有机化合物的衍生物：课件概览

有机化合物的衍生物课件概览欢迎来到有机化合物衍生物的详细学习旅程本课程将带您深入探索有机化学中最重要的几类衍生物，从卤代烃、醇类到杂环化合物，涵盖它们的结构特点、命名规则、物理化学性质、制备方法以及在现代工业和医药领域的广泛应用通过本课程，您将建立起有机化学衍生物的系统知识框架，掌握各类化合物的反应机理和转化关系，为进一步学习高级有机化学和生物化学奠定坚实基础我们将结合分子模型、反应机理动画和实际应用案例，使抽象概念变得直观易懂课程目标掌握基础知识理解反应机理学习各类有机衍生物的结构特点、深入理解各类有机衍生物的反应电子效应和空间效应，建立系统机理和转化关系，包括亲核取代、的有机化学思维模式，掌握命名亲电加成、消除反应等关键反应规则和分类方法，能够根据化合类型，掌握电子效应和立体效应物结构预测其性质对反应的影响应用能力培养培养运用有机化学知识解决实际问题的能力，包括有机合成路线设计、结构鉴定和性质预测，为未来在科研、医药、材料等领域的工作奠定基础课程大纲第一章卤代烃1卤代烃的结构、分类、命名、物理化学性质、制备方法及在医药、农药、材料等领域的广泛应用，重点关注亲核取代反应和消除反应的机理第二章醇、酚和醚2醇、酚和醚的结构特点、分类命名、物理化学性质、制备方法和应用，重点分析羟基化合物的酸碱性和醚类化合物的稳定性及其应用第三章醛和酮3醛和酮的结构、命名、物理化学性质、制备方法和应用，着重讨论羰基化合物的亲核加成反应和氧化还原反应及其在有机合成中的重要作用第四章羧酸及其衍生物4羧酸及其衍生物（酯、酰氯、酰胺等）的结构、性质、制备和应用，分析羧酸衍生物的相互转化关系及其在生物化学中的重要性第五章胺类化合物5胺的分类、命名、物理化学性质、制备方法和应用，重点探讨胺的碱性、成盐性及在医药和材料科学中的应用第六章杂环化合物6杂环化合物的定义、分类、命名、性质、制备和应用，分析含氮、氧、硫杂环在医药、农药和材料领域的重要作用第一章卤代烃基础知识卤代烃是烃分子中的氢原子被卤素原子（、、、）取代而F Cl Br I形成的化合物，是有机合成中最重要的中间体之一，也是许多天然产物和药物分子的重要组成部分反应类型卤代烃主要发生亲核取代反应、和消除反应、SN1SN2E1，这些反应构成了有机合成的基础，通过这些反应可以引入E2各种官能团应用领域卤代烃广泛应用于医药、农药、高分子材料、制冷剂、灭火剂、溶剂等领域，同时某些卤代烃也是环境污染物和臭氧层破坏物质卤代烃的定义和分类定义按卤素分类卤代烃是指烃分子中的氢原子被根据所含卤素种类可分为氟代烃、卤素原子（、、、）取代氯代烃、溴代烃和碘代烃，其反F Cl Br I后形成的化合物，通式可表示为应活性通常按的IBrClF（为烃基，为卤素原子）顺序递减，这与碳卤键的键能大R-X RX-卤代烃是重要的有机合成中间体，小有关可用于合成多种官能团化合物按结构分类按照卤素连接的碳原子类型，可分为烷基卤代烃（杂化）、烯基卤代烃sp³（杂化）和芳基卤代烃（杂化），它们具有不同的物理化学性质和sp²sp²反应活性卤代烃的命名命名法IUPAC确定母体烃的名称，将卤素作为取代基，用氟、氯、溴、碘表示，并在前面加上数字表示卤素的位置，如氯丙烷₃₂₂1-CH-CH-CH-Cl多个相同卤素用

二、

三、四等表示通俗命名法某些简单或常用的卤代烃沿用传统命名法，如氯仿₃、四氯化CHCl碳₄、氟利昂等这些名称在工业和商业中更为常用，但CClCFCs在学术领域正逐渐被名称取代IUPAC取代基命名卤代烃中的卤代烃基可作为取代基，命名时用卤代烷基表示，如氯甲基₂、溴乙基₂等这在复杂有机-CH Cl2--CH-CHBr-分子的命名中尤为重要卤代烃的物理性质沸点和熔点溶解性密度与外观卤代烃的沸点和熔点随分子量增大而升高卤代烃通常不溶于水，但易溶于有机溶剂卤代烃的密度通常大于水，且随卤素原子同一系列中，氟代物氯代物溴代物碘这是因为卤代烃分子极性较弱，难以与水量增加而增大低分子量卤代烃常为无色代物这是因为卤素原子的范德华力随原分子形成氢键分子中卤素原子数量越多，液体或气体，具有特殊气味多溴代物和子量增大而增强不同系列间，第三烷基极性越大，在极性溶剂中的溶解性越好碘代物可能呈现黄色或棕色，这与卤素原卤代烃第二烷基卤代烃第一烷基卤代烃某些多卤代烃如氯仿可与水形成弱氢键子的颜色特性有关大多数卤代烃具有特征性气味卤代烃的化学性质亲核取代反应消除反应卤代烃能与亲核试剂（⁻、⁻、OH CN在强碱作用下，卤代烃可发生或消E1E2₃等）发生或反应，生成醇、NH SN1SN21除反应生成烯烃反应活性顺序腈、胺等化合物反应活性顺序2°°°₃与取代反应竞争，321CH X₃°°°；CH X123SN2温度高、碱浓度大时有利于消除反应°°°₃321CH XSN1还原反应格氏反应卤代烃可被金属锌、锡等还原为相应的烃4卤代烃可与镁在无水醚中反应生成格氏试如氯乙烷被锌粉和酸还原为乙烷多卤代剂，这是形成碳碳键的重要方3RMgX-烃的还原更为常见，如四氯化碳可被还原法格氏试剂可进一步与醛、酮、酯等羰为氯仿、二氯甲烷等基化合物反应，用于有机合成卤代烃的制备方法烃的卤化反应1烷烃可通过自由基取代反应与卤素（₂、₂）反应生成卤代烃反应在光照或加ClBr热条件下进行，机理涉及自由基链式反应例如₄₂光照₃CH+Cl→CH Cl+HCl烯烃的卤化反应2烯烃可与卤素（₂、₂）加成形成二卤代烃，或与卤化氢（、、）ClBr1,2-HCl HBrHI加成形成卤代烃加成反应遵循马氏规则，如₂₂₂₂1-CH=CH+Br→CH Br-₂CH Br醇的卤化反应3醇可与无机卤化物（₃、₂、₅等）或浓反应制备卤代烃这类反应PBr SOClPCl HX常用于实验室制备卤代烃，如₂₂ROH+SOCl→RCl+SO+HCl芳烃的卤化反应4芳烃可通过亲电取代反应引入卤素，通常需要催化剂（如₃）在光照或加热条件FeCl下，也可发生侧链卤化例如₆₆₂₃₆₅C H+Cl FeCl→C HCl+HCl卤代烃的应用卤代烃在现代工业和日常生活中应用广泛氟氯烃曾广泛用作制冷剂和气雾剂推进剂，但因破坏臭氧层而被限制使用含卤药物约占所有药物的，如氟西汀（抗抑郁25%药）、氯霉素（抗生素）等农业上，多种含卤农药用于杀虫和除草，如滴滴涕材料科学中，卤代烃是许多重要聚合物的原料，如聚氯乙烯、聚四氟乙烯特氟龙等此外，卤代烃还用DDT PVC作溶剂（如氯仿、二氯甲烷）、灭火剂（哈龙）和有机合成中间体第二章醇、酚和醚醚结构，化学性质稳定1R-O-R酚2结构，酸性较强Ar-OH醇3结构，基础含氧化合物R-OH本章我们将系统学习三类重要的含氧有机化合物醇、酚和醚这三类化合物都含有氧原子，但由于周围碳原子的杂化类型不同，它们展现出截然不同的物理和化学性质醇是最基础的含氧有机物，分子中含有羟基与杂化碳相连；酚分子中羟基与芳香环直接相连；醚则含有醚键-OH sp³C-结构O-C通过本章学习，您将理解这三类化合物的结构特点、物理化学性质、制备方法以及在医药、香料、溶剂、燃料等领域的广泛应用特别是它们的酸碱性差异及其反应活性的比较，将帮助您建立对含氧有机物的系统认识醇的定义和分类定义与结构按碳链分类12醇是分子中含有羟基与饱根据与羟基相连的碳原子所连接-OH和碳原子相连的化合物，通式为碳原子数目，醇可分为伯醇（-，其中为烷基、烯基或炔₂，一个碳连接）、仲醇R-OH R CH OH基羟基中的氧原子以杂化轨（，两个碳连接）和叔醇sp³CHOH道与碳和氢原子形成键，同时氧（，三个碳连接）这种σCOH原子上还有两对孤对电子，这一分类与醇的反应活性密切相关，结构特点决定了醇的物理化学性例如在氧化反应中表现出不同的质行为按羟基数目分类3根据分子中羟基的数目，醇可分为一元醇（含一个羟基）、二元醇（含两个羟基，如乙二醇）和多元醇（含三个或更多羟基，如甘油、山梨醇等）羟基数目的增加会显著影响醇的溶解性、沸点等物理性质醇的命名和物理性质命名法物理状态与沸点溶解性IUPAC醇的命名以相应烷烃名称为基础，低分子量醇（₁₃）在室温下为液体，低碳醇易溶于水，随碳链增长溶解度减小，IUPAC C-C将词尾烷改为醇，并用数字指明羟有特殊气味；高分子量醇（₁₂）为固₄以上醇与水的溶解度很小这是因为--C C基的位置，如₃₂为乙醇若体醇的沸点远高于相应分子量的烷烃，醇分子中的羟基能与水分子形成氢键，而CH CH OH分子中含有其他优先级更高的官能团，则这是因为醇分子间能形成氢键在同分异碳氢链具疏水性，两种因素相互竞争多羟基作为羟基取代基对于二元或多元构体中，伯醇仲醇叔醇，这与氢键形成元醇由于含多个羟基，即使碳链较长也易醇，使用二醇、三醇等后缀，如能力有关分子中羟基数增加导致沸点显溶于水，如甘油可与水任意比例混溶₂₂为乙二醇著升高HOCH CH OH1,2-醇的化学性质醇的酸性与碱性醇是非常弱的酸（约），只能与活泼金属（、）反应释放₂，生成醇钠醇也是弱碱，可与强酸形成氧鎓离子不同类型醇的酸性顺序伯醇仲醇叔醇这是由于烷pKa16-18Na KH基的正电子效应使键极化程度减弱O-H醇的氧化反应伯醇可被氧化为醛，进一步氧化为羧酸；仲醇氧化生成酮；叔醇在一般条件下难以被氧化常用氧化剂包括重铬酸钾硫酸（₂₂₇₂₄）、高锰酸钾（₄）等这些/K Cr O/H SOKMnO反应在有机合成中有重要应用醇的消除反应在酸催化或加热条件下，醇可脱水形成烯烃叔醇最易脱水，反应活性顺序叔醇仲醇伯醇脱水通常遵循扎伊采夫规则，生成取代度高的烯烃如丁醇脱水主要生成丁烯而非2-2-丁烯1-醇的酯化反应醇与羧酸在酸催化下发生酯化反应，生成酯和水这是一个可逆反应，需采用浓硫酸催化并移除水以提高收率醇还可与酰氯、酸酐反应生成酯，这些反应更为彻底，是实验室制备酯的常用方法醇的制备方法烯烃的水合1烯烃在酸催化下与水加成生成醇，反应遵循马氏规则，加氢离子到碳原子少的一端如₂₂₂⁺₃₂工业上常用间接水合法，先与硫酸反应生成烷CH=CH+H OH→CH CH OH基硫酸氢酯，再水解羰基化合物的还原2醛和酮可被还原为相应的醇醛还原生成伯醇，酮还原生成仲醇常用还原剂包括氢化铝锂₄、氢化硼钠₄或催化氢化₂这是实验室制备醇的重要方法，选择性LiAlHNaBHH/Ni好，产率高格氏试剂法3格氏试剂与醛、酮、酯、环氧化物等反应可制备各种类型的醇与甲醛反应生成伯醇，RMgX与其他醛反应生成仲醇，与酮反应生成叔醇这是形成碳碳键并引入羟基的强大方法-酯的水解和还原4酯在碱性条件下水解可得到醇和羧酸盐；酯在氢化铝锂等强还原剂作用下可还原为两分子醇后者是制备伯醇的有效方法，尤其是在需要选择性还原其他官能团的复杂分子中醇的应用燃料领域饮料工业医疗与消毒乙醇是重要的生物燃料，可单独使用或与汽油乙醇是酒精饮料的主要成分，通过发酵过程生乙醇和异丙醇是常用的消毒剂，能有效杀灭细混合（乙醇汽油）它具有较高的辛烷值和更产不同浓度的乙醇用于生产啤酒（）、菌、真菌和部分病毒浓度的酒精溶3-8%70-75%清洁的燃烧特性，可减少碳氢化合物和一氧化葡萄酒（）和烈酒（以上）发液消毒效果最佳医用酒精、免洗洗手液和表8-14%40%碳的排放巴西和美国是全球最大的燃料乙醇酵工艺和原料的选择直接影响最终产品的风味面消毒剂中都含有这些醇类物质此外，某些生产国，主要以甘蔗和玉米为原料特点醇类化合物也是药物合成的重要中间体多元醇如乙二醇用作防冻剂和聚酯生产原料；甘油广泛应用于化妆品、食品和药物制剂；甲醇是重要的化工原料，用于生产甲醛、乙酸等醇还作为有机合成的关键中间体和溶剂，在染料、香料、表面活性剂等领域有广泛应用酚的定义和分类定义与结构按芳环数目分类12酚是芳香环上直接连接羟基酚可分为单环酚和多环酚单环-OH的化合物，通式为，最简酚中羟基连接在单个芳香环上，ArOH单的代表是苯酚₆₅如苯酚、甲酚、对苯二酚等；多C H OH在酚中，羟基的氧原子与芳香环环酚中羟基连接在稠合芳香环上，上的碳原子形成键，同时氧原子如萘酚₁₀₇、蒽酚σC H OH上的轨道与芳环的电子云存在₁₄₉等这种结构差pπC H OH共轭作用，这使得酚的性质与醇异影响酚的物理性质和反应活性有显著差异按羟基数目分类3根据分子中羟基的数目，酚可分为一元酚（含一个羟基，如苯酚）、二元酚（含两个羟基，如对苯二酚、间苯二酚、邻苯二酚）和多元酚（含三个或更多羟基，如焦性没食子酸、黄烷酮类等）羟基数目增加通常会增强酚的酸性和抗氧化能力酚的命名和物理性质命名方法物理状态与气味溶解性与沸点简单的酚可直接称为苯酚、萘酚等苯酚在室温下为无色晶体，有特殊气味，酚的溶解性介于醇和烃之间简单酚在水取代基位置用数字表示，如氯苯酚某受光照可变粉红色，具有严重的腐蚀性和中溶解度有限（苯酚约水），4-8g/100g些酚有特殊的习惯名称，如邻甲酚（甲毒性许多取代酚在室温下也是固体，熔但能与氢氧化钠溶液反应溶解酚易溶于2-基苯酚）、对甲酚（甲基苯酚）等邻点随分子量增加而升高二元酚通常比一醇、醚等有机溶剂酚的沸点较高，这与4-苯二酚（二羟基苯）、间苯二酚元酚熔点高大多数酚具有独特的气味，分子间能形成氢键有关羟基数目增加会1,2-（二羟基苯）和对苯二酚（二某些酚类化合物是重要的香料成分使酚的水溶性增强，多元酚通常比一元酚1,3-1,4-羟基苯）分别又称为焦儿茶酚、间苯二酚更易溶于水和氢醌酚的化学性质羟基的影响酚的酸性羟基是给电子基团，使芳环电子云密度增加，对亲电取代反应有强烈的邻对位定向效应因此，酚的酚的酸性约远强于醇约，pKa10pKa16-18亲电取代反应主要发生在羟基的邻位和对位，反应可与等碱反应生成酚钠，但弱于羧酸这是NaOH活性远高于苯因为苯环上的电子与羟基上的氧原子形成共轭，2π1使键极化程度增加，氢原子更易解离O-H氧化反应酚易被氧化，与₃溶液反应呈现特征性颜色FeCl（如苯酚呈紫色），这是酚类化合物的重要鉴别3方法强氧化剂可将酚氧化为醌类化合物，如对苯二酚被氧化为对苯醌烷基化反应5酚在碱性条件下与卤代烃反应生成醚，如苯酚与碘酯化反应甲烷在存在下反应生成甲氧基苯这种4NaOH O-酚与酰氯或酸酐反应生成酚酯，如苯酚与乙酰氯反烷基化与烷基化（发生在芳环上）存在竞争，条C-应生成乙酰苯酚这一反应较醇的酯化反应需要更件控制是合成的关键强的条件，通常在碱存在下进行，因为羟基被芳环吸电子作用减弱了其亲核性酚的制备方法磺化熔融法苯与浓硫酸反应生成苯磺酸，再与熔融，然后酸化得到苯酚这NaOH一方法曾是工业制备苯酚的重要途径，反应条件较为苛刻，目前已逐渐被累积法取代反应方程式₆₆₆₅₃C H→C H SO H→₆₅₆₅C H ONa→C H OH卤代芳烃的碱解氯苯在高温高压下与水溶液反应可制得苯酚，这是法的核心NaOH Dow步骤，通常需要铜催化剂此反应机理涉及亲核取代，条件比一般的亲核取代反应更加苛刻，因为苯环上的卤素不易被取代累积法丙酮与苯反应生成异丙苯，再经过氧化和酸催化分解得到苯酚和丙酮这是当前工业上最重要的苯酚制备方法，特点是同时得到两种有价值的产品反应步骤₆₆₃₃₆₅₃₂C H+CH COCH→C HCCH→₆₅₃₃C H OH+CH COCH酚的应用医药领域工业合成抗氧化剂酚类化合物广泛应用于药苯酚是合成酚醛树脂、双多元酚类化合物是重要的物合成和医疗消毒苯酚酚、己内酰胺等重要化抗氧化剂，广泛用于食品、A曾用作消毒剂和局部麻醉工产品的原料酚醛树脂化妆品和塑料工业常用剂，现已被更安全的替代用于制造电器元件、粘合的抗氧化剂包括丁基羟基品取代水杨酸（羟基剂和涂料；双酚是生产茴香醚、二丁基羟2-A BHA苯甲酸）及其衍生物是重聚碳酸酯和环氧树脂的关基甲苯和叔丁基对BHT要的解热镇痛药，如阿司键原料；己内酰胺是尼龙苯二酚等植物TBHQ匹林对乙酰氨基酚（扑的单体苯酚还用于合中的黄酮类、儿茶素等多-6热息痛）是常用的非处方成染料、农药、表面活性酚类化合物具有显著的抗解热镇痛药酚类结构是剂和防腐剂氧化活性，是许多保健品许多抗氧化剂、抗生素和的功效成分激素类药物的重要组成部分醚的定义和分类定义与结构按连接基团分类醚是分子中含有醚键的化根据连接在氧原子上的基团类型，醚R-O-R合物，其中和可以是烷基、烯基、可分为对称醚（，两个相R R R-O-R炔基或芳基氧原子呈杂化，与同基团）和混合醚（，两个sp³R-O-R两个碳原子以近120°夹角连接醚不同基团）；脂肪醚（如二乙醚）、可视为醇的烷基衍生物，其中羟基氢芳香醚（如苯甲醚）和混合醚（如甲被另一烃基取代醚分子呈形，其苯甲醚）；环醚（如四氢呋喃、V THF中心氧原子携带两对孤对电子二氧六环）1,4-特殊类型醚冠醚是含多个醚键的大环化合物，能特异性络合金属离子；聚醚如聚乙二醇是重要的高分子材料；环氧化物（如环氧乙烷）含有高张力三元环醚结构，PEG具有高反应活性；烯醚和炔醚中醚氧与不饱和键相邻，反应特性独特醚的命名和物理性质沸点物理状态醚的沸点远低于相应分子量的醇和羧酸，低分子量醚₁₃在室温下为气体，但略高于烷烃这是因为醚分子间只能溶解性C-C中等分子量醚₄₁₂为液体，高形成较弱的范德华力，不能形成氢键C-C醚在水中的溶解度有限，但远高于相应命名法分子量醚为固体二甲醚是最简单的醚，然而，醚分子内的极性使其沸点高于相IUPAC的烷烃，这是由于醚分子中氧原子可与为气体；二乙醚是常用的挥发性液体溶应的烷烃例如，二乙醚₄₁₀C H O醚的系统命名以烷氧基作为取代基，如水分子形成氢键低分子量醚如二甲醚剂，俗称乙醚大多数醚具有特殊的的沸点为℃，而丁烷₄₁₀

34.6C H₃₂₃称为乙基甲醚对于在水中溶解度较高，随碳链增长溶解度CH OCH CH香味，某些作为香料使用的沸点为℃-

0.5环醚，常采用杂环化合物的命名法，如减小醚是良好的有机溶剂，能溶解多四氢呋喃某些简单醚有习惯名称，如种有机物和某些无机物，在实验室和工₃₃二甲醚、业中广泛用作萃取剂和反应溶剂CH OCH₃₂₂₃二乙醚等CH CH OCH CH2314醚的化学性质化学稳定性1醚在一般条件下化学性质稳定，不与水、稀酸、稀碱、还原剂和弱氧化剂反应这种稳定性源于醚键的强度和醚分子缺乏活泼氢原子正因如此，醚常作为惰性溶剂用于各种化C-O-C学反应，如格氏反应和金属氢化物还原反应过氧化物形成2醚在空气中存放时，特别是在光照条件下，会与氧气反应生成不稳定的过氧化物，如二乙醚可生成乙基氢过氧化物这些过氧化物在浓缩或加热时可能爆炸，构成安全隐患使用醚前应进行过氧化物检测，并通过加入还原剂如硫酸亚铁或通过蒸馏除去过氧化物酸催化裂解3在浓硫酸或氢卤酸催化下，醚可裂解为醇和卤代烃如二乙醚与反应HI₃₂₂₃₃₂₂这一反应是醚制备的逆反应，可CH CH OCH CH+2HI→2CH CHI+H O用于鉴别醚的结构反应活性顺序，叔醚仲醚伯醚HIHBrHCl自燃性4许多醚具有高度易燃性和低闪点，二乙醚的闪点仅为℃，蒸气与空气形成爆炸性混合物-45使用醚时必须远离火源和电火花，建议在通风橱中操作，并在无水条件下妥善保存，以减少安全风险醚的制备方法威廉森醚合成法威廉森醚合成是最重要的醚制备方法，通过醇钠与卤代烃的反应进行SN2该方法适用于制备各种结构的醚，特别是混合RONa+RX→ROR+NaX醚反应通常在无水条件下进行，醇钠可由醇与金属钠反应制备扩展的威廉森反应包括酚钠与卤代烃的反应，用于制备芳基烷基醚醇的脱水反应初级醇在浓硫酸或硫酸氢钾₄催化下，于℃左右脱水形成对称醚KHSO140₂该方法适用于制备对称醚，但温度控制至关重要，2ROH→ROR+H O温度过高会导致醇脱水生成烯烃现代工业上，低分子量醇如甲醇可在固体酸催化剂如₂₃上气相脱水制备相应醚Al O烯烃的加成反应烯烃在酸催化条件下与醇加成可生成醚如乙烯与乙醇在磷酸催化下反应生成乙基乙醚₂₂₂₅₂₅₂₅这一CH=CH+C H OH→C H OC H方法在工业上用于生产甲基叔丁基醚，一种汽油添加剂，通过异MTBE丁烯与甲醇的加成反应醚的应用医疗应用实验室溶剂特种应用二乙醚曾是最早使用的全身麻醉剂之一，尽管醚类是重要的实验室溶剂，特别是在有机合成冠醚能特异性络合金属离子，在相转移催化、由于安全性问题现已被其他麻醉剂取代许多中二乙醚、四氢呋喃和二氧六环离子选择性电极和离子分离中具有重要应用THF1,4-现代麻醉药如七氟醚、地氟醚等仍保留醚结构广泛用于格氏反应、金属氢化物还原反应和有聚乙二醇是重要的聚醚类聚合物，用于PEG醚类化合物是多种药物的重要组成部分，如抗机锂试剂反应中醚溶剂能很好地溶解有机物，化妆品、药物制剂和生物医学材料环氧乙烷组胺药苯海拉明、受体阻滞剂普萘洛尔等且与许多反应物相容，同时可通过配位稳定有是环氧树脂和非离子表面活性剂的重要原料β机金属试剂工业上，甲基叔丁基醚曾作为汽油抗爆添加剂，现因环境问题已减少使用二甲醚作为环保型喷雾剂和燃料添加剂受到关注乙二醇二甲MTBE醚、乙二醇二乙醚等低毒性醚溶剂在涂料和清洁剂中应用广泛专业合成中，醚保护基用于保护羟基等官能团第三章醛和酮合成应用1醛和酮是有机合成中的重要中间体亲核加成2羰基的特征反应模式羰基结构3醛和酮的共同特征本章我们将学习两类含有羰基的重要化合物醛和酮醛分子中羰基连接至少一个氢原子，而酮的羰基连接两个碳原子C=O R-CHO R-CO-R这两类化合物因其羰基的存在而具有相似的物理和化学性质，但也存在重要差异羰基的碳原子呈杂化，具有平面三角形构型，羰基中的键使碳原子带部分正电荷，氧原子带部分负电荷，这种极化特性决定了醛和酮的化学反sp²π应性醛和酮是有机合成中最重要的化合物之一，通过它们的亲核加成反应可以构建多种复杂分子此外，醛和酮在自然界和工业中也有广泛应用，从生物体内的糖类到香料、溶剂和聚合物单体醛和酮的定义醛的定义与结构酮的定义与结构羰基的电子效应醛是分子中含有醛基的化合物，酮是分子中含有羰基，且羰基碳羰基中的氧原子电负性强，碳氧双键高度-CHO C=O醛基中的羰基碳原子与至少一个氢原子相原子与两个碳原子相连的化合物，通式为极化，碳原子带部分正电荷，氧原子δ+连，通式为可以是氢（甲醛（和可相同或不同）最简带部分负电荷这种极化使羰基碳成R-CHO R R-CO-RRRδ-）、烷基（如乙醛₃）、单的酮是丙酮₃₃酮的为亲电中心，易受亲核试剂进攻；而羰基H-CHO CH-CHO CH-CO-CH芳基（如苯甲醛₆₅）或其他羰基碳同样呈杂化，分子呈平面结构氧则是亲核中心，可与酸配位这C H-CHO sp²Lewis取代基团羰基碳呈杂化，与氢原子由于两个基团的空间位阻，酮的羰基通一电子效应是醛和酮化学反应性的基础sp²R和基团呈平面三角形构型，键长约常比醛的羰基稍受屏蔽R C=O为

1.2Å醛和酮的命名醛的命名酮的命名IUPAC IUPAC醛的系统命名以相应的烷烃名称为基酮的系统命名同样以对应烷烃名称为础，将词尾烷改为醛，如基础，将词尾烷改为酮，并用----₃₂为丙醛当醛基连接数字指明羰基的位置，如CH CH CHO在较长碳链的中间时，以醛基碳为₃₃为丙酮丙酮对1CH COCH2-号碳进行编号若分子中存在其他官于环状酮，使用前缀环，如能团，且其命名优先级高于醛基，则₆₁₀为环己酮当酮基不是主C H O醛基作为甲酰基取代基链上的主要官能团时，作为羰基-CHO-或酰基取代基CO--CO-R通俗命名某些常见醛和酮有约定俗成的通俗名称如甲醛、乙醛₃、苯HCHO CH CHO甲醛₆₅，又称苯甲醛或茴香醛；丙酮₃₃，又称二甲基C HCHOCH COCH酮、苯乙酮₆₅₃，又称苯甲基酮等在生物化学中，许多糖类以C HCOCH-糖作为后缀，如葡萄糖、果糖等，它们都含有醛基或酮基醛和酮的物理性质物理性质醛酮物理状态低碳醛₁₃为气体或易挥发液体；中碳醛₄低碳酮如丙酮为液体；中高碳酮多为液体或固体环状C-CC-₁₂为液体；高碳醛为固体酮通常为液体或低熔点固体C沸点醛的沸点高于相应碳数的烷烃，但低于相应的醇如乙酮的沸点趋势与醛类似，但通常略高于相同碳数的醛醛℃高于乙烷℃但低于乙醇℃如丙酮℃高于丙醛℃21-89785649溶解性低碳醛溶于水，随碳链增长溶解度降低甲醛、乙醛与低碳酮如丙酮与水互溶高碳酮水溶性差，但溶于大多水互溶醛溶于大多数有机溶剂数有机溶剂含极性基团的酮水溶性增加气味低碳醛具有强烈刺激性气味；某些高碳醛有愉快香气，低碳酮如丙酮有特征性甜味；某些高碳酮用作香料，如用作香料，如香草醛、肉桂醛薄荷酮、樟脑醛和酮的特殊物理性质主要源于羰基的极性羰基虽不能形成氢键，但其强极性使分子间存在强烈的偶极偶极相互作用，这导致其沸点高于相应的烷烃羰基氧可作为氢键受体与水形-成氢键，解释了低碳醛酮的水溶性随着碳链增长，非极性部分增多，水溶性降低醛和酮的化学性质亲核加成反应还原反应羰基碳原子带部分正电荷，易受亲核试剂醛和酮都可被还原为相应的醇醛还原生成伯⁻进攻，发生亲核加成反应₂醇，酮还原生成仲醇常用还原剂包括氢化硼NuRC=O+⁻₂⁻常见亲核试剂包括钠₄、氢化铝锂₄和催化氢Nu→R CNuONaBHLiAlH1氢氰化物、格氏试剂、水合物化₂醛比酮更易被氧化，因此也更HCN RMgXH/Ni2₂、醇等醛的反应活性通常高易被还原例如，托伦试剂₃₂⁺H OROH AgNH于酮，因羰基碳受到的空间位阻较小和费林试剂可还原醛但不还原酮缩合反应氧化反应酸性使醛和酮能发生多种缩合反应在碱醛易被氧化为相应的羧酸，而酮在一般条件下α-H4催化下，可发生羟醛缩合形成羟基醛或难以被氧化（需要强氧化剂才能断裂键）β-β-C-C3羟基酮；进一步脱水可得不饱和醛或酮醛的这种易氧化性是区分醛和酮的重要特征α,β-与氨的衍生物（如羟胺、肼、半卡巴肼）反应常用氧化剂有重铬酸钾硫酸、高锰酸钾、托/生成亚胺类化合物，这也是醛酮的重要鉴别和伦试剂和费林试剂等后两者常用于醛的定性保护方法鉴别醛和酮的制备方法醇的氧化伯醇氧化可制备醛，仲醇氧化可制备酮伯醇氧化制醛需控制条件，防止过度氧化为羧酸，常用氧化剂如吡啶氯铬酸酯、高碘酸钠四乙酰铅等仲醇氧化制酮可用较强氧化剂如重PCC-铬酸钾硫酸、等如₃₂₃；₃₂₂₂₇₂₄₃₂/NaOCl/TEMPO CH CH OHPCC→CH CHO CHCHOH K CrO/H SO→CHCO烯烃的氧化烯烃与臭氧反应生成臭氧化物，再经还原性处理可得醛或酮，这一过程称为臭氧化对于末端烯烃，可得一分子醛和一分子甲醛；对于内部烯烃，可得两分子醛或酮或它们的混合物如₃₂₃₃另外，烯烃的氧化可选择性地将末端烯烃氧化为亚甲基酮CH CH=CH O,Zn/HOAc→CH CHO+HCHO Wacker羧酸衍生物的还原羧酸衍生物如酰氯、酯、腈等可被选择性还原为醛常用还原剂包括二异丁基氢化铝、还原（腈经₂还原）等这些方法避免了还原过度生成醇的问题，DIBAL-HStephen SnCl/HCl如℃；₂RCOCl DIBAL-H,-78→RCHO RCN SnCl/HCl→RCHO芳烃的甲酰化芳香醛可通过反应（₃）、反应（₃）或反应（酚与氯仿在碱性条件下反应）制备这些方法在合Gattermann-Koch CO/HCl/AlCl Vilsmeier-Haack DMF/POCl Reimer-Tiemann成香料和中间体中有广泛应用如₆₆₃₆₅；₆₅₃₆₄C HCO/HCl/AlCl→C HCHOC HOH CHCl/NaOH→HOC HCHO醛和酮的应用醛和酮在工业和日常生活中应用广泛甲醛是最重要的工业醛，用于生产酚醛树脂、尿素甲醛树脂等聚合物材料，以及甲醛消毒剂乙醛是重要的有机合成中间体，用于生产乙酸、乙酸乙酯等芳香醛如苯甲醛、香草醛、肉桂醛是香料和食品添加剂的重要成分酮类中，丙酮是重要的工业溶剂，用于指甲油去除剂、油漆稀释剂等环己酮是尼龙的重要原料许多天然酮如薄荷酮、樟脑具有特殊香气，用于香料和医药糖类是-6自然界最重要的醛和酮的衍生物，如葡萄糖（醛糖）和果糖（酮糖）醛和酮还是合成药物、染料、农药和其他精细化学品的关键中间体和构件第四章羧酸及其衍生物酰胺₂结构，稳定性最高1R-CONH酯2结构，中等活性R-COOR酰氯3结构，高反应活性R-COCl羧酸4结构，基础羰基化合物R-COOH本章我们将学习羧酸及其重要衍生物酯、酰氯和酰胺羧酸含有羧基，是一类重要的有机酸；其衍生物中羧基被转化为其他官能团，但保留羰基结-COOH构这些化合物之间存在重要的转化关系，可按反应活性排序酰氯酸酐酯酰胺羧酸盐羧酸及其衍生物不仅在有机化学中占据核心地位，也是生物体内许多重要生化反应的参与者例如，氨基酸（含羧基和氨基）是蛋白质的基本单元；脂肪酸酯是脂质的主要成分；酰胺键是蛋白质的关键结构；辅酶含有硫代酯结构通过本章学习，您将深入理解这一家族化合物的性质和应用A羧酸的定义和分类定义与结构按碳链结构分类12羧酸是分子中含有羧基的脂肪酸含直链或支链烷基的羧酸，-COOH化合物，通式为羧基由如甲酸、乙酸R-COOH HCOOH羰基和羟基组成，羰基₃、丙酸C=O-OHCH COOH碳呈杂化，整个羧基呈平面构型₃₂等芳香酸羧sp²CH CH COOH羧基中羟基的氧原子与羰基氧形成共基直接连接在芳环上的羧酸，如苯甲轭，使电子在两个氧原子间离域，增酸₆₅、水杨酸羟基C HCOOH2-强了键的极性，是羧酸酸性的来苯甲酸等不饱和酸含有碳碳双O-H-源键或三键的羧酸，如丙烯酸₂、丙炔酸CH=CHCOOH等HC≡CCOOH按羧基数目分类3一元酸含一个羧基的羧酸，如上述例子二元酸含两个羧基的羧酸，如草酸、丙二酸₂、琥珀酸₂₂HOOC-COOH HOOC-CH-COOH HOOC-CH-等多元酸含三个或更多羧基的羧酸，如柠檬酸具有三个羧基二元和COOH多元酸在生物化学中特别重要，如三羧酸循环中的中间体羧酸的命名和物理性质命名法通俗命名法物理性质IUPAC羧酸的系统命名以对应烷烃名称为基础，许多常见羧酸有约定俗成的通俗名称，这低分子量羧酸₁₃为具有刺激性气C-C将词尾烷改为酸，如些名称通常反映其来源或特性如甲酸源味的液体；中等分子量羧酸₄₉为--C-C₃₂为丙酸羧基碳原子为自拉丁文，意为蚂蚁、乙酸油状液体；高分子量羧酸₁₀为蜡状CH CH COOH formicaC号碳，沿最长碳链编号对于含其他取醋酸、苯甲酸安息香酸等一些重要固体羧酸的沸点和熔点远高于相应分子1代基的羧酸，用数字指明取代基位置二的二元酸如草酸、丙二酸丙二酸、丁二量的醇和烷烃，这是因为羧酸分子能通过元酸和多元酸分别用二酸、三酸等酸琥珀酸、戊二酸戊二酸等也常用通羧基形成氢键二聚体低分子量羧酸溶于--后缀，如₂为丙二酸俗名称水，随碳链增长溶解度降低；所有羧酸易HOOC-CH-COOH溶于醇、醚等有机溶剂羧酸的化学性质酸性酯化反应羧酸是有机酸中最常见的一类，酸性较醇和酚羧酸与醇在酸催化下反应生成酯和水强得多约酸性源于羧基中电子离pKa4-5⇌₂这RCOOH+ROH RCOOR+HO域使键极化，同时羧酸根离子被稳定羧O-H是一个可逆反应，需移除水以提高收率实验酸与碱反应生成羧酸盐RCOOH+NaOH1室中常用浓硫酸作催化剂，工业上可用离子交₂羧酸酸性受基团电→RCOONa+HOR2换树脂酯化反应是合成酯的重要方法，酯是子效应影响，吸电子基增强酸性，给电子基减香料和药物的重要组成部分弱酸性还原反应酰氯形成羧酸可被氢化铝锂LiAlH₄等强还原剂还原4羧酸与SOCl₂、PCl₅或PCl₃等氯化试剂反为伯醇₂使用硼烷应生成酰氯₂RCOOH→RCH OH3RCOOH+SOCl→RCOCl₃也可实现这一转化选择性还原羧酸₂酰氯是高活性羧酸衍生物，BH+SO+HCl为醛较为困难，通常需先转化为其他衍生物如可进一步转化为其他衍生物如酯、酰胺等这酯或酰氯，再进行选择性还原这一系列反应种转化路径在有机合成中非常重要，因为直接在有机合成中广泛应用从羧酸合成某些衍生物可能困难羧酸的制备方法醛和酮的氧化1醛可被氧化为羧酸，常用氧化剂包括高锰酸钾₄、重铬酸钾₂₂₇或温和氧化KMnOKCrO剂如试剂₃₂⁺以乙醛氧化为例₃₃酮Tollens AgNHCH CHO+[O]→CHCOOH通常需要强氧化条件才能氧化为羧酸，会伴随键断裂，产物为碳原子数较少的羧酸C-C格氏试剂与₂反应2CO格氏试剂与二氧化碳反应生成羧酸，这是实验室中合成羧酸的重要方法RMgX RMgX+₂⁻⁺，然后酸化得该方法可将烷基卤代物转化为比原碳链多一CO→RCOO MgXRCOOH个碳原子的羧酸，是形成键的有效途径C-C腈的水解3腈在酸或碱催化下水解可得羧酸₂⁺₄⁺腈R-CN RCN+2HO+H→RCOOH+NH可通过卤代烃与⁻的亲核取代反应制备，因此这一路线提供了从卤代烃合成羧酸的间接方法CN相比格氏反应，这种方法对官能团的兼容性更好烯烃的氧化4烯烃可通过强氧化剂如₄或臭氧₃氧化为羧酸对于末端烯烃，得到的是羧基处于原KMnO O双键位置的羧酸；对于内部烯烃，键会断裂，生成两种羧酸这一反应在分析化学中用于确C=C定双键位置例如₃₂₃₂CHCH=CH+[O]→CHCHCOOH羧酸的应用食品工业化学工业医药和个人护理乙酸醋酸是重要的食品羧酸是多种工业产品的重水杨酸及其衍生物如乙酰添加剂和调味品，用于醋要原料乙酸用于生产乙水杨酸阿司匹林是重要的生产柠檬酸、苹果酸、酸乙烯酯单体，后者聚合的非甾体抗炎药苯甲酸酒石酸等是食品工业中广成聚乙酸乙烯酯，及其酯类用作防腐剂，特PVA泛使用的酸味剂和调节用于涂料和粘合剂特殊别是在化妆品和个人护理pH剂，也用于软饮料和糖果羧酸如对苯二甲酸与乙二产品中许多药物分子含制造山梨酸和苯甲酸及醇反应生成聚对苯二甲酸有羧酸基团，或以羧酸酯、其盐类是重要的食品防腐乙二酯，用于饮料酰胺形式存在羟基酸PETα-剂，抑制微生物生长许瓶和合成纤维甲酸用于如乳酸和水杨酸用于化妆多水果的风味来源于特定制革和橡胶工业；丙烯酸品和护肤品中，具有去角羧酸，如柠檬酸柑橘类、及其酯类用于制造丙烯酸质和抗衰老作用苹果酸苹果等树脂和超吸水性聚合物酯的定义和命名定义与结构命名法IUPAC酯是羧酸与醇或酚反应脱水形成的化酯的系统命名由两部分组成源自醇合物，通式为，其中为或酚的部分作为前缀，源自羧酸的R-COO-RRR烷基或芳基，为烷基、芳基或其他部分作为后缀，将羧酸名称中的酸R-取代基酯分子中含有酯键，改为酸酯例如，-COO--这一结构源自羧酸羧基中的羟基₃₂₃称为乙酸乙酯，-CH COOCHCH被醇或酚的烷氧基替代₆₅₃称为苯甲酸甲酯OH-OR C H COOCH酯分子呈平面构型，碳氧双键与单键对于环状酯内酯，常以内酯作为后碳氧键存在部分共轭，使酯键具有一缀，如丁内酯γ-定刚性通俗命名法许多酯有约定俗成的通俗名称，特别是在工业和商业领域如乙酸乙酯常简称为乙酯；水杨酸甲酯也称为冬青油；苯甲酸乙酯被称为乙基苯甲酸酯等某些天然酯如脂肪酸甘油酯甘油三酯、蜂蜡蜜蜡酸肉豆蔻酯等有特定的传统名称酯的物理和化学性质物理性质水解反应还原和转酯化低分子量酯为具有水果香气的无色液体；酯最重要的化学性质是水解反应，可在酸酯可被氢化铝锂₄还原为两个醇LiAlH高分子量酯可能为油状液体或固体酯的或碱催化下进行酸催化水解是可逆反应分子₄RCOOR+LiAlH→沸点高于相应分子量的烷烃，但低于相应₂⇌₂使用在RCOOR+HORCOOH+ROH RCHOH+ROH DIBAL-H的醇和羧酸，这是因为酯分子不能形成氢碱催化水解皂化是不可逆反应低温下可选择性还原酯为醛转酯化反应键大多数低分子量酯在水中溶解度有限，是酯与另一种醇交换烷氧基的过程RCOOR+NaOH→RCOONa+随碳链增长溶解度降低；但易溶于醇、醚皂化反应在肥皂制造中尤为重要，⇌，ROH RCOOR+ROH RCOOR+ROH等有机溶剂许多酯具有愉悦的水果香气，植物油或动物脂肪甘油三酯与反需要酸或碱催化，常用于生物柴油制备NaOH用作人工香料应生成脂肪酸钠肥皂和甘油（植物油与甲醇反应）酯的制备方法和应用制备方法香料和食品工业应用羧酸与醇的酯化反应⇌许多酯具有特征性水果香气，广泛用作食品和饮料酯类在工业中用途广泛聚酯如聚对苯二甲酸乙二

1.RCOOH+ROH₂，需酸催化，常用浓₂₄的香料如乙酸异戊酯香蕉香味、乙酸苄酯梨香、酯用于饮料瓶和合成纤维；醋酸纤维素用于滤RCOOR+HOHSOPET酰氯与醇或酚反应丁酸乙酯菠萝香、乙酸辛酯橙香等这些香料可嘴和塑料；丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯聚合物用于涂

2.RCOCl+ROH→，反应迅速完全，常用于制备难以通过化学合成或生物发酵获得，用于糖果、饮料、料和黏合剂肉豆蔻酸异丙酯等高级脂肪酸酯用作RCOOR+HCl通过直接酯化获得的酯酸酐与醇反应烘焙食品和香水中某些酯如乙酸乙酯也用作食品润滑剂；邻苯二甲酸酯如邻苯二甲酸二辛酯

3.DOP₂，这也工业中的溶剂用作增塑剂酯类溶剂如乙酸乙酯、乙酸丁酯用于RCO O+ROH→RCOOR+RCOOH是一种温和高效的酯化方法涂料、油墨和粘合剂酰氯的定义和性质定义与结构命名酰氯是羧酸衍生物中羧基的羟基被氯原酰氯的命名以对应羧酸为基础，将酸-子取代形成的化合物，通式为改为酰氯，如乙酸₃对R-COCl-CHCOOH酰氯中羰基碳呈杂化，分子呈平面三应的酰氯为乙酰氯₃，苯甲sp²CH COCl角形构型由于氯原子的强吸电子效应，酸₆₅对应的酰氯为苯甲酰C HCOOH羰基碳的亲电性增强，使酰氯成为羧酸氯₆₅对于复杂结构，酰C HCOCl衍生物中反应活性最高的一类酰氯通氯基可作为取代基命名，如-COCl4-常以乙酰氯₃和苯甲酰氯氯苯甲酰氯₆₄CH COClClC HCOCl₆₅为代表C HCOCl物理性质低分子量酰氯为无色、具有刺激性气味的液体；高分子量酰氯可为液体或固体酰氯的沸点高于相应的醛，但通常低于相应的羧酸酰氯对水极为敏感，迅速水解生成羧酸和，释放热量并产生刺激性烟雾因此，酰氯必须在无水条件下储存和使用，通常保HCl存在干燥、惰性气体保护下的密封容器中酰氯的制备方法和应用制备方法化学反应应用酰氯主要通过羧酸与氯化试剂的反应制备最常用酰氯的高反应活性使其成为合成其他羧酸衍生物的酰氯最重要的应用是作为有机合成中间体，用于制的方法是羧酸与氯化亚砜₂反应重要中间体与水反应生成羧酸和；与醇或酚备酯、酰胺、酮等化合物乙酰氯用于乙酰化反应，SOClRCOOH HCl₂₂其他常用反应生成酯；与氨或胺反应生成酰胺；与羧酸盐反如药物合成中的羟基保护；苯甲酰氯用于苯甲酰化+SOCl→RCOCl+SO+HCl试剂包括五氯化磷₅₅应生成酸酐这些反应通常非常迅速，常在碱如反应，如蛋白质化学中的氨基保护酰氯在制药、PClRCOOH+PCl→₃，和三氯化磷₃吡啶、三乙胺存在下进行，以中和产生的酰农药、染料和聚合物工业中有广泛应用例如，对RCOCl+POCl+HCl PClHCl₃₃₃后氯还可参与酰基化反应，在₃苯二甲酰氯是芳香聚酰胺如生产的关键原3RCOOH+PCl→3RCOCl+H POFriedel-Crafts AlClKevlar两种反应常在有机溶剂中进行，如苯、四氯化碳等催化下与芳烃反应生成芳香酮料；各种取代酰氯用于合成复杂药物分子中的酰胺键由于酰氯对水敏感且具有腐蚀性，使用时需特别注意安全操作应在通风橱中进行，避免接触皮肤和眼睛，避免吸入蒸气酰氯的反应通常放热，应控制添加速度和温度，防止反应失控酰氯在有机合成中的高效应用，使其成为尽管具有挑战性但仍不可替代的试剂酰胺的定义和性质定义与结构命名12酰胺是羧酸衍生物中羧基的羟基被氨酰胺的命名以对应羧酸为基础，将-基₂、取代氨基或二酸改为酰胺，如乙酸-NH-NHR-取代氨基₂替代形成的化合物，₃对应的酰胺为乙酰胺-NRCHCOOH通式为₂初级酰胺、₃₂对于取代酰胺，R-CONHR-CH CONHN-仲级酰胺或在酰胺名称前加及取代基名称，如CONHRR-N-叔级酰胺酰胺键甲基乙酰胺₃₃、CONRRC-N N-CH CONHCH具有部分双键特性，源于氮原子上的二甲基乙酰胺N,N-孤对电子与羰基的共轭这种共轭使₃₃₂环状酰胺内CH CONCH酰胺平面构型，键旋转受限酰胺常以内酰胺作为后缀，如己内C-Nε-酰胺物理性质3低分子量的初级和仲级酰胺为固体，高分子量酰胺可为蜡状固体叔级酰胺的熔点通常低于相应的初级和仲级酰胺酰胺的沸点和熔点高于相应分子量的其他化合物，这是因为酰胺分子之间可通过形成氢键初级和仲级酰胺能形成氢键网络，N-H...O=C而叔级酰胺不含键，不能形成氢键初级和仲级酰胺通常溶于水，叔级酰胺的水N-H溶性较差酰胺的制备方法和应用制备方法化学性质酰氯与氨或胺反应₃₂酰胺是羧酸衍生物中最稳定的一类，其稳定性源于羰基氧

1.RCOCl+NH/RNH→₂，这是最常用的制备方法，与氮原子之间的共轭酰胺可在强酸或强碱条件下水解为RCONH/RCONHR+HCl反应迅速完全羧酸与氨或胺加热₃羧酸或羧酸盐和氨或胺₂₂

2.RCOOH+NHRCONH+HO+₂₂，这一反应需要高温℃⁺⁻⁻₄⁺₃酰→RCONH+HO100H/OH→RCOOH/RCOO+NH/NH酯与氨或胺反应氨解反应胺可被₄等强还原剂还原为胺₂

3.RCOOR+LiAlH RCONH+12₃₂₂，这是₄₂₂降解反应酰胺与NH/RNH→RCONH/RCONHR+ROH LiAlH→RCH NHHofmann温和的制备方法腈的部分水解₂溴和碱反应可将酰胺转化为胺₂₂

4.RCN+HORCONH+Br+⁺⁻₂，这种方法特别适用于初级酰₂₂H/OH→RCONH NaOH→RNH+CO+NaBr胺的制备工业应用医药应用聚酰胺尼龙是最重要的合成纤维之一，如尼龙由酰胺键是蛋白质中的肽键，是生物体内最重要的化学键之-6ε-43己内酰胺聚合得到和尼龙由己二酸和己二胺聚合得一许多药物含有酰胺结构，如对乙酰氨基酚扑热息痛、-66到二甲基甲酰胺和甲基吡咯烷酮氯霉素、利多卡因局部麻醉剂等环状酰胺内酰胺N,N-DMF N-NMPβ-是重要的极性非质子溶剂，广泛用于化学反应和材料加工是青霉素和头孢菌素等抗生素的关键结构酰胺键的稳定酰胺类化合物还用作增塑剂、表面活性剂、润滑油添加剂性和氢键形成能力使其成为药物设计中的重要结构元素，和农药如除草剂丙草胺等许多合成洗涤剂中含有酰胺可影响药物的溶解性、代谢稳定性和受体结合能力结构，提供良好的清洁和起泡性能第五章胺类化合物叔胺₃结构，碱性最弱1R N仲胺2₂结构，中等碱性R NH伯胺3₂结构，基础含氮化合物RNH胺是有机化学中最重要的含氮化合物，可视为氨₃分子中的氢原子被烃基取代而成根据取代基数目，胺分为伯胺₂、仲胺₂和NHRNHR NH叔胺₃胺分子中的氮原子带有一对孤对电子，使其具有碱性和亲核性，这是胺化学性质的核心特征R N胺类化合物在自然界广泛存在，许多生物碱如咖啡因、尼古丁、吗啡和奎宁都含有胺结构氨基酸是蛋白质的基本构建单元，其分子中同时含有胺基和羧基胺还是许多药物、染料、表面活性剂和聚合物的重要组成部分通过本章学习，您将深入理解胺的结构特点、物理化学性质以及其在有机合成和生物化学中的重要作用胺的定义和分类定义与结构按取代基数分类按结构分类胺是氨₃分子中的氢原子被烃基取代伯胺一级胺一个氢原子被取代，通式脂肪胺氮原子连接的是脂肪烃基，如甲NH的化合物胺分子中的氮原子呈杂化，为₂，如甲胺₃₂、乙胺胺、乙胺、二乙胺等芳香胺氮原子直sp³R-NH CH NH形成四面体构型，其中一个杂化轨道₃₂₂、苯胺₆₅₂接连接在芳环上，如苯胺、甲苯胺等杂sp³CHCH NHC H NH携带一对孤对电子这对孤对电子使胺具仲胺二级胺两个氢原子被取代，通式环胺氮原子作为杂原子参与环结构，如有碱性和亲核性，能与质子结合形成铵盐，为₂，如二甲胺₃₂、吡啶、吡咯、哌啶等这些化合物将在杂R NH CHNH或与亲电试剂反应胺可表示为₂甲基苯胺₆₅₃叔胺三环化合物章节详细讨论混合胺同时含R-NH,N-C HNHCH₂或₃，其中为烷基、烯基、级胺三个氢原子全被取代，通式为有脂肪和芳香取代基，如甲基苯胺R NH,R NRN-炔基或芳基₃，如三甲胺₃₃、二₆₅₃R N CHN N,N-C HNHCH甲基苯胺₆₅₃₂C HNCH胺的命名命名法1IUPAC伯胺的系统命名以相应烷烃名称为基础，加后缀胺，如₃₂为甲胺，-CHNH₃₂₂为乙胺对于复杂分子，胺基₂可作为取代基，称为氨基CHCHNH-NH仲胺和叔胺的命名使用取代法，在主要胺的名称前加上及取代基名称，如N-N-₃₃为甲基甲胺，₃₂₃为二甲基甲胺CH NHCHN-CHNCH N,N-通俗命名法2许多简单的胺沿用传统命名法，特别是对称的仲胺和叔胺，常用二级、三级前缀加基团名称如₃₂为二甲胺，₃₂₃为三乙胺某些重要胺有特殊名称，CHNH CHCHN如₆₅₂称为苯胺或苯胺，₅₅称为吡啶芳香胺的衍生物常以母体名称C HNHC HN为基础加指示取代基位置的数字，如甲基苯胺邻甲苯胺2-取代胺命名3当胺基不是主要官能团时，作为取代基命名如₂为氨基，₂为₂氨基NH-R N-R在某些情况下，特别是环状结构中，胺可命名为氮杂环化合物，如四氢呋喃的氮类似物称为四氢吡咯，六元环的称为哌啶复杂含氮化合物如氨基酸、生物碱等常有系统命名和特殊命名并存胺的物理性质物理性质伯胺仲胺叔胺物理状态低级胺₁₄为气体物理状态与伯胺类似，但通常为液体或固体，物理C-C或易挥发液体，具有类似沸点和熔点通常略高于相状态受分子大小和结构影氨的气味；中高级胺为液应的伯胺响体或固体沸点胺的沸点高于相应分子量沸点通常高于相应的伯胺，沸点低于相应的伯胺和仲的烷烃，但低于醇，这是因为基团的增加增强了胺，因为叔胺分子不能形R因为胺分子间可形成氢键，范德华力成分子间氢键，只有较弱但氢键强度弱于醇的偶极偶极作用-溶解性低级胺易溶于水，可形成溶解性与伯胺类似，低级水溶性通常弱于相应的伯氢键；随碳链增长，溶解仲胺水溶性好，高级仲胺胺和仲胺，因为缺乏N-度减小胺易溶于有机溶水溶性差键形成氢键的能力H剂气味低级伯胺有鱼腥味或氨味；低级仲胺气味类似伯胺但叔胺通常有特征性胺味，高级伯胺气味较温和较弱；某些仲胺有特殊气某些如三甲胺有强烈鱼腥味味胺的物理性质主要由氮原子上孤对电子和键的存在决定伯胺和仲胺分子间可通过氢键相互作用，而叔胺N-HN-H...N只能形成较弱的偶极偶极作用这解释了为什么三甲胺的沸点℃远低于甲胺℃，尽管分子量更大胺与水形成--36氢键的能力影响其水溶性，而与碳链长度增加导致的疏水性相互竞争胺的化学性质碱性亲核性胺是有机碱，可与酸反应生成铵盐₃R N+HX胺分子中氮原子的孤对电子使其成为良好的亲核试₃⁺⁻脂肪胺的碱性强于氨，顺序通→R NHX剂，能进攻亲电中心胺与醛或酮反应生成亚胺或常为仲胺伯胺叔胺₃芳香胺如苯胺的≈NH烯胺；与酰氯或酸酐反应生成酰胺；与卤代烃反应碱性弱于氨，这是因为氮原子的孤对电子与芳环π生成取代胺这些反应是有机合成中形成键的1C-N电子云共轭，降低了与⁺结合的能力胺的碱性H重要方法胺的亲核性顺序通常为伯胺仲胺叔2使其能中和酸，形成可溶于水的盐，这一性质在药胺，这与空间位阻有关物化学中尤为重要酰化反应与亚硝酸反应胺与酰氯、酸酐或酯反应生成酰胺这一反应在有伯胺与亚硝酸反应生成不稳定的重氮盐，迅速分解4机合成中广泛应用，尤其是蛋白质和多肽合成如放出₂，生成醇、烯烃或卤代烃₂N RNH+3₂伯胺和RNH+RCOCl→RCONHR+HCl₂₂⁺仲胺与亚硝酸反HNO→ROH+N+H仲胺可被酰化，而叔胺不能形成酰胺（除非发生特应生成亚硝胺₂₂₂N-R NH+HNO→R N-殊反应）酰化能保护胺基，防止其在后续反应中₂叔胺与亚硝酸反应速度慢，可能生NO+HO参与，也用于合成多种含氮化合物成亚硝基产物这些反应可用于鉴别伯、仲、C-叔胺胺的制备方法还原反应硝基化合物还原硝基化合物₂可被催化氢化₂或其他还原剂如、R-NOH/NiFe/HCl₂还原为伯胺这是制备芳香伯胺的重要方法，如苯胺的工业生产₆₅₂Na SC HNO+₂₆₅₂₂腈的还原腈可被₄等强还原剂还原为伯3H→C HNH+2HOR-CN LiAlH胺₂₂酰胺还原酰胺可被₄还原为胺₂RCN+4[H]→RCH NHLiAlH RCONH→₂₂；₂；₂RCH NHRCONHR→RCH NHRRCONRR→RCH NRR亲核取代反应卤代烃与氨或胺反应卤代烃可与过量氨反应生成伯胺，进一步反应可得仲胺和叔胺RX+₃₂；₂；NH→RNH+HX RX+RNH→RRNH+HX RX+RRNH→RRRN+为防止多烷基化，通常使用过量氨合成法卤代烃与邻苯二甲酰亚胺钾盐反应，HX Gabriel然后水解，可选择性制备伯胺，避免多烷基化₈₄₂₈₄₂RX+C HO NK→RNC HO₂→RNH胺的烷基化还原胺化反应醛或酮与氨或胺在催化氢化条件下反应，可制备伯、仲或叔胺RCHO+₃₂₂₂₂；₂₂₂₂NH+H→RCH NH+HORCHO+RNH+H→RCH NHR+HO反应醛、胺和含活性氢的化合物反应生成胺基化合物₂Mannichβ-RCHO+R NH+₂₂₂降解反应酰胺与溴和碱反应生成伯胺，碳RCH CO-→R NCHRCO-Hofmann链少一个碳原子₂₂₂₂₃RCONH+Br+4NaOH→RNH+Na CO+2NaBr+₂2HO胺的应用医药领域高分子材料表面活性剂胺类结构是许多药物的关键组成部分多数药物分聚酰胺（尼龙）是由二元胺与二元酸缩合形成的重许多阳离子表面活性剂含有胺结构，如季铵盐类化子含有胺基，因它能影响药物的水溶性、脂溶性和要合成纤维尼龙由己二胺与己二酸反应制合物被广泛用于织物柔软剂、消毒剂和头发护理产-6,6分布氨基可以质子化形成水溶性盐，增强药物在得，尼龙则由己内酰胺开环聚合得到尼龙品这些化合物的正电荷头部能与负电荷表面（如-6ε-生理条件下的溶解性和吸收重要的胺类药物包括具有优异的强度、耐磨性和耐热性，广泛用于纺织织物、头发）相互作用，提供柔软、抗静电和杀菌氨基苯青霉素（抗生素）、多巴胺（神经递质）、品、地毯、轮胎帘子线和工程塑料环氧树脂胺固性能烷基乙醇胺如椰油二乙醇胺是生产温和N-氯苯那敏（抗组胺药）、异丙肾上腺素（支气管扩化剂中利用胺的反应活性，使环氧树脂交联固化，型表面活性剂的重要原料，用于洗发水和个人护理张剂）、麻黄碱（减充血剂）形成高强度、耐腐蚀的材料产品胺类化合物还广泛应用于农药（除草剂、杀虫剂）、染料（偶氮染料）、橡胶硫化促进剂、腐蚀抑制剂、防锈剂和稳定剂在分析化学中，许多重要试剂如含有胺官能团生物碱是天然含胺化合物，包括咖啡因、奎宁和吗啡等，在医药和农业中有重要应用胺的广泛应用源于其丰富的化学特性和生物活性EDTA第六章杂环化合物复杂杂环1多环稠合杂环系统含多杂原子环2两个或更多杂原子参与环结构单杂原子环3环中仅含一个杂原子杂环化合物是指分子中至少有一个环，且环上含有碳以外的其他原子（杂原子）的化合物最常见的杂原子包括氮、氧和硫，但也可能包含磷、N OS P硼、硅等杂环化合物在自然界中广泛存在，如叶绿素含镁卟啉环、和中的嘌呤和嘧啶碱基、维生素族中的吡啶衍生物等B SiDNA RNAB杂环化合物根据环的大小（成员数）、杂原子的种类和数量、环的饱和度和芳香性等因素进行分类按照环大小，通常分为三元环、四元环、五元环、六元环等；按杂原子性质，有含氮杂环、含氧杂环、含硫杂环等；按饱和度，有芳香杂环和非芳香杂环许多药物、农药、染料、催化剂和材料都含有杂环结构，使其成为有机化学中最重要的化合物类型之一杂环化合物的定义和分类定义按杂原子分类按环大小分类杂环化合物是指分子中含含氮杂环环中含氮原子，三元杂环如环氧乙烷、有由碳原子和至少一个非如吡咯、吡啶、吲哚等，氮丙啶，通常由于环张力碳原子（如氮、氧、硫等在生物碱、药物和染料中较大而具有高反应活性杂原子）构成的环的有机常见含氧杂环环中含四元杂环如内酰胺β-化合物杂环结构是许多氧原子，如呋喃、吡喃等，（青霉素的关键结构）天然产物、药物、染料和在糖类和许多天然产物中五元杂环如呋喃、吡咯、高分子材料的关键组成部存在含硫杂环环中含噻吩，常具有芳香性六分杂原子的引入改变了硫原子，如噻吩、噻唑等，元杂环如吡啶、吡喃，环的电子分布，影响其物在某些抗生素和药物中发结构与苯环类似，但电子理化学性质、反应活性和现也存在含多种不同杂分布不同七元及更大杂生物活性原子的杂环，如噻唑（含环如氮杂卓类、冠醚等，和）、唑类（含和）在配位化学和超分子化学NSN O等中有重要应用常见杂环化合物的命名和结构五元芳香杂环吡咯₄₅含一个氮原子，呋喃₄₄含一个氧原子，噻吩₄₄含一个硫原子这些化合物都是平面五元环，具有六个电子的芳香性系统C HNC HOC HSπ吡咯中的氮原子参与芳香性，其孤对电子进入体系；而呋喃和噻吩中的杂原子则贡献两个电子到体系ππ六元芳香杂环吡啶₅₅含一个氮原子，结构类似苯但电子分布不同吡啶中的氮原子不参与芳香性，其孤对电子位于环平面上，使吡啶具有碱性多杂原子环咪CHN唑₃₄₂含两个氮原子的五元环，是组氨酸和许多药物的结构单元；噻唑₃₃含氮和硫原子，存在于维生素₁中；嘧啶₄₄₂含两个氮原子的六元CHNCHNS BCHN环，是和中嘧啶碱基的基本结构DNA RNA杂环化合物的性质电子结构与芳香性酸碱性质五元杂环如吡咯、呋喃和噻吩遵循吡咯中的基团表现出弱酸性约NH pKa规则个电子，具有芳香，因其孤对电子参与环的芳香性吡Hückel4n+2π17性吡咯中，氮原子的孤对电子参与体啶则表现出碱性约，但弱于脂πpKa

5.2系，使环具有六个电子；呋喃和噻吩中肪胺，这是因为氮原子的孤对电子被环π杂原子贡献两个电子至体系六元杂环中碳原子的杂化轨道部分吸引咪唑πsp²如吡啶的芳香性与苯相似，但氮原子上同时具有酸性和碱性—NH—=N—的孤对电子不参与芳香体系，而是位于杂环的酸碱性能通过取代基调节，电子π杂化轨道上，使吡啶表现出碱性吸引基增强的酸性并降低的碱性；sp²NH N电子供给基则产生相反效果亲电取代反应吡咯、呋喃和噻吩的亲电取代反应远比苯活泼，通常在位与杂原子相邻的碳发生反应α反应活性顺序吡咯呋喃噻吩苯吡啶的亲电取代反应非常困难，通常在位3meta位发生，这是因为氮原子的吸电子效应使、和位带部分正电荷吡啶更容易发生亲246核取代反应，特别是在、和位246杂环化合物的制备方法五元杂环的合成1吡咯合成合成法是最常用的方法之一，二羰基化合物与氨或伯胺Paal-Knorr1,4-反应生成吡咯环例如，己二酮与氨反应生成二甲基吡咯呋喃合成2,5-2,5-合成法通过卤代酮与酮酯在碱性条件下反应制备呋喃衍生物Feist-Benaryα-β-合成也适用于呋喃，用二羰基化合物与酸催化剂反应Paal-Knorr1,4-六元杂环的合成2吡啶合成吡啶合成是经典方法，通过两分子酮酯、一分子醛和氨或铵盐Hantzschβ-的缩合反应生成二氢吡啶，进一步氧化得到吡啶这一方法用于合成烟酰胺和许多药物分子吡啶合成是另一重要方法，通过醛与氨反应，经脱水、环化、脱氢Chichibabin得到吡啶衍生物稠环杂环的合成3吲哚合成吲哚合成是制备吲哚衍生物的经典方法，通过苯肼与醛或酮在酸催Fischer化下反应进行这一方法广泛应用于色胺类生物碱的合成合成通过邻硝基苯Reissert乙醛与酮在碱性条件下反应，然后还原硝基形成吲哚喹啉合成合成通过苯Skraup胺与甘油在硫酸和氧化剂存在下加热反应得到喹啉杂环化合物的应用医药领域农业化学杂环结构是药物分子的重要组成部分，约70%许多农药含杂环结构，如三唑类如戊唑醇和的药物含有杂环青霉素和头孢菌素含内酰β-咪唑类如多菌灵杀菌剂能干扰真菌的甾醇生胺环；奎宁含喹啉环；西地那非万艾可含吡物合成；吡啶类除草剂如百草枯干扰光合作唑环；氯硝西泮安定含苯二氮卓环；氟康唑用；新烟碱类杀虫剂如啶虫脒作用于昆虫的1含三唑环杂环结构能与生物分子如蛋白质、烟碱型乙酰胆碱受体杂环结构赋予这些化合2酶和特异性结合，影响药物的效力、选择DNA物优异的生物活性、选择性和环境稳定性性和药代动力学特性催化与配位化学材料科学含氮杂环如吡啶、咪唑和吡咯是重要的配体，含杂环的聚合物和分子材料在光电材料领域应4能与金属形成稳定的配合物杂环卡宾用广泛聚噻吩和聚吡咯是重要的导电聚合物，N-3是现代有机合成中的强大催化剂，用于用于有机电子器件；是透明导电NHC PEDOT:PSS偶联反应和烯烃复分解反应；联吡啶和邻菲咯材料，用于触摸屏和显示器；含吡啶、OLED啉是重要的双齿配体，用于制备光活性金属配噻唑等杂环的金属配合物用作有机发光二极管合物；等含杂环的手性配体在不对称催的发光材料；含杂环的染料如吲哚菁BINAP OLED化中至关重要用于太阳能电池课程总结与回顾—主要化合物类别本课程系统介绍了六大类有机衍生物卤代烃、醇酚醚、醛酮、羧酸及其衍生物、胺类和杂环化合物，涵盖了各类化合物的结构特点、命名规则、物理化学性质、制备方法和应用—重要反应类型深入讲解了十余种关键有机反应，包括亲核取代、亲电加成、消除、氧化还原、酯化、水解、格氏反应等，建立了有机反应机理的系统认识，为有机合成设计奠定基础—结构多样性探索了上千种有机分子结构，从简单的甲烷衍生物到复杂的多环杂环化合物，理解了分子结构与性质的关系，掌握了官能团的相互转化和合成策略—药物与生活应用超过的现代药物分子含有本课程讨论的官能团，从阿司匹林到青霉素，从镇痛剂到抗癌药，有机衍生物不仅是药物分子的基本组成，也存在于日常生活的各个方70%面通过本课程的学习，我们建立了有机化合物衍生物的系统知识框架，掌握了各类化合物之间的结构联系、性质差异和相互转化关系我们理解了电子效应和空间效应如何影响分子的反应活性，学习了预测反应结果和设计合成路线的基本策略有机化学是一门实验科学，鼓励大家通过实验巩固理论知识，培养实验技能未来可以通过学习高级有机化学、生物有机化学、药物化学等课程继续深造希望本课程为你打开有机化学的大门，激发对分子世界的持久兴趣和探索热情！。