工作文檔無(wú)機(jī)化學(xué)課件-醛和酮

無(wú)機(jī)化學(xué)課件--醛和酮?dú)g迎來(lái)到無(wú)機(jī)化學(xué)課程中的醛和酮單元。本課程將深入探討這兩類重要的有機(jī)化合物的性質(zhì)、反應(yīng)和應(yīng)用。課程學(xué)習(xí)目標(biāo)理解基礎(chǔ)概念掌握醛和酮的定義、結(jié)構(gòu)特征及命名規(guī)則。掌握化學(xué)性質(zhì)深入了解醛和酮的物理和化學(xué)性質(zhì)，包括重要反應(yīng)機(jī)理。應(yīng)用知識(shí)探索醛和酮在有機(jī)合成、醫(yī)藥和工業(yè)中的廣泛應(yīng)用。培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能學(xué)習(xí)醛和酮的制備方法和相關(guān)實(shí)驗(yàn)技巧。醛和酮的定義醛醛是含有末端羰基（-CHO）的有機(jī)化合物。其特征是羰基直接連接至少一個(gè)氫原子。酮酮是含有內(nèi)部羰基（C=O）的有機(jī)化合物。其羰基連接兩個(gè)碳原子，不直接連接氫。醛和酮的命名確定主鏈選擇包含羰基的最長(zhǎng)碳鏈作為主鏈。編號(hào)從含羰基的碳原子開始編號(hào)。醛的羰基碳總是1號(hào)。命名主鏈主鏈以"醛"或"酮"結(jié)尾，前面加碳原子數(shù)。命名取代基按字母順序列出取代基，注明位置。醛的性質(zhì)物理性質(zhì)低級(jí)醛為無(wú)色液體，具有特殊氣味。沸點(diǎn)較低，易溶于水?；瘜W(xué)活性醛基高度活潑，易發(fā)生氧化、還原和加成反應(yīng)。極性由于C=O鍵的極性，醛分子具有一定的極性。氫鍵可與水等極性溶劑形成氫鍵，增加其溶解度。酮的性質(zhì)物理性質(zhì)低級(jí)酮為液體，高級(jí)酮為固體。沸點(diǎn)高于相應(yīng)的醛。化學(xué)穩(wěn)定性比醛更穩(wěn)定，不易被氧化，但可被還原。溶解性低級(jí)酮易溶于水，高級(jí)酮溶解度較差。醛和酮的制備方法1醇的氧化伯醇氧化生成醛，仲醇氧化生成酮。2烯烴的氧化裂解雙鍵被氧化斷裂，形成醛或酮。3芳烴的側(cè)鏈氧化甲苯等芳烴的側(cè)鏈氧化可得到醛。4酰氯的還原使用選擇性還原劑如Rosenmund還原。醛的重要反應(yīng)1氧化反應(yīng)2還原反應(yīng)3親核加成反應(yīng)4縮合反應(yīng)5Cannizzaro反應(yīng)醛的反應(yīng)性比酮更強(qiáng)，這是由于醛基中氫原子的存在。酮的重要反應(yīng)1還原反應(yīng)2親核加成反應(yīng)3烯醇化反應(yīng)4縮合反應(yīng)酮的反應(yīng)性相對(duì)較弱，但在某些條件下仍能發(fā)生多種重要反應(yīng)。醛和酮在有機(jī)合成中的應(yīng)用藥物合成醛和酮是許多藥物分子的關(guān)鍵中間體。香料制造許多香料分子含有醛基或酮基，賦予特殊香味。聚合物合成醛和酮可用于制備各種功能性聚合物。醛的選擇性氧化反應(yīng)1托倫斯試劑銀氨溶液可將醛氧化為相應(yīng)的羧酸鹽，同時(shí)生成銀鏡。2費(fèi)林試劑銅離子在堿性條件下氧化醛，溶液由藍(lán)色變?yōu)榇u紅色。3鉻酸氧化使用重鉻酸鉀或鉻酸可將醛氧化為羧酸。4空氣氧化某些醛在空氣中可緩慢氧化，形成羧酸。醛的還原反應(yīng)催化氫化使用金屬催化劑（如Pt、Pd）在氫氣存在下還原醛基。生成伯醇。金屬氫化物還原使用NaBH4或LiAlH4等還原劑。反應(yīng)條件溫和，選擇性好。酮的肟化反應(yīng)反應(yīng)物酮與羥胺（NH2OH）反應(yīng)。條件在酸性或堿性條件下進(jìn)行。產(chǎn)物生成肟（C=N-OH）。應(yīng)用用于鑒別和保護(hù)羰基。酮的半縮醛反應(yīng)反應(yīng)定義酮與醇在酸催化下形成半縮醛。反應(yīng)機(jī)理醇的氧親核進(jìn)攻酮的碳原子，形成新的C-O鍵。可逆性半縮醛反應(yīng)是可逆的，平衡可通過調(diào)節(jié)條件控制。生物學(xué)意義在糖類化學(xué)中起重要作用，如環(huán)狀糖的形成。醛和酮的Grignard反應(yīng)1制備Grignard試劑有機(jī)鹵化物與鎂反應(yīng)生成RMgX。2加成反應(yīng)Grignard試劑進(jìn)攻醛或酮的羰基碳。3水解反應(yīng)混合物水解，生成醇類產(chǎn)物。4產(chǎn)物類型醛生成仲醇，酮生成叔醇。醛和酮的縮合反應(yīng)羥醛縮合兩分子醛或酮在堿性條件下縮合，形成β-羥基醛或β-羥基酮。交叉縮合不同的醛或酮之間的縮合，需要careful控制條件。Claisen縮合酯與醛或酮的縮合，生成β-酮酯。醛的Cannizzaro反應(yīng)1堿性條件2歧化反應(yīng)3醇和羧酸鹽4不含α-氫Cannizzaro反應(yīng)是無(wú)α-氫的醛在強(qiáng)堿條件下發(fā)生的自身氧化還原反應(yīng)。一半分子被氧化為羧酸鹽，另一半被還原為醇。酮的羥醛縮合反應(yīng)烯醇化酮在堿性條件下形成烯醇負(fù)離子。親核加成烯醇負(fù)離子進(jìn)攻另一分子酮的羰基。脫水β-羥基酮可能進(jìn)一步脫水形成α,β-不飽和酮。應(yīng)用用于合成復(fù)雜有機(jī)分子和天然產(chǎn)物。醛和酮的氫化反應(yīng)1催化氫化使用金屬催化劑（如Pt、Pd、Ni）在氫氣氛圍下進(jìn)行。2選擇性醛還原為伯醇，酮還原為仲醇。3反應(yīng)條件通常在室溫和常壓下進(jìn)行，條件溫和。醛和酮與堿性試劑的反應(yīng)醛和酮可與多種堿性試劑發(fā)生加成反應(yīng)，生成各種含氮化合物和醇類。醛和酮的redox性質(zhì)醛的氧化性醛易被氧化為羧酸，是良好的還原劑。常用于銀鏡反應(yīng)和費(fèi)林試驗(yàn)。酮的穩(wěn)定性酮不易被氧化，需要強(qiáng)氧化劑?？杀贿€原為仲醇。醛和酮在醫(yī)藥中的應(yīng)用阿司匹林含有醛基的水楊醛是合成阿司匹林的重要前體。類固醇激素許多類固醇激素分子中含有酮基，如孕酮和睪酮?？股啬承┛股厝缢沫h(huán)素類中含有羰基結(jié)構(gòu)。醛和酮的環(huán)境因素大氣污染某些醛類如甲醛是重要的室內(nèi)空氣污染物。生物降解許多醛和酮可被微生物降解，對(duì)環(huán)境相對(duì)友好。光化學(xué)反應(yīng)大氣中的醛和酮參與復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)，影響空氣質(zhì)量。生態(tài)毒理學(xué)部分醛和酮對(duì)水生生物有毒性，需要控制排放。醛和酮的生物功能遺傳物質(zhì)核糖中的醛基對(duì)DNA結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。酶催化許多酶的活性位點(diǎn)含有醛基或酮基。植物代謝醛和酮在植物香味和色素合成中起重要作用。醛和酮的工業(yè)應(yīng)用塑料工業(yè)甲醛用于生產(chǎn)酚醛樹脂和三聚氰胺樹脂。香料工業(yè)許多醛和酮是重要的香料成分。染料行業(yè)某些醛和酮是合成染料的關(guān)鍵中間體。燃料添加劑丙酮可用作汽油添加劑，提高辛烷值。醛和酮的綠色化學(xué)1生物催化使用酶催化劑實(shí)現(xiàn)醛酮的選擇性轉(zhuǎn)化。2可再生原料從生物質(zhì)中提取醛和酮，減少對(duì)石油依賴。3水相反應(yīng)開發(fā)水相中的醛酮反應(yīng)，減少有機(jī)溶劑使用。4光催化利用可見光催化醛酮的選擇性轉(zhuǎn)化。醛和酮的研究進(jìn)展新材料開發(fā)含醛酮基團(tuán)的共軛分子用于開發(fā)新型有機(jī)光電材料。藥物設(shè)計(jì)利用計(jì)算化學(xué)設(shè)計(jì)含醛酮結(jié)構(gòu)的新型藥物分子。催化新技術(shù)開發(fā)高效納米催化劑，實(shí)現(xiàn)醛酮的精準(zhǔn)轉(zhuǎn)化。課程總結(jié)1基礎(chǔ)知識(shí)2反應(yīng)機(jī)理3合成應(yīng)用4工業(yè)用途本課程全面介紹了醛和酮的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、反應(yīng)及應(yīng)用，為深入研究有機(jī)化學(xué)奠定了基礎(chǔ)。思考題1結(jié)構(gòu)比較比較醛和酮的結(jié)構(gòu)差異，如何影響它們的反應(yīng)活性？2反應(yīng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，區(qū)分給定的未知樣品是醛還是酮。3合成路線請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一條從乙醇出發(fā)合成丙酮的反應(yīng)路線。4機(jī)理推導(dǎo)解釋Cannizzaro反應(yīng)的詳細(xì)機(jī)理。參考文獻(xiàn)張三，《有機(jī)化學(xué)》，化學(xué)工業(yè)出版社，2020年李四等，醛酮化學(xué)研究進(jìn)展，化學(xué)學(xué)報(bào)，2021,79(5):521-530Wang,Y.etal.GreenChemistry