2.官能团(基团)之间的相互钝化
在前面已经说过,某些基团可以使苯环的活性降低,这就是官能团之间的钝化问题。官能团的钝化也是一个非常普遍的问题。在教材中我们知道,乙炔在一定条件下,可以与HCl加成,生成氯乙烯,氯乙烯是可以通过加聚反应得到聚氯乙烯,这个反应在工业生产上是十分有意义的。为什么氯乙烯不会进一步加成为二氯乙烷呢?这就是由于碳碳双键原子团连接Cl原子后使碳碳双键官能团的活性降低,与HCl的加成难度增加,所以人们控制反应条件很容易的得到纯度较高的氯乙烯。
综上所述,我们学习有机物的性质,不但要学习根据官能团判断有机物的性质,以及根据性质判断官能团的存在。但是,还要注意官能团(基团)间接的相互作用,从原理上掌握有机官能团的特点,以及有机物的结构特点等。只有这样才能在学习上做到融会贯通,才能在探究中,升华自己的能力。
1.官能团(基团)之间的相互活化
(1)苯环与烷烃基的相互活化
当苯环上连接饱和链烃基时,苯环的活动性增强,使苯的取代变的比较容易,如苯硝化一般得到一硝基化合物,而甲苯硝化则可以得到三硝基化合物。同时苯环对直接相连的烃基碳上的氢原子也有活化作用,我们知道,饱和烃是不容易被氧化剂氧化的,由于苯环能活化烃基与苯环相连碳原子的氢,使这样的氢原子活性增强,变的容易被氧化,如甲苯、乙苯等均能被酸化的高锰酸钾溶液氧化,产物得到苯甲酸等化合物。乙苯、丙苯氧化的方程式如下:
C6H5-CH2CH3 C6H5-COOH+CO2+H2O
C6H5-CH2CH2CH3 C6H5-COOH+CH3COOH
C6H5-CH(CH3)2 C6H5-COOH+CO2+H2O
由于苯环活化的是直接相连的烃基碳原子上的氢原子,因此当该碳原子没有氢原子时,该氧化反应就不能发生了,如叔丁基苯[C6H5-C(CH3)2]不能使酸化高锰酸钾溶液褪色。
(2) 某些官能团(基团)与羟基的相互影响
醇、苯酚和羧酸的分子里都含有羟基,故皆可与钠作用放出氢气,但由于所连的基团不同,在酸性上存在差异。
醇(R-OH)显中性,不能与NaOH、Na2CO3反应;与苯环直接相连的羟基成为酚羟基,不与苯环直接相连的羟基成为醇羟基。
①苯酚(C6H5-OH)具有极弱酸性,比碳酸弱,但比HCO3-(碳酸氢根)要强。不能使指示剂变色,能与NaOH反应。苯酚还可以和碳酸钠反应,生成苯酚钠与碳酸氢钠;由此可以看出苯环能使羟基的活性增强,而烃基(非苯基)则往往是使羟基的活性减弱,如乙醇的电离程度较水(可以看成是氢原子连接羟基)小的多。
②R-COOH 弱酸性,具有酸的通性,能与NaOH、Na2CO3反应。显然,羧酸中,羧基中的羰基的影响使得羟基中的氢易于电离。苯环可以进一步加强羰基对羟基的活化作用,如苯甲酸的酸性比乙酸强。
③羟基对苯环的影响也是非常大的(较-CH3大的多),如苯与Br2的取代反应,需要Fe(实际上为FeBr3)催化下才能发生反应,苯酚则可以和溴水直接发生取代反应,而且反应能定量的完成,得到三溴苯酚( ),这说明在羟基的影响下,苯环的活性有了很大的提高。苯环也变的容易被氧化,如苯酚在空气中被氧气逐渐氧化而显示粉红色。苯环上的羟基越多,苯环越容易被氧化,其还原性越强。
④羟基对其他烃基也有活化作用,如:乙醇烃基上的碳氢键较容易断裂,可发生氧化反应和消去反应。若羟基与碳碳双键相连,由于其对碳碳双键官能团的活化作用,立即发生反应,使碳氢键断裂。所以羟基不能与碳碳双键官能团直接连接。
⑤羟基还可以活化-X原子,卤代烃需要在强碱条件下才能发生水解反应,当羟基与卤素原子连接在同一个碳原子上时,由于羟基的活化作用,C-X极易断裂,生成羰基(=CO)结构,同时生成HX。这说明羟基不能与卤素原子共存与同一个碳原子上。
⑥羟基与羟基之间也有很强的相互影响。当多个羟基连接在同一个碳原子上,会立即失去水分子而转化为羰基(-CO-)。即碳原子上不可能同时存在两个羟基。
⑦多羟基之间的也存在相互影响。当相邻碳原子上均连接有羟基时,这些羟基之间也有相互作用。例如在新制氢氧化铜中滴加乙醇,无变化,滴加甘油或葡萄糖溶液,氢氧化铜悬浊液消失,转化为绛蓝色溶液,这就是由于这些羟基中的氧氢键断裂与Cu2+离子结合的结果。
另外多羟基还对羰基也有一定的影响,如果糖中的官能团为多羟基和羰基,结构中并不含有醛基,但是果糖却能发生银镜反应,也能与新制氢氧化铜反应。这说明多羟基与羰基直接存在着相互作用。
3.间位定位基
当苯环上的取代基为-NO2、-SO3H、-SO2R、-COOH、-COOR、-CHO、-COR、-CN等时,使苯环钝化,但邻位和对位钝化程度较间位大,在取代反应中,新取代基大多进入间位,形成间位异构体。这类取代基称为有钝化作用的间位取代基。
如硝基苯在发烟硝酸、发烟硫酸存在下,长时间加热,可以制得少量的间硝基苯( ),同时比较硝基苯的制法可以看出,硝基的引入使苯的活性降低,反应的条件明显提高。
2.邻对位定位基团--苯的活性减弱
当苯环上连接有卤素原子(-F、-Cl、-Br、-I)-CH2Cl、-CH=CH-等基团时,苯环的反应活性降低,这类反应比较特殊,往往需要在特殊溶剂、催化剂条件下才可能发生反应。
苯环上有连接有不同的基团或官能团,当进一步引入基团时,其引入的位置与原有官能团(基团)有关,而且不同的基团,还会使苯环的反应活性发生较大的变化。
1.邻对位定位基团,苯环的活性增强
当苯环上连接烃基(甲基、乙基、苯基等)、氨基(-NH2、-NHR、-NR2,R为烷基)、羟基(-OH)、烷氧基(-OCH3、-OC2H5)等基团,使苯的反应活性增强,新引入的基团进入原基团的邻对位位置。
教材上制备硝基苯需要在浓硫酸、浓硝酸混酸与苯在55℃条件下制得,而通常只能得到,很难得到二硝基化合物。
甲苯中新引入的-NO2均处于甲基(-CH3)的邻位或对位。在过量硝酸存在下,很容易得到三硝基化合物(TNT),这也看出甲基提高了苯环的活性。
30.(四川省成都市新都区2010届高中毕业班诊断性考试)
To my great surprise, yesterday, he asked me a few questions there were no answers.
A.to which B.about which C.in which D.on which
答案 A
29.(山东省临沂市2010届高三上学期期中考试)
The jouney around the world took the old sailor nine months, ________ the sailing time was 226 days.
A. from that B. during that C. of which D. for which
答案 C
28.(江苏省镇江市2010届高三12月调研)
Finally the manager adopted the best proposal ______ had been put forward at the meeting.
A. which B. that C. what D. as
答案 B
27.(湖南省师大附中2010届高三第四次月考)
We have gathered nearly 100,000 quilts, ___ up to half have gone to the flood-hit areas.
A. with which B. in which C. for which D. of which
答案 D
26.(浙江省诸暨中学2010届高三上学期期中考试)
Every time he tries to break a record, he reaches a point ______ he feels he cannot physically do any more.
A. what B. which C. where D. that