9.3醇的化學性質

羥基是醇的官能團，作為反應中心羥基決定了醇的化學性質。由于O—H極性鍵存在，使它表現出一定酸性，C—0極性鍵的存在使之可以發生碳氧鍵斷裂而進行親核取代和消去反應，羥基氧上未共用電子對的存在使之呈現一定堿性和親核性。一、醇的酸堿性1.醇的酸性

像水一樣，醇可與金屬鈉反應放出氫氣，表明醇具有酸性。水與金屬鈉反應非常激烈，往往會引起爆炸，而醇與金屬鈉反應要溫和得多，這說明醇的酸性比水弱。除甲醇PKa為15.5外，其他醇的PKa約為16?18，比水的PKa(15.7)值要大。

不同種類的醇，與金屬鈉反應的快慢有一定的差異，伯醇反應最快，叔醇反應最慢，仲醇居中。這表明它們酸性的強弱順序是：

由實驗測得的乙醇、異丙醇、叔丁醇的PKa數值與這種順序是一致的。

在氣相中，叔醇有三個烷基的吸電子作用，使O—H鍵的電子較大程度地被拉向氧原子一邊，O—H鍵的極性較大，因而羥基氫表現出較強的酸性。而仲醇、伯醇只有兩個、一個烷基的吸電子作用，所以它們的酸性比叔醇弱。

接下來的問題是上述三種醇的酸性順序（伯醇>仲醇>叔醇）又是怎么回事呢？原來醇的這種酸性順序是在溶液中測定得到的，或者說是在溶液中與金屬鈉反應所表現出來的。醇在溶液中，影響酸性的主要因素不是烷基的吸電子作用（當然這種吸電子作用還是存在的），而是烷氧負離子的溶劑化。體積較小的烷氧負離子的溶劑化程度較大，穩定性較高，堿性較弱，因而相應的共軛酸（醇）的酸性就較強。不同烷氧離子的溶劑化大小及堿性強弱和共軛酸的酸性強弱順序如下:2.與堿的反應

醇作為酸可與堿反應。氫氧化鈉雖為強堿但它不易與醇反應，因醇的酸性比氫氧化鈉相應共軛酸—水的酸性弱，所以酸堿平衡反應在左方。

若想用醇和氫氧化鈉制備醇鈉，必須除去反應中的水，以使平衡向右移動。工業上一般在反應體系中加入苯，通過苯—乙醇—水三元恒沸物（b.p64.9°C)將水帶出以完成反應。

醇雖然與氫氧化鈉不容易反應，但與一些更強的堿，即相應共軛酸酸性比醇弱的堿，可與醇完好地反應。例如：3.與Mg和A1反應

醇與Mg作用生成醇鎂，反應需用少量I2作催化劑：

醇鎂和醇鈉一樣，也很容易發生水解：

在實驗室常用醇鎂來除去乙醇中的水分以制備無水乙醇。

醇與鋁（汞齊)反應生成醇鋁：

異丙醇鋁、叔丁醇鋁在有機合成中都是重要的化學試劑。4.醇的堿性

醇羥基氧上的未共用電子對可接受質子形成

鹽（參閱9.2節二），這體現了醇的堿性。正是因

鹽的生成才加大了醇在酸性水溶液中的溶解度，也正是因

鹽的生成才使醇在反應中形成好的離去基團，從而容易發生取代反應和消去（脫水）反應。因醇具有堿性，所以在反應中還可作親核試劑。如它可在酸催化下與醛酮加成（參閱11.3節一），在酸催化下與有機酸成酯(參閱14.3節二)等。二、羥基被鹵原子取代（C—0鍵斷裂）

醇可以與多種鹵化試劑作用，羥基被鹵原子取代而生成鹵代烴。

1.與氫鹵酸作用(1)反應機理

醇與氫鹵酸反應涉及C—0鍵斷裂。鹵素（X-)取代羥基(OH-)，屬于親核取代（SN)，不同結構的醇采取不同的機理(SN1或SN2)。

①SN1

烯丙型醇、芐基型醇、叔醇、仲醇一般采取SN1機理，以叔丁醇為例，其反應過程為：

叔醇作為堿首先與質子結合生成

鹽（質子化醇），接著水分子從中心碳原子上離開而形成叔碳正離子（控制反應的慢步驟），最后叔碳正離子很快與X-結合而得到取代產物鹵代烴。

從上列過程可見，取代反應中真正的離去基團不是0H-,而是H20。這也正是反應能夠順利進行的關鍵所在，因為0H-本身為強堿，它不是一個好的離去基團，而H20本身為弱堿(相應共軛酸H3+O是強酸），是一個較好的離去基團，也就是說,一般醇分子中的C—0鍵很難斷裂，而質子化醇的

鍵極性進一步增強，堿性較強的0H-轉變為易離去的水斷裂變得比較容易，所以酸（提供質子）對反應起了很重要的作用，這種反應常稱為酸催化。②SN2伯醇與HX作用，按SN2機理反應：

由于伯碳正離子的穩定性較低，質子化的伯醇也不容易解離，因此需要在親核試劑（x-)向中心碳原子進攻的推動下，H20才慢慢離開，即反應按SN2機理進行。(2)相對活性

對氫鹵酸來說，HI>HBr>HC1。因為HI的酸性最強，作為親核試劑，I-的親核性最強，所以HI與醇的反應活性最高。

對醇來說，總的羥基被取代的活性順序為：

前已指出，伯醇之所以按SN2機理反應，是因為它不容易解離，按SN1反應活性太低（以致無法按SN1機理反應）。另外，甲醇按SN2機理反應，由于它的空間位阻較小，SN2活性比伯醇高。所以從總的反應活性來看（不管按什么機理），伯醇進行取代反應是處在相對活性的最低點。

叔丁醇與氫鹵酸的反應速度很快，即使與鹽酸在室溫下振蕩也很快生成叔丁基氯。而伯醇與濃鹽酸反應時，除加熱外，還要用ZnCl2作催化劑。與氫溴酸反應最好有硫酸存在。

如將干燥的鹵化氫氣體通到醇中，則可順利地生成相應的鹵代烴。(3)盧卡斯(Lucas)試劑鑒別伯、仲、叔醇

無水氯化鋅與濃鹽酸配成的溶液稱為盧卡斯（K.Lucas,1879—1916)試劑。該試劑在室溫下與叔醇作用很快，與仲醇在10分鐘內發生反應，而與伯醇反應很慢。

六個碳以下的低級醇在強酸中的溶解度較大（因為可形成

鹽），它們可以溶于盧卡斯試劑，而氯代烴不溶于盧卡斯試劑。當醇與盧卡斯試劑沒有反應時應為一相，發生反應生成氯代烴后，則分成兩相（或出現混濁），所以有無分層（或混濁）出現為醇和盧卡斯試劑是否發生反應的標志，這也是我們能夠觀察到的現象。借此可以鑒別六個碳以下的伯、仲、叔醇。

要注意的是，用盧卡斯試劑不能鑒別六個碳以上（不包括六個碳）的伯、仲、叔醇，因為這些高級醇本身就不溶于盧卡斯試劑，所以將它們加到盧卡斯試劑中，不管是否發生反應，都會出現混濁，即無法鑒別。（4）涉及鄰基參與的反應

某些具有一定構型的鹵代醇與氫鹵酸作用，常常涉及鄰基參與（neighboring-groupparticipation)，生成構型保持或重排產物，例如：

羥基首先質子化，產生較好的離去基團（H2O)，在H20離開中心碳原子的過程中，鄰近的碘原子用自己的孤對電子與中心碳原子結合形成帶電荷的三元環，然后親核試劑（Br-)分別進攻三元環的兩個碳原子而得到構型保持產物和重排產物。至于這兩種產物的比例主要決定于三元環中兩個碳原子承受正電荷的能力，親核試劑總是優先進攻承受正電荷能力較強的碳原子，例如：

在上述反應中，連有苯基的三元環碳原子承受了較多的正電荷，親核試劑CI-優先進攻該碳原子，所以構型保持產物是主要的。

如果參與基團與親核試劑都是同一種鹵原子，則其產物往往是一對對映體，例如：2.醇與鹵化磷（PX3，PX5)作用

醇與PBr3、PI3作用，生成鹵代烴和亞磷酸:

這是由醇制備溴代烴、碘代烴的好方法，產率較高。

該反應的機理還不十分清楚，一般認為，伯醇、仲醇與PX3反應是通過亞磷酸酯中間體，按SN2機理反應：3.醇與亞硫酰氯（sulphonylchloride)

在該反應中，除氯代烴外，其他兩個產物都是氣體（S02，HC1)。由于它們不斷離開體系，有利于使反應向著生成產物的方向進行，而且最終沒有其他副產物，氯代烴的分離提純特別方便。

醇與S0C12反應具有一定的立體化學特征。當與羥基相連的碳原子有手性時，在所得氯代物中，氯原子處在羥基原來所占據的位置，即產物是構型保持的。可能的反應機理如下:

三、脫水反應（C—O鍵斷裂）

醇有兩種脫水方式:分子內脫水和分子間脫水。分子內脫水生成烯烴，分子間脫水生成醚。二者是同時存在的競爭反應。以哪種脫水為主，決定于醇的結構和反應條件。1.分子內脫水成烯

醇在較高溫度(400°C?800°C)直接加熱脫水生成烯烴。若有催化劑如H2S04或A1203存在，則脫水可在較低溫度下進行：(1)反應機理

醇分子內脫水，和鹵代烴脫鹵化氫一樣，是一種消除(β-消除）反應。在酸催化下，按E1機理進行反應的過程如下:

前邊已經指出，OH-不是一個好的離去基團，一般情況下C—0鍵不易斷裂，OH-不易離開中心碳原子。酸的存在可使羥基質子化，從而產生一個較好的離去基團H20。當H20離開中心碳原子后，碳正離子去掉一個β-質子而完成消除反應，得到烯烴。

已知鹵代烴的消除反應有兩種機理。叔鹵一般按E1機理反應，伯鹵一般按E2機理反應，仲鹵居中。而醇的情況不同，無論是叔醇、仲醇還是伯醇，都按E1機理反應。醇的消除沒有E2機理。

叔醇按E1機理消除是理所當然的，仲醇按E1機理消除也可以理解。讀者容易產生的問題是，為什么伯醇脫水也按E1機理，而不按E2機理呢？對于這個問題，可以用所謂的“反證法”來回答。就是說，如果設想伯醇按E2機理脫水，那么情況會怎么樣？是否行得通？我們知道在E2消除中，是一個堿主動進攻反應底物的β-H(反應的動力），在這種進攻的推動下，離去基團逐漸離開中心碳原子，所以進攻試劑的堿性越強，越有利于E2反應。伯醇脫水是在酸催化下進行的，強酸溶液中不可能同時存在強堿（強酸的共軛堿必定是弱堿），所以不具備進行E2反應的條件。而當它按E1機理反應時，H20離開中心碳原子后，碳正離子甩掉β-H是一個隨從過程，容易進行，無須很強的堿去拉它，所以醇脫水生成烯烴都是E1機理。(2)相對反應活性

按E1機理脫水的各種醇的相對活性主要決定于碳正離子的穩定性，顯然其活性順序為：

烯丙型、芐基型醇>叔醇>仲醇>伯醇

下列幾種醇脫水所要求的條件正說明了它們的這種相對活性：

烯丙型、芐基型醇脫水往往生成共軛烯烴，所以它們的反應活性很高，例如:

在醇的級別或種類等同的情況下，能生成共軛烯烴的醇，其脫水活性都會比較高。(3)脫水取向

醇脫水成烯的取向和鹵代烴一樣，遵循薩伊切夫規律，例如:

某些不飽和醇、二元醇脫水，總是按優先生成穩定的共軛烯烴方向進行，例如：2.分子間脫水成醚

兩分子醇之間脫水生成醚，例如：

兩分子醇之間脫水是一種親核取代反應（SN2)，其過程可簡單表示如下：

醇分子間脫水和分子內脫水是兩種互相競爭的反應，一般來說，較低溫度有利于生成醚；較高溫度有利于生成烯。控制好反應條件，可以使其中一種產物為主。但要注意，對叔醇來說，其主要產物總是烯烴，而不會生成醚，因為叔醇消除傾向大。醇的分子間脫水和分子內脫水實際上是親核取代和消除反應之間的競爭。四、取代和消去反應中的重排

醇進行SN1取代和E1消去（分子內脫水）反應時，產生碳正離子中間體，這就提供了碳正離子重排（carboniumionreammgment)的可能性。若反應生成的碳正離子相鄰碳上有擁擠基團時則易發生重排，這可降低中間體的能量，同時重排后的碳正離子更穩定，以上兩個因素就是重排的動力。1.取代中的重排

醇與氫鹵酸以SNI歷程進行反應容易發生重排。如新戊醇與氫溴酸作用其產物為重排產物2-甲基-2-溴丁烷:

這個醇雖為伯醇但由于叔丁基的屏蔽作用使之不易進行SN2反應。按SNl歷程反應脫水后的伯碳正離子相鄰碳上有=個甲基，為改善擁擠程度甲基帶著一對電子重排，生成更穩定的叔碳正離子，隨即與溴負離子結合生成重排產物。下面是另兩個重排實例，前者為氫的重排產物，后者是環中烴基的重排。2.消去（分子內脫水）中的重排

伯、仲、叔醇脫水一般均為El消去歷程，由于碳正離子中間體的生成也易發生重排反應。例如：

前一個反應醇脫水后發生甲基重排，而后者發生氫的重排，重排后生成相同碳正離子中間體，脫去質子得到相同烯烴。

苯基的優先重排主要由于生成正電荷分散于含苯環的穩定中間體的緣故。從苯基重排的中間體很容易理解為什么帶給電子基團的苯基較易重排，而帶拉電子基團的苯基重排傾向較差。

利用重排反應可以巧妙地合成所需要的碳骨架和特定位置的官能團，但另一方面在某些有機反應中重排會造成復雜產物。所以在選擇合成路線時要考慮重排，或以重排為目的或以避免重排為目的。若以后者為目的則應盡可能采用Sn2和E2反應。如由2-甲基4-丁醇制備2-甲基-1-丁烯，一般不采用硫酸存在下直接脫水的方法（可能發生重排），而采用先與PBr3作用（SN2)生成溴代烷，然后用強堿處理消去（E2)成烯的路線。五、生成酯的反應

醇和無機酸、有機酸作用，生成相應的酯，有機酸酯將在第十五章詳細討論，在此主要簡述一些無機酸酯及有關特點。1.硫酸酯

醇與硫酸作用相當快，產物為硫酸氫酯：2.硝酸酯

硝酸和硫酸一樣，能很好地與伯醇成酯，而與叔醇作用時，也生成烯烴。

多元硝酸酯是強烈的炸藥。3.磷酸酯

由于磷酸的酸性比硫酸、硝酸弱，所以它不易與醇直接成酯。磷酸酯一般是由醇和磷酰三氯作用制得的：

磷酸酯是一類很重要的化合物，常用作萃取劑、增塑劑和殺蟲劑。4.磺酸酯

醇與磺酰氯反應生成磺酸醋（sulfonate)，例如：

磺酸根負離子為弱堿（因相應共軛酸是強酸），它是好的離去基團，所以磺酸酯和鹵代烴一樣，可發生親核取代和消去反應。

由實驗得知，磺酸酯的取代一般是Sn2機理，消除一般是E2機理。在由醇制備烯烴時，常常將醇先轉化成磺酸酯，然后再進行消除，可以有效地防止重排，在這一點上，磺酸酯與鹵代烴的作用是相當的。

在涉及立體化學的某些反應中，磺酸酯比鹵代烴有獨特的優點。一般來說，磺酸酯和鹵代烴都是由醇制備。從一定構型的醇制備鹵代烴要涉及碳氧鍵斷裂，所得鹵代烴或是構型轉化(SN2)，或者是發生外消旋(SN1)。而由醇制備磺酸酯時，不涉及碳氧鍵斷裂，所得到的酯可以100%地保持原料醇的構型。六、醇的氧化和脫氫

氧化在有機化學中是一種重要而普遍的反應，從廣義上講，凡是向有機分子中引入氧或脫去氫的反應都叫做氧化反應。在醇分子中由于羥基的影響，使α碳上的氫比較活潑，可以被多種試劑氧化。根據醇的不同結構，不同氧化劑所得產物各不相同。

1.伯醇氧化生成醛和羧酸

伯醇在K2Cr207-H2S04溶液中，先被氧化成醛，后者繼續被氧化，最后生成羧酸。

如果想制備醛，則必須把生成的醛立即從反應混合物中蒸出去，以免醛繼續被氧化。反應需要在低于原料醇的沸點，而高于產物醛的沸點溫度下進行，所以這種方法只適用于制備沸點較低（100°以下）的醛。對于沸點較高的醛，它們的沸點和原料醇的沸點很接近，在反應中無法將它們及時蒸出。

近年來開發了多種高選擇性的氧化劑，其中以沙瑞特（Sarret)試劑和氯鉻酸吡啶（P.C.C)應用較為廣泛。這兩種試劑可以把伯醇氧化控制在醛的階段，產率較高，且對分子中碳碳雙鍵無影響。

2.仲醇氧化成酮

仲醇在前述各種氧化劑作用下，生成酮。

酮比較穩定，一般不再繼續被氧化，但當使用氧化性很強的KMn04時，酮還可繼續被氧化成羧酸，例如：

由于這種氧化產物（己二酸）比較單一，故可以用于制備。但在多數情況下酮被氧化成羧酸時，得到的是混合氧化產物，無制備意義。

不飽和仲醇除用沙瑞特試劑外，也可用瓊斯（Jones)試劑，該試劑是把Cr03溶于稀H2S04,然后滴加到醇的丙酮溶液中，在15°C?20°C溫度下反應，可得到高產率的酮，例如：3.叔醇不易被氧化

叔醇沒有α-H，所以很難被氧化，但在劇烈酸性氧化條件下，叔醇先脫水生成烯烴，然