2014.4 by 陳孟男
7-1 有機化合物的組成與結構 7-2 碳氫化合物 7-4 醇 酚與醚 7-5 醛與酮 7-6 羧酸與酯 7-3 有機鹵化物 7-7 胺與醯胺
7-1 有機化合物的組成及結構
有機化合物的組成及結構的分析 有機化合物的組成及結構 元素分析儀實驗式分子量的測定分子式的求法官能基的分類與其特性常見的有機官能基異構物的分類結構式
燃燒分析法
燃燒分析法 碳氫化合物經高溫爐完全燃燒後, 只生成水和二氧化碳, 因此將僅含碳和氫, 或碳 氫和氧的有機化合物, 置於純氧中燃燒, 所產生的水蒸氣與二氧化碳分別以無水過氯酸鎂 (Mg(ClO 4 ) 2 ) 及氫氧化鈉吸收後, 由兩化合物所增加的重量, 推算出待測化合物所含的氫重和碳重 若化合物中含有氧, 則由化合物總重量減去氫和碳重量, 即得氧重
元素分析儀
質譜儀原理 質譜儀是用高能電子流撞擊試樣分子使其失去電子, 成為帶正電荷的分子陽離子與碎片陽離子 它們在磁場的作用下因質荷比 (mass-tocharge ratio) 不同而有不同的運行差異 質荷比愈大的陽離子在磁場下的偏轉愈小
質譜儀原理示意圖 質譜儀 (mass spectrometer) 為目前常用 來測量分子量的工具
乙醇的質譜圖
有機化合物的結構與異構物 分子式僅能顯示出化合物中原子種類及個數 結構式才能顯示出化合物中原子的連結及排列方式 決定有機化合物的分子式後, 可由鍵結原理來推測有機物的可能結構式 再以該化合物的化學性質與物理性質作為最後判斷該化合物結構式的依據
結構式的推測 分子式為 C 2 H 6 O, 依化學鍵結原理其可能結構式有 (a)c 2 H 5 OH (b)ch 3 OCH 3 兩種
乙醇 結構式 (a) 中含有 -OH, 分子間可形成氫鍵, 因此具有較高沸點, 可與水形成氫鍵, 故對水溶解度高 結構式 (a) 與水相同均含有 -OH 鍵, 可與金屬鈉反應產生氫氣
二甲醚 結構式 (b) 中的 6 個氫原子直接與碳相結合 分子極性低, 分子間不會形成氫鍵, 故沸點較低 ( 沸點 -24.8 C) 與水不互溶, 不會與金屬鈉反應 結構式 (b) 為二甲醚
同分異構物 在基礎化學曾提及同分異構物 ( 簡稱異構物 ) 可分為結構異構物及立體異構物 結構異構物又可細分為鏈異構物 官能基異構物及位置異構物 而立體異構物則可細分為幾何異構物 ( 又稱順反異構物 ) 光學異構物 立體異構物在食品 藥物及生理作用上差異很大
異構物的分類
常見的有機官能基 (1)
常見的有機官能基 (2)
官能基的分類與其特性 (1)
官能基的分類與其特性 (2)
官能基的分類與其特性 (3)
7-2 碳氫化合物
碳氫化合物 僅由碳及氫兩種元素所組成的有機化合物稱為碳氫化合物, 簡稱為烴 烴類中碳原子間皆以單鍵相連結者, 稱為飽和烴, 如烷烴或環烷烴 若碳原子間含有雙鍵或參鍵相連結者, 稱為不飽和烴, 如烯烴或炔烴 芳香烴 ( 包括苯及具有苯環結構的烴 ) 也屬於不飽和烴
烷烴 烷烴的主要來源為石油與天然氣 石油的成分相當複雜, 煉油廠利用分餾法將石油分離成不同溫度範圍的烷烴混合物 主要作為燃料 溶劑及加工原料 若要得到純的烷烴, 通常需要再精煉或以化學方法製備
石油分餾
烷烴的性質 烷烴的化性相當安定 在室溫下不易與氧化劑 還原劑及大部分的酸 鹼作用 但在適當條件下, 則可發生燃燒 取代 裂解或脫氫等反應
燃燒反應 燃燒為烷烴最常見的反應 烷烴與充足的氧氣燃燒產生二氧化碳與水, 並伴隨放出大量的熱能, 為目前主要的能源之一 例如汽油為汽 機車的主要燃料, 其主要成分為 6~12 個碳的烷烴 天然氣或液化石油氣為常用的燃料, 其主成分分別為甲烷與丙烷 CH 4(g) + 2O 2(g) CO 2(g) + 2H 2 O (l) ΔH=-890kJ
取代反應 取代反應 (substitution reaction) 為烷烴的典型反應, 例如鹵化反應及硝化反應 烷烴與鹵素的反應稱為鹵化反應 在高溫或光照條件下, 烷烴的氫原子被鹵素原子取代, 形成含一個或多個鹵素原子的鹵烷 甲烷與過量氯氣在高溫或紫外光照射下反應, 可產生一氯甲烷 二氯甲烷 三氯甲烷及四氯甲烷 ( 即四氯化碳 ) 的混合物
取代反應 甲烷與過量氯氣在高溫或紫外光照射下反應, 可產生一氯甲烷 二氯甲烷 三氯甲烷及四氯甲烷 ( 即四氯化碳 ) 的混合物 CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + Cl 2 CH 2 Cl 2 + Cl 2 照光或加熱 照光或加熱 照光或加熱 CH 3 Cl + HCl CH 2 Cl 2 + HCl CHCl 3 + HCl CHCl 3 + Cl 2 照光或加熱 CCl 4 + HCl
正己烷的鹵化反應
取代反應 烷烴在大於 475 C 的高溫下, 可與濃硝酸進行硝化反應 CH 4 + HNO 3 475 C CH 3 NO 2 + H 2 O
裂解與脫氫反應 裂解反應 (cracking reaction) 是烷烴在隔絕空氣 高溫及觸媒的催化下, 大分子烷烴裂解成較小分子的烷烴 烯烴及氫氣的反應 脫氫反應則是烷烴在高溫及觸媒的催化下脫去氫而形成烯烴的反應
裂解與脫氫反應
裂解與脫氫反應 裂解與脫氫反應兩者皆屬有機化學中的脫去反應 (elimination reaction) 在石化工業中, 輕油裂解工廠就是將輕油通過高溫的裂解爐, 使其裂解為分子量較小的乙烯 丙烯 丁二烯等經濟價值較高的石化工業原料 或將高分子量的餾份裂解成較低分子量的油品, 以增加汽油或柴油產量
取代反應與脫去反應 取代反應是烴類中接在碳上的氫, 與其他原子或原子團交換而產生新的化合物之反應 脫去反應則是在適當條件下, 有機分子失去如 H 2 O HX 或 H 2 等小分子, 而生成不飽和化合物的反應
烯烴 工業上製備烯烴最常用的方法就是以烷烴的裂解或脫氫反應, 再將裂解所得的混合物加以分餾 實驗室中烯烴的製備, 則是利用醇類在濃硫酸催化下, 進行脫水反應即可得到烯烴 CH 3 CH 2 OH 乙醇 濃 H SO 170~180 C 2 4 CH 2 =CH 2 + H 2 O 乙烯
烯烴的製備 鹵烷與強鹼的酒精溶液共熱, 發生脫去反應生成烯烴 例如 : CH 3 CH 2 Br + C 2 H 5 ONa 溴乙烷乙醇鈉 CH 2 =CH 2 + C 2 H 5 OH + NaBr 乙烯 乙醇
烯烴的反應類型 烯烴因含有雙鍵, 化性較烷烴活潑, 反應大多發生在碳碳雙鍵上 其典型的反應為以下四種 加成反應 (addition reaction) 聚合反應 (polymerization reaction) 氧化反應 (oxidation reaction) 燃燒反應 (combustion reaction)
加成反應 烯類因具有 π 鍵, 容易打開, 因此化學性質較活潑, 易與鹵素 鹵化氫 氫氣 水進行加成反應 烯類的加成反應有氫化反應 鹵化反應 水合反應
氫化反應 烯烴與氫氣在觸媒催化下反應可生成烷烴 例如乙烯與氫氣在鉑或鎳的催化下, 可反應生成乙烷 氫化反應是食用油加工最重要的製程之一, 以植物油為原料, 透過部分氫化反應所產生的固態油脂較不易腐壞 但在氫化過程中, 會使部分原本不飽和脂肪酸中的順式碳碳雙鍵轉換成反式 Pt或 Ni CH 2 =CH 2 + H 2 CH 3 CH 3
鹵化反應 烯烴可與鹵化氫或鹵素反應生成鹵烷類 CH 2 =CH 2 + HBr CH 3 CH 2 Br 溴乙烷 CH 2 =CH 2 + Br 2 CH 2 BrCH 2 Br 1,2- 溴乙烷 溴的四氯化碳溶液 (Br 2 /CCl 4 ), 過錳酸鉀酒精溶液 (KMnO 4(acl) ) 可與不飽和鍵 ( 雙鍵及參鍵 ) 反應而發生褪色, 故可用來檢驗烯 炔
烯烴的檢驗
水合反應 烯烴與水在酸的催化下, 可生成醇類 CH 2 =CH 2 + H 2 O H SO 2 4 CH 3 CH 2 OH
馬可尼可夫法則 馬可尼可夫法則 (Markovnikov s rule) 是一個經驗法則 當不對稱分子 ( 如 HX 或 H 2 O) 與一不對稱烯發生加成反應時, 氫原子通常加在雙鍵上氫較多的碳, 而 X 或 OH 則加在雙鍵上氫較少的碳 例如 : 丙烯在酸催化下與水反應後, 產生 2- 丙醇
聚合反應 烯類在適當的溫度 壓力及觸媒下可進行聚合反應 例如 : 可由乙烯聚合成聚乙烯 (PE) 由氯乙烯聚合成聚氯乙烯 (PVC) 由苯乙烯可聚合成聚苯乙烯 (PS) n H 2 C=CH 2 -(CH 2 -CH 2 )- 聚乙烯 (PE) n H 2 C=CHCl -(CH 2 -CHCl) - 聚氯乙烯 (PVC)
聚合反應
重要的烯烴聚合物
氧化反應 烯烴的碳碳雙鍵可被氧化 在低溫下可與中性或微鹼性的過錳酸鉀溶液反應, 使紫色過錳酸鉀褪去 例如乙烯與微鹼性的過錳酸鉀溶液反應, 生成乙二醇和棕褐色的二氧化錳沉澱 烯烴與過錳酸鉀溶液的反應在室溫下即可發生, 且顏色變化易於觀察, 常用來檢驗烯烴
氧化反應 烯的碳原子能被強氧化劑 KMnO 4 氧化成二醇 3H 2 C=CH 2 +2KMnO 4 +4H 2 O ( 中性或微鹼性 ) 酒精溶劑 3CH 2 OHCH 2 OH +2MnO 2 +2KOH 環烯與烯類化性類似, 也會在雙鍵上發生氧化反應
區別烯烴與烷烴的方法
燃燒反應 烯烴完全燃燒, 生成二氧化碳和水, 並放出大量的熱 H 2 C=CH 2 + 3O 2 2CO 2 + 2H 2 O ΔH=-1409 kj
炔烴 最簡單的炔為乙炔 (C 2 H 2 ), 乙炔可由電石 (CaC 2 ) 與水反應製備 CaC 2 + H 2 O CH CH + Ca(OH) 2 電石的製備 : CaCO 3 CaO + CO 2 3C( 煤焦 ) + CaO CO + CaC 2 3000 C ( 碳化鈣, 俗稱電石 )
炔烴的反應類型 炔烴與烯烴同屬不飽和烴, 炔烴的反應特性與其碳碳參鍵上的 2 個 π 鍵有關 其反應型態與烯烴相似典型的反應有 : 加成反應, 聚合反應, 氧化反應, 燃燒反應
加成反應 炔烴可與氫氣 鹵素 鹵化氫與水等試劑發生加成反應 氫化反應 : 炔烴與氫氣在不同的觸媒催化下反應可生成烯烴或烷烴 催化劑 H-C C-H + H 2 CH 2 =CH 2 Pd / C H-C C-H + 2H 2 CH 3 CH 3
鹵化反應 炔烴與鹵化氫或鹵素反應可生成鹵烷類 例如乙炔可與溴反應生成 1,2- 二溴乙烯, 若溴過量, 則可再繼續反應生成 1,1,2,2- 四溴乙烷 上述反應在室溫下即可進行, 且溴的顏色變化 ( 紅棕色會褪色 ) 如同與烯烴的反應一樣, 亦可作為檢驗炔烴的方法之一
水合反應 一般情況下乙炔與水不反應 但在硫酸及硫酸汞催化下, 可生成烯醇, 但烯醇不穩定, 最後異構化生成乙醛
聚合反應 在適當的溫度 壓力和催化劑存在下, 炔烴分子的 π 鍵會互相進行加成反應, 連接而成高分子 乙炔分子聚合可得到聚乙炔高分子
聚乙炔 聚乙炔用溴和碘加以化學摻雜改質後, 其導電度可媲美金屬 乙炔通過 500 C 石英管中, 會進行三分子聚合反應產生苯
氧化反應 常溫下, 炔烴可使中性之過錳酸鉀的紫色褪色 C 2 H 2 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 2CO 2 + K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 4H 2 O 此種顏色變化如同烯烴與過錳酸鉀溶液的反應般, 亦可作為檢驗炔烴的方法之一
燃燒反應 乙炔具有高燃燒熱值, 當與氧混合燃燒時, 火焰溫度可達 3300 C 以上 所以工業上常用乙炔焰來焊接及切割金屬 2C 2 H 2(g) + 5O 2(g) 4CO 2 (g) + 2H 2 O (l) ΔH=-2600kJ
末端炔 凡具有 R-C C-H 構造的炔烴, 稱為末端炔 其參鍵上的碳原子所結合的氫, 可與硝酸銀或氯化亞銅的氨水溶液反應, 分別生成炔銀沉澱或炔亞銅沉澱, 此稱為末端炔基金屬取代反應 可藉硝酸銀或氯化亞銅的氨水溶液反應來判斷烯烴與炔烴
末端炔金屬取代反應
末端炔金屬取代反應
芳香烴 煤乾餾的液體產物 煤溚為芳香烴及其衍生物的主要來源之一 苯及甲苯是煤溚分餾時低沸點餾份的主要成分 工業上亦可利用三分子乙炔聚合反應製得苯 石油煉製工業則可分別由正己烷及正庚烷, 經由高溫催化脫氫製得苯及甲苯
苯及甲苯的製備
芳香烴的反應 芳香烴也屬於不飽和烴 但因苯環中的 π 鍵具有共振結構, 使其 π 鍵較一般烯烴的 π 鍵具有相對的穩定性 化學性質異於一般烯烴, 不易進行加成反應 在一般條件下芳香烴大多進行取代反應, 例如鹵化 硝化 磺酸化及烷基化等
鹵化反應 烷烴的鹵化反應通常發生在高溫或光照的條件下 但芳香烴和鹵素的取代反應, 則須加入催化劑才能進行 例如苯和溴在鐵粉或三溴化鐵的催化下生成溴苯
硝化反應 芳香烴在硫酸的催化下, 可與硝酸進行取代反應 例如苯和濃硝酸與濃硫酸的混合物共熱, 生成硝基苯
硝化反應 而甲苯經硝化反應可得 2,4,6- 三硝基甲苯, 簡稱 TNT, 俗稱黃色炸藥
磺酸化 ( 磺化 ) 反應 苯與濃硫酸在高溫下反應, 產生苯磺酸 磺酸化反應在合成清潔劑的製程上相當重要 直鏈十二烷基苯磺酸鈉鹽是合成清潔劑中的主要成分, 是一種軟性清潔劑, 可被細菌分解
烷基化反應 苯與鹵烷在氯化鋁 (AlCl 3 ) 之催化下, 進行烷基化反應, 生成脂芳烴 ( 苯環上接有烴基 )
芳香烴的氧化反應 苯環本身很難氧化 但接在苯上的烷基可被過錳酸鉀 二鉻酸鉀等強氧化劑氧化 接在苯環上的第一個碳會被氧化成羧基, 生成苯甲酸 ( 俗稱安息香酸, 又稱為苄酸 ), 其他的碳則會被氧化成二氧化碳
芳香烴的氧化反應 因此甲苯 乙苯均可被氧化成苯甲酸, 對二甲苯則被氧化成對苯二甲酸
芳香烴的聚合反應 對苯二甲酸和乙二醇可聚合成達克綸, 主要應用於寶特瓶及合成纖維的製造
苯的加成反應 苯在紫外光照射下, 會與氯進行加成反應, 產生六氯環己烷 (hexachlorocyclohexane), 俗稱六氯化苯 (benzene hexachloride, 簡稱 BHC) 或蟲必死 可作為殺蟲劑, 但對環境很不友善, 目前已被禁用
7-3 有機鹵化物
有機鹵化物的定義 含有氟 氯 溴 碘鹵素原子的有機化合物稱為有機鹵化物, 因為是由烴類的氫原子被鹵素原子所取代生成的的化合物, 又稱為鹵化烴, 通式為 RX 例如 :C 2 H 6 + Cl 2 照光 C 2 H 5 Cl + HCl
有機鹵化物的命名 命名與烴類相同, 將鹵素視為取代基 H Cl H C C H H Cl 1,1- 二氯乙烷 Cl Cl H C C H H H 1, 2- 二氯乙烷
有機鹵化物的製備 烯類或炔類與鹵化氫進行加成反應 : H-C C-H + HCl 烷類與鹵素在照光下反應 : C 3 H 8 + Cl 2 照光 C 3 H 7 Cl + HCl 在酸性條件下, 醇的羥基可被濃氫鹵酸的鹵素 原子取代而產生鹵烷 : R-OH + HX R-X + H 2 O H H C C H Cl
有機鹵化物的反應 取代反應 : 含氯 溴的鹵烷及芳香族鹵化物可經由取代反應, 將氯或溴原子置換成許多官能基, 例如鹵烷與強鹼水溶液反應可生成醇類 C 2 H 5 Br + NaOH (aq) C 2 H 5 OH + NaBr
有機鹵化物的反應 消去 ( 脫去 ) 反應 : 鹵烷類與強鹼的酒精溶液作用, 會發生消去反應產生烯類 CH 3 CH 2 CH 2 Br + NaOH (alc) CH 3 CH=CH 2 + NaBr + H 2 O
常見的有機鹵化物 三氯甲烷 (CHCl 3, 俗稱氯仿 ) 早期曾作為麻醉劑 四氯甲烷 (CCl 4, 四氯化碳 ) 則曾廣用於乾洗劑與滅火劑 兩者皆是早期常用的有機溶劑, 但皆因對肝 腎有累積性的毒害, 目前均已被禁用
常見的有機鹵化物 含溴的有機鹵化物俗稱海龍 (halon), 如二氟氯溴甲烷 (CBrClF 2 ) 三氟溴甲烷 (CF 3 Br) 等 曾廣作為滅火劑, 但對環境的危害甚大, 且與臭氧層破壞有關,1994 年國際公約規定海龍滅火劑零生產 零消費, 我國也於 2000 年起禁止進口 目前市面上已有替代海龍的滅火劑, 例如 CF 3 CHF 2 等
氟氯碳化物 氟氯碳化物 (chlorofluorocarbons, 簡稱為 CFCs) 通稱為氟氯烷 (freons), 為不可燃 不具毒性及腐蝕性的低沸點液體或氣體 二十多年前,CFCs 除了可以作泡沫刮鬍劑 殺蟲劑 空氣清新劑及噴漆罐中的噴霧推進劑外, 亦可作為冰箱與冷氣機中的冷媒及兒童拔牙用的麻醉冷凍劑 目前市售的泡沫刮鬍劑罐子中將泡沫噴出的物質已經改用氟氯氫碳化物
CFCs 化合物的工業用途 雖然 CFCs 化合物的工業用途很廣, 然而大量的 CFCs 排放至大氣中, 經紫外線照射後易斷裂成不穩定的氯原子, 這些氯原子即是破壞平流層中臭氧的元凶 1989 年的蒙特婁公約即限制世界各國對 CFCs 的用量, 並規定於 1996 年終止生產 由於對臭氧流失原因的探討, 羅蘭及摩里納與庫烏真共同獲得 1995 年諾貝爾化學獎
氟氯烷的命名規則 氟氯烷 ( 又稱氟利昂 ) 的命名是根據以下規則 : 個位數為氟原子數 十位數為氫原子數加 1 百位數為碳原子數減 1 Freon-11 代表 CCl 3 F Freon-12 代表 CCl 2 F 2 Freon-113 則為 C 2 Cl 3 F 3
氟氯碳化物 CFCs 一氟三氯甲烷 (CCl 3 F, 通稱為 Freon-11) 二氟二氯甲烷 (CCl 2 F 2, 通稱為 Freon-12)
氟氯氫碳化物 HCFCs 目前工業界已使用較不會破壞臭氧層的 HCFCs( 氟氯氫碳化物 ) 如 Freon-22 及 HCFC-123 取代 CFCs 然而 Freon-22 對地球暖化的衝擊為二氧化碳的 1700 倍, 因此, 將於 2010 年元月停止使用, 未來的冷媒將以丙烷或二氟甲烷 (CH 2 F 2 ) 與四氟乙烷 (C 2 H 2 F 4 ) 混合物取代
有機鹵化物的應用 四氟乙烯為製造特夫綸的單體, 氯乙烯為塑膠原料聚氯乙烯 (PVC) 的單體 多氯烴如滴滴涕 (DDT) 及六氯化苯 (BHC) 是有效的殺蟲劑 這些物質不易被微生物分解, 對鳥類和魚類易構成持久性的殺害, 因此, 此類殺蟲劑已被禁止使用
7-4 醇類 醚類與酚類
醇的定義 烴類 ( 非芳香烴 ) 的氫原子被羥基 (-OH) 取代後的化合物稱為醇 鏈狀飽合醇的示性式為 C n H 2n+1 OH 分子式為 C n H 2n+2 O 通式為 R-OH(R 為烷基 )
醇的分類 依羥基 (-OH) 數目分為一元醇 二元醇 三元醇 H H H H H H H H C C OH H C C H H C C C H H H OH OH OH OH OH 乙醇 ( 一元醇 ) 乙二醇 ( 二元醇 ) 丙三醇 ( 三元醇 )
醇的分類 依羥基 (-OH) 位置 : 分為一級醇 (1 ) 二 級醇 (2 ) 三級醇 (3 ) H 連接羥基的碳原子, R1 C OH 鍵結兩個氫原子, H 一個烴基者為一級醇
醇的分類 R1 連接羥基的碳原子, R2 C OH 鍵結一個氫原子, H 二個烴基者為二級醇 R2 R1 C R3 OH 連接羥基的碳原子, 鍵結三個烴基者為三級醇
醇的分類 CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 OH 1- 丁醇 ( 一級醇 ) CH 3 CH 2 CH CH 3 OH 2- 丁醇 ( 二級醇 ) CH 3 CH 3 C CH 3 OH 2- 甲基 2- 丙醇 ( 三級醇 )
醇的命名 命名與烷類類似, 將烷改為醇 連接羥基最長碳鏈為主鏈, 其碳數以 天干 命名加上 醇 字, 若碳數超過十則以數字加上醇字作為主鏈名稱 若主鏈有取代基, 則由主鏈上最接近羥基的一端開始編號, 並標示出羥基及取代基在碳鏈上的位置及數目 4 3 2 1 丁醇 2- 丁醇
醇的命名 H C 3 OH CH CH 3 CH CH 3 1 2 3 4 3- 甲基 -2- 丁醇
醇的命名 俗名與 IUPAC 系統命名法 俗稱 : 正丙醇 IUPAC:1- 丙醇 俗稱 : 異丙醇 IUPAC:2- 丙醇
醇的製備 鹵烷與強鹼水溶液 ( 如 KOH) 反應 : R-X+ KOH R-OH +KX 例如 :CH 3 CH 2 I + OH - CH 3 CH 2 OH + I - 烯類與水反應 : 催化劑 C C + H 2 O C C OH 例如 :H 2 C=CH 2 + H 2 O H2SO4 CH 3 CH 2 OH
醇的製備 酯類水解 : O H + CH 3 C + H 2 O CH 3 COOH + C 2 H 5 OH O C 2 H 5 化學合成法 : 常用於合成甲醇 CO + 2H 2 ZnO, Cr O 3 2 350,200atm CH 3 OH
醇的性質 醇分子中的羥基使醇具有極性, 且可形成氫鍵, 沸點較相近分子量的烷或醚高 同系列的醇, 羥基愈多或碳數愈高, 則沸點愈高, 汽化熱愈大 bp:c 3 H 5 (OH) 3 ( 丙三醇 ) > C 2 H 4 (OH) 2 ( 乙二醇 ) > C 2 H 5 OH( 乙醇 ) bp:c 4 H 9 OH > C 3 H 7 OH > C 2 H 5 OH > CH 3 OH
醇的性質 碳數相等時, 主鏈愈長 ( 支鏈愈少 ), 分子間的接觸 面積愈大, 作用力較強, 故沸點愈高 例如 :bp:ch 3 CH 2 CH 2 CH 2 OH > CH 3 CH(OH)CH 2 CH 3 > (CH 3 ) 3 COH 化合物 示性式 分子量 沸點 乙醇 C 2 H 5 OH 46.0 78.5 甲醚 CH 3 OCH 3 46.0-24.8 氯甲烷 CH 3 Cl 50.5-24.0 丙烷 C 3 H 8 44.0-42.0
醇的性質 分子量低的醇類極易溶於水, 例如甲醇 乙醇 丙醇 2- 丙醇 ( 異丙醇 ) 可與水完全互溶, 但醇的碳數增加則在水中的溶解度減少 對水溶解度 :C 2 H 5 OH > CH 3 CH 2 CH 2 OH > CH 3 (CH 2 ) 3 CH 2 OH
醇的反應 醇類的反應主要發生在羥基上, 大致可分 為取代反應 脫去反應及氧化反應三類
醇的取代反應 醇類分子中有 RO-H 及 R-OH 兩處化學鍵易斷裂, 因而易於此處發生取代反應 醇可與活性大的金屬 ( 如 Na K 等 ) 反應, 形成離子性醇氧化物, 並產生氫氣 R OH Na RONa 1 H 2 2 反應速率 : 甲醇 > 一級醇 > 二級醇 > 三級醇
醇的取代反應 與鹵化氫進行取代反應, 生成鹵烷類及水 : R-OH + HX R-X + H 2 O 反應速率 : 甲醇 < 一級醇 < 二級醇 < 三級醇
醇的脫去反應 分子間脫水 :130 ~140 ( 低溫脫水 ) 在硫酸的催化下, 兩個醇類分子的羥基可脫去一分子水而生成醚類 : C 2 H OH 5 HOC 2 H 5 130~140 C, H2SO4 C 2 H OC H 5 2 5 H O 2
醇的脫去反應 分子內脫水 : 170 ~180 在硫酸的催化下, 醇類分子的羥基可與旁邊碳原子上的氫原子形成水脫去, 而生成烯類 : C 2 H 5 OH 170~180 C, H SO 2 4 C H 2 4 H 2 O H H C H H C OH H 130~140 0 C H C C H 2 SO 4 H H H + H 2 O
一級醇可氧化成醛或酸 RCH 2 OH K 2 Cr 2 O 7 醇的氧化反應 R O C K 2 Cr 2 O 7 H R C 例如在酸性溶液中, 乙醇可被二鉻酸鉀氧化成乙醛或進一步氧化成乙酸, 酒精檢測器就是利用此反應的變色程度量測酒精濃度 O OH
醇的氧化反應 二級醇可氧化成酮 R2 R2 K 2 Cr 2 O 7 / KMnO 4 R1 CH OH R1 C O 例如異丙醇等二級醇, 可被氧化生成酮類 : 三級醇無法發生氧化反應
甲醇 (CH 3 OH) 分子量最小的醇類, 俗稱木精 正常沸點為 64.7, 可以和水以任意比例互溶 是工業上的重要溶劑, 廣用於油漆 樹脂及橡膠的 H 製造上 H C 在人體內易代謝成甲醛, 是甲醇為劇毒物質的原因 H OH 之一 誤飲 5~10 毫升會導致雙目失明, 大量飲用會 導致死亡 在甲醇中毒的情況下, 可以嘗試用乙醇 ( 酒中含有乙醇 ) 解毒, 因為乙醇與身體細胞結合較甲醇快, 而乙醇相對於甲醇對身體危害小很多
是酒中的主要成分, 因此俗稱酒精 正常沸點為 78.5, 可以和水以任意比例互溶 可溶解許多有機化合物, 為重要的溶劑及工業原料 H H C C OH 乙醇 醫藥上常作為消毒劑, 以 75% 濃度的殺菌力最強, 也可作為動物標本的防腐劑 H H H 目前有些國家將乙醇作為汽油的添加劑, 以提高汽油的辛烷值, 並減低石油的消耗量
2 丙醇 為石化工業所製造的第一種產品, 由丙烯加水製得, 是樹脂及橡膠工業的重要溶劑, 其氧化產物丙酮亦是重要溶劑
乙二醇 沸點為 198, 比乙醇黏稠, 與水或乙醇均能以任意比例互溶, 也可作為溶劑 其 60% 的水溶液的正常凝固點達 -50, 為汽車水箱用的抗凍劑 與對苯二甲酸聚合可得達克綸 H H H C C H OH OH
乙二醇 抗凍劑
丙三醇 ( 甘油 glycerin) 正常沸點 290, 黏稠性比乙二醇更大 常作為甜味劑 保溼劑及潤膚劑, 亦可作為飛機的除冰劑 與硝酸反應可製成硝化甘油, 為治療心肌梗塞的良藥, 也是炸藥的重要成分 H H C H C H C H 除冰劑是指噴灑於機翼或螺旋槳, 防止水於該處結冰的東西 OH OH OH Nitroglycerin Experiments.wmv
視黃醇 ( 維生素 A) 視黃醇是動物的維生素 A, 分子式 C 20 H 30 O 人體必需的 13 種維生素之一 是一種脂溶性抗氧化劑 在人體中可以維持視力並且促進骨骼成長
醚 醚的定義醇的 -OH 的氫被烷基取代形成的化合物稱為醚, 分子式 C n H 2n+2 O, 通式為 R-O-R, 碳數相同時, 醇與醚為同分異構物 醚的命名 : 以烷基的碳數命名 O O O C H 3 CH 3 H 3 CH 2 C CH 2 CH 3 H 3 C CH 2 CH 3 二甲醚 ( 甲醚 ) 二乙醚 ( 乙醚 ) 甲乙醚
醇分子間脫水 R OH 例如 : C 2 醚的製備 130~140 C, H2SO4 R' OH R O R' H H OH HOC 5 2 H 5 130~140 C, H2SO4 C 2 H OC H 5 2 5 2 O H O 2 醇鈉與鹵烷作用 R ONa R' X R O R' NaX 例如 :C 2 H 5 ONa + CH 3 I C 2 H 5 OCH 3 + NaI
醚的性質 與同碳數的醇互為同分異構物, 沸點較同分子量的醇為低, 具揮發性, 有易燃的危險, 醚具有低極性, 但難溶於水, 與水形成上下兩層, 醚在上層 醚和烷類一樣具有化學惰性, 不與金屬鈉和氧化劑反應
乙醚 乙醚沸點低 (34.6 ), 易揮發 作為溶劑及麻醉劑使用 H 3 CH 2 C O CH 2 CH 3
甲基第三丁基醚 (MTBE) 70 年代開始使用的汽油辛烷值提升劑, 用於取 代四乙基鉛 一種無色透明 黏度低的可揮發性液體, 具有 特殊氣味, 蒸汽比空氣重, 可沿地面擴散 易於與水融合, 可滲入土壤, 破壞地下水質 H C O C 3 CH 3 CH 3 CH 3
酚 (Ar-OH) 羥基直接連結於苯環上的化合物稱為酚類 在水中其羥基上的氫可解離成氫離子, 因而呈弱酸性 ; 苯酚 (C 6 H 5 OH) 為最簡單的酚類, 俗稱石炭酸 OH
酚的製備 將苯氯化得氯苯, 氯苯與 NaOH 反應即可得酚
酚 苯酚 Ka=1.28 10-10, 酸性極弱, 其水溶液不能使藍色石蕊試紙變色 常溫下, 為無色的透明晶體, 難溶於水, 苯酚的羥基具有微弱的酸性, 但其 Ka 值比碳酸小, 並不溶於碳酸氫鈉水溶液, 但易溶於氫氧化鈉水溶液生成苯氧化物 (Ka 值 : 碳酸 > 苯酚 > 乙醇 ) 酚可與活性大的金屬如 Na K 等反應, 釋出氫氣 苯酚具分子間氫鍵, 沸點高 (182 ) 酚具毒性
酚的檢驗 具酚類結構的化合物與鐵離子結合, 產生紫色的錯離子, 可作為酚類的檢驗 6C 6 H 5 OH + 2 FeCl 3 Fe 3+ [Fe(C 6 H 5 O) 6 ] 3- + 6 HCl 紫色
可作殺菌用, 或作製造合成酚甲醛樹脂 染料 醫藥品等原料, 在醫藥用途上, 苯酚可用來合成柳酸, 再進一步合成阿司匹靈 柳酸的合成 : 酚的用途 柳酸
雙酚 A (Bisphenol A ) 雙酚 A 亦稱酚甲烷, 是一種化工原料, 是已知 的環境荷爾蒙 ( 內分泌干擾素 ) CH 3 HO OH CH 3 雙酚 A 是高分子材料聚氯乙烯 環氧樹脂和聚碳酸酯的重要原料, 世界過半的雙酚 A 用於製造聚碳酸酯
環境荷爾蒙 環境荷爾蒙 (Environmental Hormone), 係指外因性干擾生物體內分泌之化學物質, 即由外在環境進入體內的物質, 具有模仿 加強 干擾和抗拒生物體內荷爾蒙的正常活動, 或可能影響生物體內荷爾蒙的運送 調節 結合 訊號產生 細胞的代謝反應 嚴重者可能阻害生物體生殖機能或引發惡性腫瘤, 對懷孕期胚胎或成長初期影響頗大, 常見的環境荷爾蒙有多溴聯苯醚, 四溴雙酚 A, 雙酚 A, 壬基苯酚, 多氯聯苯等
雙酚 A (Bisphenol A ) 雙酚 A 的合成 聚碳酸酯 (Polycarbonate,PC) 的合成
7-5 醛類與酮類
含羰基的有機化合物 碳氧雙鍵結合成的官能基稱為羰基 O C 羰基的碳原子上連接有一個氫原子的化合物稱為醛, 通式為 RCHO R C O H 羰基的碳原子同時與兩個有機基團的碳原子鍵結者為酮, 通式為 R 1 COR 2 R1 O C R2
醛的命名 醛的分子式 C n H 2n O, 示性式 C n H 2n+1 CHO 醛的命名與醇相似, 選擇含有醛基的最長碳 鏈為主鏈 ( 醛基的碳包含在主鏈上 ), 從最接 近醛基的一端開始編號, 並標明其他取代基 在碳鏈上的位置 O O H C CH 3 C CH 3 CH CH 2 C H H CH 甲醛 3 ( 最簡單的醛 ) 乙醛 3- 甲基丁醛 O H
醛的製備 甲醛 : 甲醇氧化製得 : Cu 2CH 3 OH +O 2 2HCHO + 2H 2 O 乙醛 : 乙炔與水進行加成反應 : H C C H + H 2 O H H H 2 SO 4 重排 C C HgSO 4 H OH 乙烯醇 ( 不穩定 ) CH 3 C 乙醛 O H
醛的性質 醛類分子中因含羰基, 分子具有極性, 沸點較同碳數的烴類及醚類高, 但較具氫鍵的羧酸及醇低, 常溫下僅甲醛為氣體, 其餘醛為液體 名稱化學式分子量沸點 ( ) 1- 戊烯 CH 3 CH 2 CH 2 CH=CH 2 70 30 戊烷 CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 72 36 甲 - 正丙醚 CH 3 CH 2 CH 2 OCH 3 74 39 丁醛 CH 3 CH 2 CH 2 CHO 72 76 2- 丁酮 CH 3 CH 2 COCH 3 72 80 1- 丁醇 CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 OH 74 117 丙酸 CH 3 CH 2 CO 2 H 74 141
醛的性質 羰基能與水分子形成氫鍵, 對水溶解度較高, 甲醛 乙醛可與水完全互溶, 但隨著碳鏈愈長, 形成氫鍵的一端愈不明顯, 在水中的溶解度愈差 醛的氧化 : 醛基可被氧化成羧酸, 表示醛基具有還原性, 而酮則不易氧化, 醛可被二鉻酸鉀或過錳酸鉀氧化成羧酸 3CH 3 CHO (l) + Cr 2 O 7 2- + 8H + (aq) 3CH 3 COOH (l) + 2Cr 3 + (aq) + 7H 2 O (l)
醛基的檢驗 醛基具有還原性, 可與氧化劑反應, 藉此檢驗醛基 常用來測試醛基的氧化試劑有兩種 : 1. 多侖試劑 (Tollens' reagent) 2. 斐林試劑 (Fehling's reagent)
多侖試液檢驗 試液組成 : 將硝酸銀溶於氨水中, 起初生成褐色 Ag 2 O 沉澱, 繼續加入氨水, 直至沉澱恰好溶解 ( 形成 Ag(NH 3 ) 2+ ) 即為多侖試液 檢驗反應 : 用二氨銀錯離子將醛氧化成羧酸, 此反應若在乾淨的玻璃容器中進行, 被還原出的金屬銀會在器壁表面形成一面閃亮的銀鏡, 故此反應又稱為銀鏡反應
銀鏡反應 CH 3 CHO + 2Ag(NH 3 ) 2 + + 3OH - CH 3 COO - +2Ag (s) +4NH 3 +2H 2O
斐林試液檢驗 試液組成 : 硫酸銅與酒石酸鉀鈉的氫氧化鈉溶液 檢驗反應 : 醛基使銅離子 (Cu 2+ ) 還原成亞銅 離子 (Cu + ) 形成氧化亞銅 (Cu 2 O) 的紅色沉澱 若將酒石酸鉀鈉改為檸檬酸鈉鉗合, 避免 Cu, 2+ 即為生物化與 學上常用的本氏液, 亦生成紅色的氧化亞銅 沉澱 酒石酸鉀鈉可將 Cu 2+ OH - 產生沉澱
斐林試液檢驗 CH 3 CHO+2Cu 2 + +5OH - CH 3 COO - +Cu 2 O (s) +3H 2 O
甲醛 常溫時, 甲醛為無色 有特殊氣味的毒性氣體 ( 沸點為 -21 ); 其 37% 的水溶液稱為福馬林 (formalin), 為常用的殺菌劑及防腐劑 甲醛也廣用於作為黏著劑 絕緣材料, 以及酚甲醛樹脂 尿素甲醛樹脂等熱固性塑膠的原料 O H C H
乙醛 將乙醇的蒸氣與氧在銅或鉑的催化下可分別得到乙醛氣體 乙醛的主要用途為製造乙酸, 另外亦可用來製造丁醇及其他有機化合物 O CH 3 C H
苯甲醛 苯甲醛等有香味的醛類則可用於製造香料 苯甲醛是杏仁香味及櫻桃香味的來源 C O H
酮的定義 羰基的碳原子同時與兩個有機基團的碳原子 鍵結者為酮, 通式為 R 1 COR 2 O C R1 R2
酮的命名 IUPAC 命名法 : 選取含有酮基碳的最長碳鏈為主鏈, 從最接近酮基的一端開始編號, 使酮基的碳編號最小 C H 3 C CH 3 CH 3 CH 2 C CH 3 CH 3 C CH CH 3 O O O CH 3 丙酮 ( 最簡單的酮 ) 2- 丁酮 3- 甲基 -2- 丁酮
酮的命名 俗名命名法 : 可仿造醚的命名, 標示出酮基 ( 羰基 ) 連接的 兩個烴基 CH 3 C CH 2 CH 3 O 甲乙酮
丙酮 丙酮 (CH 3 COCH 3 ) 為最簡單的酮類 丙酮為無色 具有芳香 易揮發的液體, 沸點 56.3 乾冰與丙酮的混合物低溫可達 -78, 可作冷劑使用 丙酮可以與水互溶, 是很好的有機溶劑, 常用來去除指甲油 油漆 染料及樹脂 丙酮無法被二鉻酸鉀或過錳酸鉀氧化成酸
丙酮 實驗室通常將 2- 丙醇氧化以製得丙酮 工業上以丙炔與水進行加成反應可製備丙酮 : H 2 SO 4 H 3 C C C H + H 2 O H 3 C C CH HgSO 3 4 O
7-6 羧酸與酯
羧基及其衍生物 羰基連接羥基後形成的官能基稱為羧基, 記為 -COOH, 結構式為 O OH 有機酸分子含有羧基稱為羧酸, 通式為 RCOOH 羧酸與酯類的分子式都是 C n H 2n O 2, 互為官能基異構物
羧基及其衍生物 R 羧基上的 OH 被其他原子或原子團取代形成的衍生物, 包括酯 醯胺 醯氯 酸酐等, 結構如下 : C O OH R C O OR' R C O NH 2 羧酸酯醯胺醯氯酸酐 R C O Cl R R C C O O O
羧酸的命名 - 脂肪酸 直鏈飽和一元酸的分子式為 C n H 2n O 2, 直鏈飽和一元酸的示性式為 C n H 2n+1 COOH, 命名時選取包含羧基碳在內的最長碳鏈為主鏈, 並以羧基碳為 1 號碳, 其餘命名與醛相同 H C O OH CH 3 C O OH O CH 3 CH CH 2 C CH 3 CH CH 2 C CH OH 3 OH O OH 甲酸 ( 蟻酸 ) 乙酸 ( 醋酸 ) 3- 甲基丁酸 3- 羥基丁酸
羧酸的命名 - 芳香族酸 含苯環的羧酸, 以苯甲酸 (C 6 H 5 COOH) 為主體, 命名時, 與羧基鍵結的碳為 1 號碳, NO 2 4 3 2 4 3 2 CH 3 5 6 1 COOH 5 6 1 COOH 3- 硝基苯甲酸 2- 甲基苯甲酸
羧酸的性質 羧酸多為無色液體, 具有刺激氣味 食醋中含 4~5% 醋酸, 具有提昇胃口的調味作用, 奶油酸的腐臭, 主要是丁酸的味道 羧酸分子具有極性, 且可形成氫鍵, 沸點較相近分子量的醇高 醋酸的沸點為 118, 丙醇則為 97
羧酸的性質 酸分子在低極性的溶劑 ( 例如苯 ) 中藉分子間 氫鍵產生偶合現象, 形成二聚物 R C 氫鍵 O HO OH O 氫鍵 R 羧酸可與水形成氫鍵, 故甲酸至丁酸均與水 完全互溶, 羧酸對水溶解度隨著碳數得增加 而減少, 碳數 10 以上的脂肪酸難溶於水
羧酸的性質 羧酸具弱酸性, 酸性強弱 : HCOOH > C 6 H 5 COOH > CH 3 COOH 拉電子基 酸性變大 因為羧酸具弱酸性, 可與活性大的金屬反應產生氫氣 例如苯甲酸與鈉反應, 生成強鹼性的苯甲酸鈉並釋出氫氣 : C 6 H 5 COOH +Na C 6 H 5 COO - Na + + 1/2H 2(g)
常見羧酸的物理性質 名稱英文俗名化學式熔點 ( ) 沸點 ( ) 水中溶解度 (g/100gh 2 O) 甲酸 formic acid HCOOH 8 100.5 乙酸 acetic acid CH 3 COOH 16.6 118 丙酸 propionic acid C 2 H 5 COOH 22 141 丁酸 butyric acid C 3 H 7 COOH 6 164 戊酸 valeric acid C 4 H 9 COOH 34 187 3.7 己酸 caproic acid C 5 H 11 COOH 3 205 1.0 辛酸 caprylic acid C 7 H 15 COOH 16 239 0.7 癸酸 capric acid C 9 H 19 COOH 31 269 0.2 十二酸 lauric acid C 11 H 23 COOH 44 225 不溶 十四酸 myristic acid C 13 H 27 COOH 54 251 不溶
常見羧酸的 Ka 名稱 化學式 K a 甲酸 ( 蟻酸 ) HCO 2 H 1.8 10 4 乙酸 ( 醋酸 ) CH 3 COOH 1.8 10 5 丙酸 CH 3 CH 2 COOH 1.4 10 5 丁酸 CH 3 CH 2 CH 2 COOH 1.6 10 5 苯甲酸 C 6 H 5 COOH 6.5 10 5 氯醋酸 ClCH 2 COOH 1.4 10 3 二氯醋酸 Cl 2 CHCOOH 3.3 10 2 三氯醋酸 Cl 3 CCOOH 2.3 10 1
羧酸的反應 酯化反應 還原反應 氧化反應
酯化反應 羧酸在用酸催化的條件下與醇反應, 發生脫水縮合而生成酯類, 稱為酯化反應 酯化反應是一種取代反應, 是醇中的 -OR 取代羧酸中的 -OH O O R C + O R ' R C + H 2 O OH H O R'
酯化反應 酯化反應通常緩慢且為可逆反應, 反應逐漸達到平衡, 產物不再增加, 通常會加入濃硫酸, 不僅使反應速率加快, 也能幫助脫水, 使平衡更趨向生成物, 因而增加酯的產率, 故在酯化反應中, 濃硫酸是催化劑, 也是脫水劑 O R C + H + OH R' OH R C O O R' + H 2 O
還原反應 羧酸的氧化程度 ( 氧化數 ) 比醇 醛 酮高, 經過還原後, 羧酸可產生醛或一級醇 2- 甲基丁酸還原成 2- 甲基丁醇
氧化反應 羧酸通常很安定, 不易被氧化, 但甲酸 乙二酸 ( 草酸 ) 具還原性, 可被 KMnO 4 及 K 2 Cr 2 O 7 氧化成 CO 2
乙酸 (CH 3 COOH) 俗稱醋酸, 是重要的工業原料, 食醋中約含 4~5% 的醋酸, 醋酸具有強列的刺激氣味, 會灼傷皮膚 ; 市售的冰醋酸含 99.5% 醋酸, 凝固點為 17, 低溫時結晶成冰狀 O 乙酸是一種弱酸 (Ka=1.8 10-5 ), 在水中會部份解離, 在苯中會發生偶合 H C C 二分子乙酸脫水生成乙酐 3, 常作為醫藥及合成纖維的原料 OH
乙酸 (CH 3 COOH) 一般食用醋以酒精經醋酸酵素醱酵製得 工業上以乙炔或乙醇為起始物質, 經氧化反應製造乙酸 H C C H + H 2 O H H H 2 SO 4 重排 C C HgSO 4 H OH 乙烯醇 ( 不穩定 ) 3CH 3 CHO (l) + Cr 2 O 7 2- + 8H + (aq) CH 3 C 乙醛 O H 3CH 3 COOH (l) + 2Cr 3+ (aq)+4h 2 O (l)
甲酸 (HCOOH) 在蜜蜂和螞蟻的分泌物中含有甲酸, 因此又稱為蟻酸, 是最簡單的有機酸 甲酸為弱酸, K a = 1.77 10-4 甲酸為無色有刺激味的液體, 沸點 101, 會腐蝕肌膚 甲酸以濃硫酸催化脫水可得 CO 及 H 2 O HCOOH H SO 2 4 CO H O 2
甲酸 (HCOOH) 甲酸分子結構含有羧基和醛基, 具有還原性, 羧基可與過錳酸鉀反應產生 CO 2, 醛基可與多侖試劑產生銀鏡反應, 與斐林試劑產生 Cu 2 O 紅色沉澱 O 醛基 O 羧基 H C OH H C OH
乙二酸 (H 2 C 2 O 4 ) 乙二酸俗稱草酸, 常以 H 2 C 2 O 4 或 (COOH) 2 表示, 是最簡單的有機二元酸, 溶於水呈 弱酸性, 稍具毒性且會刺激皮膚 草酸是溫和的還原劑, 可使過錳酸鉀酸性 溶液褪色 HO O C C O OH
乙二酸 (H 2 C 2 O 4 ) 草酸根離子遇鹼土金屬離子會產生沉澱, 草酸鈣沉澱是人體形成結石的原因 Ca 2+ (aq) + C 2 O 4 2- (aq) CaC 2 O 4(s) 廣用於印刷 染料及皮革等工業上, 作為漂白劑或鐵鏽及油墨的去除劑
苯甲酸 苯甲酸俗稱安息香酸, 苄酸, 為白色針狀晶體, 微溶於水 苯甲酸為弱酸, 其 Ka(6.6 10-5 ) 比醋酸的 Ka(1.8 10-5 ) 略高 苯甲酸與氫氧化鈉作用形成苯甲酸鈉 COOH COONa (C 6 H 5 COONa), 苯甲酸鈉易溶於水, 常用作食物的防腐劑 + NaOH, 醬油添加劑 + H 2 O
苯甲酸 苯甲酸可由烷基苯 苯甲醇 苯甲醛氧化得到 CH 3 COOH + 6MnO - 5 4 +18H + 5 + 6Mn 2+ + 14H 2 O
柳酸又稱水楊酸 鄰羥基苯甲酸, 具有分子內氫鍵 OH 柳酸 COOH 柳酸在苯環上結合羥基與羧基, 為無色針狀晶體, 易溶於熱水與醇中, 常用於醫藥, 具解熱鎮痛的性質
柳酸的製備 OH + CO 2 + NaOH 加壓, 加熱 OH + H 2 O COONa OH OH COONa + H + + Na + COOH
酸酐 二分子羧酸脫去一分子的水即為酸酐 (carboxylic acid anhydride) 其分子結構為一個氧原子結合二個醯基, 如二分子的乙酸失去一分子的水即得乙酐 CH 3 CH 3 C C O OH OH O CH 3 CH 3 C C O O O + H 2 O
乙醯柳酸 ( 阿司匹靈 ) 有機合成上, 可用乙酐或乙醯氯將柳酸乙醯化製得 : O O OH CH 3 C O C CH H 3 2 SO 4 + O COOH CH 3 C COOH O + CH 3 COOH O OH O O C CH 3 + CH 3 C + HCl COOH Cl COOH
阿司匹靈的性質 阿司匹靈是微溶於水的白色結晶, 是常用的解熱鎮痛劑, 在消化系統中會部份水解釋出醋酸, 故有刺激作用, 醫藥上常搭配胃藥一併服用 阿司匹靈也有阻止血管中血液凝固的功能, 降低心血管疾病的機率 醫藥用阿司匹靈不含柳酸, 阿司匹靈的純度可以 FeCl 3 檢驗, 若有柳酸會與 FeCl 3 作用呈紫色
柳酸甲酯 ( 冬綠油 ) 柳酸甲酯的製備 OH OH C O OH 性質與用途 + CH 3 OH + H 2 O 冬綠油容易被皮膚吸收, 具有收斂 興奮等功效, 可用來治療肌肉疼痛 頭痛及風溼痛等 是綠油精, 白花油等主要成份 C O O CH 3
DHA DHA 為二十二碳六烯酸 (Docosahexaenoic Acid) 是有六個雙鍵的多元不飽和脂肪酸 (C 22 H 32 O 2 ) DHA 通常存在於冷水深海魚魚油中 DHA 為大腦必要的成份, 約占人腦脂肪的 10%, 對腦神經傳導和突觸的生長發育極為有利
α- 亞麻油酸 α- 亞麻酸 (α-linolenic acid, ALA) 是有三個雙鍵的多元不飽和脂肪酸 (C 18 H 30 O 2 ), 是一種 ω- 三必需脂肪酸
酯的定義 將酸中羧基上的 OH 轉變成 OR 所得的衍生物稱為酯, 直鏈狀飽和酯類的分子式為 C n H 2n O 2 (n 2), 示性式為 RCOOR 最簡單的酯為甲酸甲酯 (HCOOCH 3 ) 酯類是自然界許多水果和花的香味來源, 例如香焦中乙酸戊酯 (CH 3 COOC 5 H 11 ), 桔子中有乙酸辛酯 (CH 3 COOC 8 H 17 )
水果中的酯
酯是由羧酸和醇經酯化反應縮合而成, 所以酯類是依其原料的羧酸和醇來命名 O R C + 酯的命名 H + OH R' OH R C O O R' + H 2 O A 酸 B 醇 A 酸 B 酯 O O O H C O CH 3 CH 3 C O C 2 H 5 H C O CH 3 C CH 3 CH 3 甲酸甲酯乙酸乙酯甲酸第三丁酯
酯的製備 羧酸 醯氯及酸酐均可由酯化反應與醇生成酯 : R O C + OH R' OH R C K C 酯化反應是縮合反應, 通常會加入濃硫酸, 不僅使反應速率加快, 也能幫助脫水, 使平衡更趨向生成物, 因而增加酯的產率, 濃硫酸是催化劑, 也是脫水劑 H + O O R' [ RCOOR '][ H2O] [ RCOOH ][ R' OH ] + H 2 O
酯的製備 濃硝酸與甘油 ( 又稱丙三醇 ) 生成的酯類稱為硝化甘油, 是一種無機酸酯, 為炸藥的原料 : H H H C OH H C ONO 2 H H C C OH OH + 3HNO 3 H C ONO 2 + 3H 2 O H C ONO 2 H H
酯的性質 酯分子間不形成氫鍵, 所以沸點 熔點均較分子式的酸低, 低級酯類常溫時大都為液體, 熔點均甚低, 高級酯類則為固體, 統稱為蠟 小分子量的酯類可作溶劑, 如乙酸乙酯可用作去指甲油, 酯類可溶於有機溶劑但難溶於水, 密度小於水 酯類呈中性, 具香味 酯類的水解 : RCOOR' + H 2 O RCOOR' + OH - H + OH - RCOOH + R'OH RCOO - + R'OH
油脂 主要成份是脂肪酸與甘油所生成的三羧酸甘油酯 H H H H H C C C H OH OH OH + R1COOH R2COOH R3COOH H H H C C C H OOCR 1 OOCR 2 OOCR 3 + 3H 2 O
油脂 常溫為固體的稱為脂肪 ( 含飽和鍵較多 ), 例如牛脂 ; 常溫為液體的稱為油 ( 含不飽和鍵較多 ), 例如花生油 橄欖油等 精製的油脂無臭無味, 且多半無色 油脂不溶於水, 可溶於苯 乙醚 氯仿 己烷等有機溶劑 天然油脂曝露於空氣中會氧化酸敗, 產生特殊氣味並呈酸性, 稱為油脂的酸敗, 此時可在油脂中添加抗氧化劑, 或以氫氣使不飽和的液態油分子之雙鍵氫化, 形成固態飽和脂肪, 易於保存
常見的不飽和脂肪酸
常見的飽和脂肪酸
油脂的氫化與反式脂肪 天然的不飽和脂肪酸幾乎都是順式鍵結, 所以動物所能代謝的大多為順式鍵結的脂肪 反式脂肪酸是經人工氫化處理後才誕生的, 自然界中幾乎不存有, 反式脂肪酸會增加血中的膽固醇含量, 進而增加罹患心臟血管疾病的機率
油脂的水解 皂化反應 油脂以鹼催化的水解反應稱為皂化, 酯在鹼性的溶液中水解生成的脂肪酸鈉鹽即為肥皂 因此肥皂是由動植物脂肪中的天然酯類於 NaOH 水溶液中水解製成 H H H H H C C C OOCR 1 OOCR 2 OOCR 3 + 3NaOH 皂化 R1COO - Na + R2COO - Na + R3COO - Na + + H H H C C C OH OH OH H H
油脂的水解 皂化反應 皂化反應可用來分解天然油脂 脂肪中重要的脂肪酸, 如月桂酸 (C 11 H 23 COOH) 軟脂酸 (C 15 H 31 COOH) 硬脂酸 (C 17 H 35 COOH) 等, 可由皂化所得的脂肪酸鈉鹽經由酸化製得
7-7 含氮的有機化合物 胺與醯胺
胺 (amine) 的定義 氨分子中一個或一個以上的氫原子被烴基取代後的化合物稱為胺 依取代的程度可分為一級胺 (RNH 2 ) 二級胺 (RR'NH) 或三級胺 (RR'R''N), 接上第四個烴基者為四級銨離子, 烴基為苯環者是為芳香胺
胺的分類及命名 一級胺 ( 第一胺 ) N 只接一個烴基 R1 N H H 實例及命名甲胺乙胺苯胺 H 3 C N H CH 3 CH 2 N H NH 2 H H
胺的分類及命名 二級胺 ( 第二胺 ) N 接二個烴基二甲胺 R1 N H H 3 C N H CH 3 R2 甲乙胺 H 3 C N H C 2 H 5 N- 甲基苯胺 H N CH 3
胺的分類及命名 三級胺 ( 第三胺 ) N 接三個烴基三甲胺 R1 N R3 R2 H 3 C N CH 3 CH 3 N- 甲基 -N- 乙基苯胺 CH 3 N C 2 H 5
胺的製備 由鹵烷類與氨作用 : R-X + 2NH 3 RNH 2 + NH 4 X 例如 : CH 3 Cl + 2NH 3 CH 3 NH 2 + NH 4 Cl
胺的性質 胺是含氮的有機化合物, 是一種有機鹼, 易溶於酸中 胺分子間有氫鍵 ( 但三級胺無法產生分子間氫鍵 ), 沸點較同碳數的烷類及醚類高, 但較醇及酸低 一級胺 二級胺 三級胺皆能與水分子形成氫鍵, 低級胺易溶於水 甲胺 乙胺具有氨的臭味, 含較高碳數的胺類具有 魚腥味, 魚腐敗時因蛋白質分解產生的胺便具有魚腥味
胺的性質 天然植物中具有生理活性的胺稱為植物鹼 例如 : 尼古丁存於煙草中, 可用來當殺蟲劑, 鴉片的主成份嗎啡具有鎮靜及止痛效果, 皆是常見的植物鹼 胺類如同氨一樣, 氮上的孤對電子可接受質子而生成銨鹽而較易溶於水 例如苯胺難溶於水, 與 HCl 反應形成銨鹽後, 就很容易溶於水中 NH 2 + HCl NH 3 Cl
胺的性質 胺類似於氨在水中生成銨根離子與氫氧根離子而呈弱鹼性 RNH 2 + H 2 O RNH 3 + + OH - 例如 :CH 3 NH 2 +H 2 O CH 3 NH 3 + +OH - 胺的鹼性強度 (K b ) 大小 : 二甲胺 > 乙胺 > 甲胺 > 氨 > 苯胺 (R 愈多 鹼性愈強 )
三甲胺 - 魚腥味的來源
三甲胺 三甲胺 (trimethylamine ) 分子式為 C 3 H 9 N, 是最簡單的三級胺, 常溫下為無色氣體, 有魚腥惡臭 三甲胺可溶於水, 乙醇, 乙醚, 易燃, 有毒性, 比重為 0.66, 熔點 -117 C (156 K), 沸點 3 C (276 K)
苯胺的製備 苯胺 (Aniline) (1) 工業上以鐵及稀鹽酸還原硝基苯製得 : Fe,3%HCl Na 2 CO 3 NO 2 NH 3 Cl NH 2 (2) 利用 Zn 或 Sn 還原硝基苯製得 : NO 2 + 3Zn + 6H + NH 2 + 3Zn 2+ + 2H 2 O (3) 利用觸媒氫化硝基苯製得 Pt NO 2 + 3H 2 NH 2 + 2H 2 O
苯胺的性質 苯胺是無色油狀液體, 微帶異臭 在空氣中會逐漸氧化而呈褐色, 易溶於有機溶劑, 難溶於水 苯胺難溶水, 但可溶於鹽酸 苯胺水溶液呈鹼性, 鹼性強度較氨小
苯胺的性質 苯胺及其他芳香胺是重要的工業原料, 可用來製造多種藥物 染料, 例如乙醯苯胺, 磺胺類藥物等 酸鹼指示劑甲基橙為苯胺的衍生物 : H 3 C N N N SO 3 H H 3 C
苯胺的應用
尼古丁
尼古丁 菸鹼 (Nicotine), 俗名尼古丁, 是一種存在於茄科植物中的植物鹼, 也是煙草的重要成分 尼古丁會使人上癮或產生依賴性 尼古丁是油狀液態物質, 可溶於水 乙醇 氯仿 乙醚 油類
多巴胺 - 帕金森氏症 多巴胺 (Dopamine), 化學式為 C 6 H 3 (OH) 2 -CH 2 -CH 2 -NH 2, 是一種神經傳導物質, 用來幫助細胞傳送脈衝的化學物質 這種腦內分泌主要負責大腦的情慾, 感覺, 興奮及開心的信息傳遞, 也與上癮有關 愛情的感覺其實就是腦裡產生大量多巴胺作用的結果 所以, 吸煙和吸毒都可以增加多巴胺的分泌, 使上癮者感到開心及興奮
多巴胺 - 帕金森氏症 多巴胺不足則會令人失去控制肌肉的能力, 嚴重會令病人的手腳不自主地震動或導致帕金森氏症 (Parkinson's disease)
萊克多巴胺 - 瘦肉精 萊克多巴胺 (Ractopamine) 是瘦肉精的一種 將瘦肉精添加於豬隻等動物飼料中長期食用可以促進蛋白質合成, 增加動物的瘦肉量, 少長脂肪, 減少飼料使用, 使肉品提早上市以降低成本
乙醯膽鹼 (Acetylcholine) 乙醯膽鹼, 分子式 (C 7 H 16 NO 2 ), 示性式 CH 3 COOCH 2 CH 2 N + (CH 3 ) 3, 是中樞神經系統 交感神經的節前纖維和副交感神經系統中的化學傳導物質
屍胺 (1,5- 戊二胺 ) 屍胺的分子式為 NH 2 (CH 2 ) 5 NH 2, 亦稱 1,5- 戊二胺 屍胺是一種在動物身體組織腐爛時由蛋白質水解產生的具有腐臭氣味的化合物, 常溫下為漿狀液體, 深度冷凍可凝固結晶
發光胺
發光胺 發光胺又稱魯米諾 (Luminol), 光敏靈, 是通用的發光化學試劑, 與適當的氧化劑混合時會發出引人注目的藍色光 它是白色至淡黃色的晶體, 可溶於水和大多數有機極性溶劑 法醫學上使用魯米諾來檢驗犯罪現場含有的痕量血跡, 生物學上則使用魯米諾來檢測細胞中的銅 鐵及氰化物的存在
醯胺 羧酸中羧基的 OH 基被胺基取代後的衍生物稱為醯胺, 示性式為 RCONH 2, 最簡單的醯胺為甲醯胺, 尿素可視為碳酸的二醯胺衍生物 O R C NH 2
醯胺的分類及命名 醯胺是羧酸的衍生物, 命名時將 某酸 改成 某醯胺, 若醯胺所接的氫原子被烴基取代, 則以 N- 取代基醯胺 命名 O O CH 3 C CH 3 C OH NH 2 乙酸 乙醯胺
醯胺的分類及命名 第一醯胺 N 原子上不接烷基 甲醯胺 H C O R C O 乙醯胺 NH 2 O CH 3 C NH 2 NH 2 苯甲醯胺 C O NH 2
醯胺的分類及命名 第二醯胺 N 原子上接一個烷基 R C O N R1 H N- 乙基乙醯胺 O CH 3 C N H C 2 H 5
醯胺的分類及命名 第三醯胺 N 原子上接二個烷基 R C O N R1 R2 N- 甲基 -N- 乙基丙醯胺 O CH 3 CH 2 C N C 2 H 5 CH 3
醯胺的製備 實驗室中常由氨 ( 或胺 ) 與醯氯或酸酐製備 : O O CH 3 C + 2NH 3 Cl CH 3 C NH 2 + NH 4 Cl 酯與氨或胺 (1 或 2 ) 作用 : CH 3 C O + CH 3 NH 2 + CH 3 OH O CH 3 CH 3 C O N H CH 3
醯胺的性質 醯胺與水分子能產生氫鍵, 易溶於水 醯胺分子間能形成分子間氫鍵, 故具有較高的熔點及沸點, 室溫下除甲醯胺是液體外, 其餘皆為無色固體 一般有機化合物分子量相近時, 熔點 沸點的大小順序為 : 醯胺 > 酸 > 醇 > 胺 > 醛 酮 酯 > 醚 > 烴類
醯胺的性質 醯胺與胺不同, 醯胺為中性而非鹼性, 在酸中不會形成銨鹽 醯胺與酯相似, 可進行水解反應, 醯胺水解生成羧酸和氨 ( 或胺 ), 是胃中消化蛋白質的主要過程, 也是新陳代謝的重要步驟 例如 :N- 甲基乙醯胺水解得到乙酸及甲胺 CH 3 CONHCH 3 +H 2 O CH 3 COOH + CH 3 NH 2
乙醯苯胺 製備 : 可由苯胺與乙醯氯 ( 或乙酐 ) 反應製得 O H O 2 NH 2 + CH 3 C N C CH 3 + Cl 苯胺乙醯氯乙醯苯胺 NH 3 Cl NH 2 O CH C H O 3 + O N C CH 3 + CH 3 COOH CH 3 C O 乙酐 乙醯苯胺
乙醯苯胺 性質與用途 : 在醫藥上, 乙醯苯胺是重要的中間原料, 亦可作為鎮痛劑 H N O C CH 3
磺胺 乙醯苯胺再經一系列反應, 可以合成對胺苯磺醯胺, 簡稱磺胺 磺胺是有效的消炎劑, 是一種能抑制細菌生長的重要藥物 H 2 NO 2 S NH 2
磺胺的製備 H N O C CH 3 H O + H 2 SO 4 ( 濃 ) HO 3 S N C CH 3 + H 2 O H O H O HO 3 S N C CH 3 + NH 3 H 2 NO 2 S N C CH 3 + H 2 O H O + H 2 O + CH 3 COOH H 2 NO 2 S N C CH 3 H 2 NO 2 S NH 2
對乙醯胺苯酚 阿司匹靈是鎮痛 解熱的藥劑, 但血友病 胃酸過多患者不能使用, 可改服用對乙醯胺苯酚 ( 普拿疼 ) 代替 HO HO NH 2 + O CH 3 C H O H 2 SO 4 O HO N C CH 3 + CH 3 COOH CH 3 C O H N O C CH 3 對乙醯胺苯酚
感謝各位同學的參與 繁雜的有機化合物上完啦 ~ The End