官能團是決定有機物的化學性質的原子或 原子團。官能團對有機物的性質起決定作用。有機物中有什麼樣的官能團就會表現出與官能團相關的化學性質。氫原子雖然不算是官能團,但是歸納一下它在有機物反應中的一些規律,對學習有機化學是很有幫助的。
一、羟基(-OH)氫原子活性
有機物中醇、酚、羧酸都含有羟基。但是所含羟基中的氫原子表現的活潑性不同。在 跟 Na、NaHCO3、Na2CO3、NaOH 作用時,醇羟基 (―OH)能跟Na反應,不能跟NaHCO3、 Na2CO3、NaOH反應。酚羟基(—OH)能跟Na、 Na2CO3、NaOH反應,(跟Na2CO3反應時不産生 CO2),不能跟NaHCO3反應,羧基(一COOH)能電離出氫離子,能跟Na、NaHCO3、Na2CO3、NaOH 反應。醇、酚羟基(—OH)的H原子還可以發生取代反應生成醚或酯。
二、α -氫原子、 β-氫原子活性
1. α-碳原子上的氫原子稱為α-氫原 子。α-碳原子是指與鹵素原子(—X)、羟基 (―OH)、醛基(—CHO)、羧基(—COOH)等官 能團直接相連的碳原子。由于受官能團的影響 α-氫原子會表現出比較大的活性。例如: CH3CH2OH去氫(一個羟基氫和一個α-氫原子)氧化制 CH3CHO。C6H5—CHO和 CH3CHO在 NaOH溶液中加熱生成C6H5-CH=CHCHO。
2.β-碳原子上的氫原子是β -氫原子。與 α-碳原子相連的烴基碳原子是β-碳原子。 β-氫原子在發生消去反應時容易失去。例如: ClCH2CH2CH2OH在氫氧化鈉的醇溶液中發生消去反應生成 CH2=CHCH2OHOClCH2CH2CH2OH 在 濃硫酸存在的條件下加熱發生消去反應生成 ClCH2CH=CH2O與鹵素原子或醇羟 基相連的烴基中若沒有β-氫原子則不發生消去反應。例 如:CH3Cl、(CH3)3CCH2OH不發生消去反應。
三、跟苯環有關的活潑氫
跟苯環有關的活潑氫:一是苯環上的氫原子。二是連在苯環上的烴基、羟基或其它基團上 的氫原子。這兩類氫主要發生取代反應和氧化反應。
1. 苯環上的取代反應。比如生成C6H5-Br、 C6H5-NO2、C6H5-SO3H等。但是苯不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色,說明苯環上的氫有一定的 活潑性,又不是太活潑。
2. 苯環和苯環上的烷基相互影響:
⑴苯環 對烷基的影響C6H5-CH3和C6H5-C2H5 (對比 H-CH3和H-C2H5等氫原子的活潑性),由于 受到苯環的影響使-CH3和-C2H5上的氫原子 變得更加活潑,更容易被氧化和取代。當與酸性高錳酸鉀溶液反應時甲苯、乙苯中的-CH3 和-C2H5容易被氧化成羧基(-COOH)而使酸性高錳酸鉀溶液褪色。
⑵烷基對苯環的影響:甲 苯、乙苯等苯的大多數同系物和苯酚,由于受 到-CH3、-C2H5、-OH等基團的影響,苯環上烷基等取代基鄰、對位上的氫更活潑容易發生 苯環上取代基鄰、對位上的氫的取代。例如甲苯 跟濃硝酸和濃硫酸的混和酸加熱發生取代反應 生成2,4,6-三硝基甲苯(TNT)。苯酚和濃溴水 發生取代反應生成2,4,6-三溴苯酚。
四、加氫還原
1.碳碳不飽和鍵的加氫。
⑴烯烴加氫:R— CH=CH2生成 R- CH2CH3;R—CH=CH- R'生成 R—CH2CH2-R
⑵炔烴加氫:R—C
CH生成 R—CH=CH2 或 R—CH2CH3
2.碳氧雙鍵加氫還原得醇。
醛(R—CHO)加氫得伯醇(R-CH2OH);酮(R-CO-R)加氫得仲醇[R-CH(OH)-R]。
在中學階段一般不涉及 羧基和酯基中的加氫還原反應。
五、去氫氧化
醇去氫發生氧化反應生成醛、酮。伯醇 (R-CH2OH)去氫發生氧化反應生成醛(R— CHO);仲醇[R—CH(OH) — R]去氫發生氧化反應生成酮(R—CO— R。
六、馬氏加成和反馬氏加成
1. 馬氏加成:在烯烴的親電加成反應中加成試劑的正性基團将加到烯烴雙鍵(或叁鍵)帶取代基較少(或含氫較多)的碳原子上。可以理解為: 給某種不飽和烴加成HX時H原子會被加成到含氫較多的碳原子上,另一個基團一X會被加在氫原子較少的碳原子上。比如給CH3CH=CH2 成HCl時,會生成CH3CHClCH3。符合馬氏規則的 加成稱為馬氏加成。CH3CH=CH2 → CH3CHClCH3→ CH3CH(OH)CH3。
2. 反馬氏加成指的是在過氧化物的催化下,親電加成會體現與馬氏規則相反的加成規律。反馬氏加成取決于反應物的性質和反應條 件的選擇。給某種不飽和烴加成HX時,H原子加在含氫較少的碳上,另一個基團-X會加在氫原子較多的碳原子上。比如給CH3CH=CH2加成 HCl時,控制适當的反應條件會生成CH3CH2CH2Cl,即為反馬氏加成産物。CH3CH=CH2→CH3CH2CH2Cl→CH3CH2CH2OH
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