酚的结构讲解ppt课件.ppt

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1、4.5酚类4.5.1 酚的结构 酚(phenol)的通式是ArOH,属芳香族化合物。它的结构特点是羟基直接与芳环相连,由于芳环上的碳及羟基上的氧均为sp2杂化,羟基中氧原子上的孤对电子与芳环上的键形成大共轭体系。如苯酚:,4.5.2 酚的物理性质 酚中含有羟基,可形成分子间氢键。因此酚类化合物的熔点、沸点比相应的烃和卤代烃高(例如,苯酚熔点43,沸点182;而甲基熔点-93,沸点110.6)。在酚的IR谱中,酚羟基(O-H)和碳氧键(C-O)的吸收带位置具有特征。O-H键伸缩振动,在3520-3100cm-1的区域中显示一个强而宽的吸收带;C-O键伸缩振动,在1200-1250cm-1区域显示

2、一个吸收带,可区别于醇中C-O键(在1050-1200cm-1)。,酚的1HNMR谱中,酚羟基上质子的化学位移在4-7,影响该化学位移的因素很多。当形成较强分子的氢键(如)或环上有强吸电子基团(如-NO2)时,化学位移向低场,一般在8-12左右。由于OH的影响苯环上的氢化学位移值移向高场,化学位移小于苯。,图4-9 苯酚的HNMR 和 CNMR 谱,4.5.3酚的化学性质 (1) 酸性,但苯酚不能与NaHCO3反应,说明酚类化合物只具有弱酸性(不能使湿润的石蕊试纸变色)可根据各物质的pKa值比较酸性大小。以苯酚为例,与下列物质的酸性大小关系为:,所以有下列反应:,另外,由于取代基的电子效应,芳

3、环上的取代基会影响酚的酸性强弱。当吸电子基团位于酚羟基邻、对位时,酚的酸性明显增强;反之,给电子基团使酸性减弱。见下列酚酸性大小排列:,OCH3为第一类定位基,其诱导效应为拉电子,使酸性增强。而其共轭效应为给电子,使酸性降低。实验表明,共轭大于诱导,所以在邻对位时,酸性下降。而在间位时共轭效应不影响OH,所以酸性比苯酚强。(2)与FeCl3的显色反应: 酚因羟基与芳环直接相连,相当于烯醇式结构,与FeCl3溶液发生显色反应,不同的酚显示不同的颜色,如:,蓝紫色 蓝色 深绿色 蓝紫色 暗绿色 淡棕色,这种特殊的颜色反应,可作为酚的定性分析依据。酚与FeCl3的显色反应,一般认为是形成下列络合物:

4、,(3)弗里斯重排: 酚与酰氯或酐先生成酯,它的酯在AlCl3催化下重排为羟基酮,邻、对位异构体的比例与温度有关,低温时(小于60)有利于对位异构体,高温(160)有利于邻位异构体,这种反应叫做弗里斯(Frices)重排。 Fries重排反应的总收率较高,生成的邻、对位异构体可以通过蒸汽蒸馏或分布结晶的方法加以分离。 抗胃溃疡药物螺佐呋酮(spizofurone)的制备使用了Fries重排反应:,(4)布歇尔反应: -萘酚与NaHSO3及氨水在一定条件下,可生成-萘胺:,此反应称为布歇尔反应,即羟基的氨解。利用该反应可合成更多用途广泛的化合物。当芳环上存在吸电子基团时,氨解反应可顺利进行。,(

5、5)芳环上的反应: 酚羟基是强的第一类定位基,故苯环上特别是羟基的邻、对位极易发生亲电取代反应. 卤代反应 酚极易卤化,不用借助催化剂,苯酚与过量溴水作用时,立即生成2,4,6-三溴苯酚的白色沉淀,且可定量进行。此反应可用于苯酚的定性和定量分析。 但酚与溴在不同的条件,有不同的产物:, 磺化反应: 由于磺化反应的可逆性,酚的一磺化反应主要受平衡控制,温度越高,稳定的对位异构体增多。,20 49% 51%100 10% 90%,苯酚与浓硫酸加热时,主产物是二磺化物。利用这一反应可以得到较高纯度的邻溴苯酚。,苯酚的磺化与温度有关,低温生成一磺化物,高温以多磺为主。, 硝化反应: 苯酚与稀硝酸反应,

6、生成邻对位产物,邻硝基苯酚和对硝基苯酚可用水蒸汽蒸馏方法分开。,采用硝酸对酚类进行硝化,不可避免副反应,故一般用间接方法进行。苦味酸的制备是一个具体的例子。,在硝化反应中,要注意反应温度和硝化剂的用量,以防发生爆炸。 较弱的亲电试剂HNO2,也可以在环上发生硝化反应:, 傅瑞德(Friedel)克拉夫茨(Crafts)反应: 苯环上发生烷基化反应,一般以H2SO4为催化剂,以醇或烯烃为烷基化试剂。如“264”抗氧剂的制备:,一种新的全身麻醉药丙泊酚(Propofol)的制备使用了酚的烷基化反应:,磺化堵位 烷基化 丙泊酚,苯酚与酰氯发生反应,可得到酚酮:(Frices 重排),间苯二酚的酰化反

7、应活性更高,酰化剂可直接用羧酸:,(6) 与甲醛的缩合反应: 苯酚与甲醛作用,首先在苯酚的邻、对位上引入羟甲基:,酚醛树脂具有良好的绝缘性能,常用来制作绝缘材料。若使用甲醛的量与苯酚相当,产物是热塑性酚醛树脂(线型大分子);若甲醛过量,则生成热固酚醛树脂(体型大分子):,热塑性酚醛树脂(线型大分子),热固酚醛树脂(体型大分子),(7)氨甲基化反应: 在酸性介质中甲醛、仲胺和酚可以发生环上的氨甲基化反应:,在盐酸戈络帕米(Gallopamil)治疗心绞痛的合成中,用到了该反应:,(8)Claisen重排与Cope重排反应: 酚氧负离子可与卤代烃(RX)发生取代反应生成醚,如:,当生成物为酚的烯丙

8、基醚时,会发生Claisen重排,最后生成取代酚。,其反应机理符合如下规则:3,3断裂;1,1相连;双键移位。标号需从双键位开始标起,为1,2,3或1,2,3。,如果邻位已被取代基占据,则重排发生在对位,第一步重排叫作Claison重排(有杂原子参加的重排),第二步重排叫作Cope重排(只有纯碳链的重排),类似结构的酚的烯丙基醚均发生该重排,它是分子内重排,所以将下列两反应物混合加热,不会生成交叉产物:,在BCl3 催化下,当邻对位有取代基时烯丙基可重排到间位。,将氧原子换成N或S 也可以发生Claisen 重排。如:,Cope重排与Claisen重排均属周环反应。链状或环状的1,5-二烯能发

9、生Cope重排,例如:,利用3,3断裂;1,1相连;双键移位的作法,可以顺利完成下面的反应,一个非常有趣的例子,二环3.1.0己烯正离子上的取代甲基在低温时NMR信号不同,而在高温时是个单峰。在低温时,1.3 迁移速度慢,NMR可以区别不同甲基上的H,而在高温时1.3 迁移速度快,NMR不能区别不同甲基上的H,是个单峰。,(9)氧化反应: 在氧化剂作用下,酚被氧化成醌,如:,4.5.4多元酚 芳环上直接连有两个或两个以上的羟基,可通过过氧化氢的氧化作用得到。多元酚特点是:,多元酚有许多实际用途。例如,邻苯二酚是生产香兰素的原料,对苯二酚及对叔丁基邻苯二酚是工业上广泛应用的抗氧剂,阻聚剂、稳定剂

10、、药物及二苯并呋喃酮分散染料中间体等。,4.5.5酚的制备 苯酚和甲酚可以从煤焦油中分离得到,也可采用合成法。基于在芳香环上直接引入羟基较难,故目前采用间接方法制备。(1)苯磺酸钠碱熔法: 将苯磺酸钠与氢氧化钠共熔,所得苯酚经酸化即得苯酚:,这是生产苯酚的成熟方法,产品纯,但耗料大,成本高,污染严重,故已逐步被其他方法代替。(2)异丙苯氧化法: 这是目前生产苯酚的主要方法之一,属清洁工艺。原料来源广泛且经济合理,异丙苯经过空气催化氧化,生成过氧化异丙苯,后者与稀H2SO4作用,通过重排,分解成苯酚和丙酮,反应如下:,利用此法制备苯酚时,在苯酚蒸馏纯化过程中剩下一种残油,称酚焦油。用硫酸将它磺化,再与甲醛缩合,所得产品称磺化酚焦油甲醛缩合物,在浮选磷化石等磷矿时,它对分解石有抑制作用,是一种来源较广,价格便宜的良好抑制剂。(3)卤代芳烃水解: 与苯环直接相连的卤素很不活泼,故卤代芳烃水解须在高温高压下进行。例如:,由于原料消耗大,对环境污染严重,此法已逐渐被淘汰。不过若在羟基的邻、对位存在强的吸电子基如-NO2时,可使Cl变得活泼,水解可在常压下进行。,

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