CH2OH+HOCH2CH3—(H2SO4/140℃)→CH3CH2-O-CH2CH3+H2O
此反应中,一个醇分子发生碳氧键断裂,另一个醇分子发生氢氧键断裂。
(2)分子内脱水醇与浓硫酸在较高温度下发生分子内脱水反应,生成烯烃。
由一个分子中脱去一些小分子,如H2O、HX等,同时生成不饱和化合物的反应,叫做消除反应。醇的分子内脱水反应就属于消除反应。仲醇和叔醇的脱水反应遵循札依切夫(Saytzeff)规律,即主要生成碳碳双键上连有较多烃基的烯烃。
生物体内也有类似于醇的分子内脱水的反应。
3.氧化或脱氢
在绝大多数有机氧化还原反应中,有机分子往往是部分的电子得失,也就是共用电子对的偏移。因此在有机反应中,在分子中加氧或去氢称氧化,加氢或去氧称还原。醇分子中的α-氢原子,由于受到羟基的影响而显得比较活泼,容易被氧化。
伯醇或仲醇用氧化剂氧化,或在催化剂作用下脱氢,能分别形成醛或酮。常用的氧化剂有高锰酸钾、重铬酸钾的酸性溶液等。在这种条件下,生成的醛很容易继续被氧化成羧酸。欲想得到醛,应在反应过程中随时将生成的醛从反应体系中蒸出。但这只限于制备沸点不高于100℃的醛。
生物体内醇的氧化反应是在酶的催化下以脱氢的方式进行的。
叔醇分子中没有α-氢原子,通常情况下,叔醇既难被氧化也不能脱氢。但在强烈条件下,如用KMnO4或K2Cr2O7的硫酸溶液与叔醇一起加热回流,则氧化生成小分子的羧酸。
实验室中,常根据氧化剂如KMnO4、K2Cr2O7等反应前后颜色的变化来鉴别伯醇和仲醇。
四、醇代表物的应用
1.甲醇
甲醇最早从木材干馏得到,所以俗称木精。甲醇是无色液体,沸点65℃。甲醇有毒,服入10mL能使人双目失明,服入30mL可以致死。甲醇是重要的化工原料及溶剂。甲醇是一种可再生能源,加入汽油中可提高汽油的辛烷值。
2.乙醇
乙醇俗称酒精,是酒的主要成分。利用酒曲发酵法制酒,是我国古代劳动人民的一项重大发明。直到19世纪,这个方法才传到欧洲。至今含酒精的饮料中的酒精仍用发酵法制取。
乙醇是无色的液体,有刺激性气味,沸点78.5℃,能与水及多种有机溶剂混溶。它常用来作为溶剂、防腐剂、消毒剂(70%一75%乙醇溶液)等,乙醇是有机合成的重要原料,工业上利用石油裂化气中的乙烯和水合成乙醇。
近年来,我国实行了一项绿色能源工程,将10%的乙醇添加到汽油中供汽车使用,既可利用大量陈化粮,又可节约大量石油。
3.丙三醇
丙三醇俗称甘油,是无色黏稠液体,有甜味,密度为1.2613g▪cm-3,熔点20℃。甘油可由油脂制肥皂的余液中提取。甘油具有吸湿性,能吸收空气中的水分,至含20%的水分后,即不再吸水。所以甘油常用作化妆品、皮革、烟草、食品以及纺织品等的吸湿剂。同时甘油也是一种重要化工原料。
在碱性溶液中,甘油能与Cu2+作用而得到深蓝色的甘油铜溶液,实验室中常利用此反应来鉴别甘油和邻二醇结构的化合物。
4.三十烷醇
三十烷醇,又称蜂花醇,是从蜜蜂蜡中纯化提取的天然生物产品。它能促进植物发芽、生根、茎叶生长及开花,增强光合作用,使农作物早熟,提高结实率,增强抗寒、抗旱能力,增加产量,改善产品品质。作为一种植物生长调节剂,它对人畜无害,对环境无污染,因此,广义上说,它是一种绿色农药。
近几年来三十烷醇在我国的研制和应用均取得较大的进展,在27个省、近1000个市、县进行几千万亩地的推广应用,涉及的农作物达50多种,已取得一定的增产效果。
5.环己六醇
环己六醇[C6H6(0H)6]俗称肌醇。肌醇为白色晶体,有甜味,熔点为225℃,密度为1.752g·cm-3,能溶于水而难溶于有机溶剂。肌醇主要用于治疗肝硬化、脂肪肝等。
肌醇广泛存在于动植物界,例如存在于动物肌肉、心脏、肝、脑等器官中和未成熟的豌豆等中,是某些动物和微生物生长所必需的物质。
肌醇的六磷酸醋广泛存在于植物界,又叫植酸。植酸常以钙镁盐的形式存在于植物体内,在种子、谷类种皮、胚等处含量较多。在种子发芽时,它在酶的作用下水解,向幼芽供应生长所需要的磷。
6.苯甲醇
苯甲醇又称醇,为无色液体,沸点205℃,有微弱的香气,微溶于水,能与乙醇、乙醚等混溶,大量用于香料及医药工业。苯甲醇以醋的形式存在于许多植物精油中。
7.硫醇
醇分子中的氧原子为硫原子代替后所形成的化合物叫做硫醇。其通式为R-SH,官能团是-SH,称为巰基。硫醇的命名与醇相似,只是在“醇”字前面多加一个“硫”字。
除甲硫醇外,多数硫醇是挥发性液体,具有恶臭。在空气中含有1×10-8g▪L-1的乙硫醇即可闻到其臭味。黄鼠狼的臭味就是由丁硫醇引起的。往煤气中加少量低级硫醇,利用其臭味,便于察觉煤气是否漏气,以免煤气中毒。
硫醇极易被氧化。空气中的氧就能使硫醇氧化,因此硫醇类试剂和硫醇类药物应避光密闭保存。硫醇在稀过氧化氢和碘的作用下可被氧化成二硫化物,二硫化物在一定条件下又可被还原成硫醇。二硫化物分子中的“-S-S-”化学键称为二硫键。二硫键对于保持蛋白质分子的特殊构型具有重要作用。
8.硫醇的解毒作用
硫醇其有弱酸性,它能与铜、汞、银等重金属离子形成不溶于水的硫醇盐。
2RSH+HgO→(RS)2Hg↓+H2O
所谓重金属中毒是指人、牲畜体内许多酶上巰基与铅、汞等重金属离子发生了上述反应,使酶变性失活而丧失正常的生理功能。2,3一二巰基丙醇【商品名(BAL)】和二巰基丁二酸钠等是临床上使用的重金属中毒的解毒剂。
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