有机化合物的类型及其反应.ppt

食品化学第二章有机化合物的结构及其反应,第二节有机化合物的类型及其反应,2.2有机化合物的类型及其反应2.2.1有机化合物结构特征概述,2.2.2各类有机化合物的结构特点及主要化学反应2.2.2.1饱和烃类化合物饱和烃类化合物包括有机化学中已经学习过的烷烃及环烷烃类化合物。此类物质可以称为无官能团化合物，或骨架类物质。它们的结构特点主要体现在C-H键和C-C键上。,正是由于饱和烃类分子中C-H、C-C键的结构特点，因而此类分子具有高的稳定性，一般情况下不与酸、碱、氧化剂、还原剂反应，只在特殊条件（如自由基引发剂）下发生位置、反应程度较难控制的C-H、C-C键均裂的自由基反应。因此烷烃常用作溶剂。,2.2.2.2含不饱和CC键的化合物此类化合物包括已经学过的烯烃、炔烃类物质，其分子中的官能团为CC双键和CC三键。正是所含CC不饱和键的结构特点，决定了此类分子典型的化学性质：,a.双键中的键由P轨道电子云肩并肩交盖而成，成键能力比由杂化轨道（SP2或SP）电子云头对头交盖形成的键弱，因而容易断裂，导致烯烃、炔烃类化合物典型的化学性质是加成反应。由于重键处的电子云密度较高，因而此类加成反应是亲电加成。能与重键发生亲电加成反应的是一些可以电离出亲电基团的分子，如HX（H+）、X2（X+）、HXO(X+)、H3B(B+)等。应该注意的是，由于炔键中的两个键相互影响，变成了桶状结构，提高了稳定性，因此炔烃发生亲电加成反应的活性比烯烃要低。,b.烯烃与一些氧化剂的反应也可看作是亲电加成反应，如与O3的反应经过环状加成产物裂解成醛或酮类。,c.由于重键的影响，使得与重键相邻的C上所带的基团容易发生取代类型的反应：,如将X换为H，也比其它饱和C上的H容易发生反应（酸性比烷烃强）。这类反应的本质是X离去后得到的正离子或负离子可以因重键的存在而得到较大程度的稳定。,2.2.2.3含卤素原子的有机化合物含卤素原子的有机化合物主要指卤代烃类，包括卤代烷烃、卤代芳烃等。其结构和性质特点主要有以下几个方面：a.卤素与C原子均以单键相连。而C-X键典型的结构特点是由于卤素原子的电负性较大，导致其共价单键具有较强的极性，共用电子对偏向X。这样，C-X容易以异裂的方式发生断裂，使得含有卤素的有机化合物（主要为卤代烷烃）容易发生亲核取代反应：,这是卤代烃类化合物典型的、也是主要的化学性质，随着烷烃结构的差异亲核取代反应的机理也有所不同。而随着卤素种类的不同，其亲核取代反应的活性也不同，一般情况下总的趋势为：IBrClF。,b.当卤素与芳环或CC重键结合时，由于p-共轭的影响，导致C-X键的极性降低，键能提高，因而不发生亲核取代反应：,c.当卤素与烯丙基或苄基的饱和C相连时，由于所得碳正离子具有比一般烷基正离子高得多的稳定性，因此很容易发生亲核取代反应：,d.当在卤素邻位（饱和）C上有H时，由于可以形成易于挥发的HX，因此卤代烷烃类化合物容易发生消去反应而得到烯烃：,2.2.2.4含有-OH官能团的有机化合物含有-OH官能团的有机化合物主要指醇类和酚类化合物。这些化合物的结构和性质特点主要为：,这种结构和性质特点与卤代烃相似，但由于O的电负性不如X的高，因此醇类化合物发生亲核取代反应的活性不如卤代烷烃高。,a.当羟基与饱和C原子相连时，由于O原子的电负性，C-O键为极性键，也能够发生异裂而进行亲核取代反应：,b.当羟基邻位（饱和）C上连有H时，由于可形成H2O，因此与卤代烷烃相似，醇类可以发生消去反应：,由于生成的是比HX更稳定和挥发的H2O，因此醇类的消去反应比卤代烃更为常见。,醇类的脱水消去不仅可在分子内进行而得到烯烃，而且可在分子间进行而得到醚类物质：,醇的两种消去是相伴存在、相互竞争的反应，欲定向得到某方向的产物，必须严格控制反应条件。分子间消去得到的醚类，是有机化合物中性质稳定的物质，通常可用作溶剂。,c.当羟基连接在芳环上时，由于O与芳环之间的p-共轭,导致O-C键极性降低，键能增大，因此难于发生取代和消去反应。d.当羟基与C相连时，相当于C被氧化。而这种氧化是初步的，是低价态的，因此醇类容易继续发生氧化反应而生成醛、酮直至最高氧化态也是最终产物羧酸。酚类化合物也容易发生氧化反应，反应也是从酚羟基开始的。芳环上的羟基越多，越容易被氧化。这种性质体现在许多天然化合物中，例如多酚类化合物即如此。,2.2.2.5含羰基的有机化合物含羰基的化合物主要包括醛类、酮类，而不包括羧酸和羧酸酯类物质。醛酮类化合物的结构和性质特点可以概括如下所述：a.羰基结构中含有键，且其CO双键受电负性较大的O的影响具有一定的极性：,正是由于键的存在，而且由于C原子带部分正电荷，因此醛酮类化合物典型的化学反应是亲核加成反应：,能够与醛酮类化合物发生亲核取代反应的有含N类，如氨、伯胺、仲胺、羟胺、肼类等；含C类，如HCN、Grignard试剂等；含S类，如亚硫酸氢钠。,b.当醛酮类化合物的羰基邻位C上含有H时，由于羰基的吸电诱导效应，使其H解离的活性提高；氢解离后，邻位碳上带负电荷。这样，导致此类物质既可发生分子类重排反应，即酮式和烯醇式的互变异构；也可发生羟醛加成反应及取代反应：,C.羰基C尚未达到最高的氧化态，因此可以继续被氧化。醛基C的氧化态比酮中羰基更低，醛更容易被氧化。醛酮氧化的产物均是羧酸。但酮氧化由于是一种断裂C链的反应，因此产物要复杂得多。,2.2.2.6含羧基及酯键的有机化合物这类化合物主要包括羧酸及有机酯类化合物。羧酸及羧酸酯类化合物的结构特点总的来讲是一些性质比较稳定的有机物质。其比较典型的化学性质除了羧酸的酸性以外，就是由于其中的C-O单键可以发生异裂而发生亲核类型的取代反应：,2.2.2.7含氮类化合物含氮类化合物按烃基的不同分作脂肪族含氮化合物和芳香族化合物；按氮原子上所带H原子的多少可分为伯胺类、仲胺类、叔胺类及季铵盐类化合物；按N原子是否处于环中还可分为含氮杂环化合物和含氮开链化合物等。含氮类有机化合物其结构和性质特点有：a.由于饱和中性含N类化合物的N原子上有未共用电子对，因而这些化合物具有碱性和亲核性，可以结合质子，也可与醛酮类化合物发生亲核加成反应：,胺类物质的碱性与其结构和所处溶剂类型有关，一般讲：在非质子有机溶剂中：叔胺仲胺伯胺氨，主要决定结构本身；在水溶液中：仲胺叔胺伯胺氨，不仅与胺自身结构有关，也与溶剂化程度有关。,当N原子与重键原子或芳环相连时，其碱性会大幅度降低甚至没有碱性，例如酰胺类、苯胺类等。在含氮芳香杂环中，随着N存在形式的差别，其碱性有较大的差别：,b.当胺基N上含有氢时可与卤代烃发生取代反应而增加N上所连的烃基。在此反应中胺为亲核试剂，对卤代烃发生亲核取代；当N上带有不止一个氢时，此类反应很难控制只取代一个氢，而会不断取代直至得到最终产物季铵盐：,c.重氮化反应是胺类化合物典型的化学性质。此类反应是胺类与HNO2(常用NaNO2+HX)的反应。在HNO2存在条件下，叔胺不发生反应，仲胺反应但不得到重氮化产物，得到的是N上带亚硝基的黄色油状产物；芳香族伯胺发生重氮化反应，并得到较稳定的重氮化产物，脂肪族伯胺发生反应但由于产物稳定性差而立即发生分解：,上边分类型介绍了有机化合物的结构特点和主要的化学性质，基本涵盖了所有的有机化合物类型和大部分化学性质。但要注意，此处主要按官能团进行分类讨论，如联系具体的有机化合物，也只是单官能团的有机化合