第 11 章有機化學二 Organic Chemistry IIclassweb.loxa.edu.tw/hsuyf/1002sd/CH11.1-11.4.pdf · 酚類早期被稱為石碳酸（carbolic acid ），當酚類溶在水中時，

第 11 章有機化學(二) Organic Chemistry II

11.1 醇類、硫醇和醚類 11.2 醇類和醚類之性質 11.3 醛類和酮類 11.4 醛類和酮類之性質 11.5 對掌分子 11.6 羧酸類 11.7 酯類 11.8 胺類 11.9 醯胺類

11.1 醇類、硫醇類和醚類 ALCOHOLS, THIOLS AND ETHERS

P.398

將烷類中的一個氫原子換成羥基（hydroxyl group；－OH）時

，即為醇類（alcohols）。當氧原子與二個碳原子相接，則為醚類

（ethers）。醇類和醚類的結構與水相似，均為彎曲型。假如醇類

是將水的一個氫原子換成烷基，那麼將水的一個氫原子換成苯環

，則為酚類（phenols）。

第 11 章有機化學(二)

醇類的 IUPAC 命名與其他有機化合物的命名相似，醇類英文

名稱字尾是 ol。

步驟 1 以包含－OH 基的最長碳鏈命名。將相同碳數之烷類名稱

的字尾 e 改為 ol。細想下列的醇：

步驟 2 由最長鏈中離－OH 基最近的碳原子端開始編號。簡單醇

類的俗名一般是以其碳鏈的烷基命名，後面再接醇（

alcohol）一字，亦稱為烷基醇（alkyl alcohol）。

醇類的命名 NAMING ALCOHOLS

P.398 第 11 章有機化學(二)

一個或二個碳原子之醇類的羥基前不需要編號。

步驟 3 進行其他取代基相對於－OH 基之命名和編號。取代基

依英文字母的順序排列。


步驟 4 環狀的醇類命名為環烷醇（cycloalkanol）。若有其他的

取代基，則將連接－OH 基的碳編號為碳 1。

步驟 5 若苯環上接羥基（－OH）者，則命名為酚（phenol）。

當苯環上有第二個取代基時，與－OH 基連接的碳編號為

碳 1，而苯環的編號則是使第二個取代基具有最小的號

碼。


範例 11.1 醇類的命名

將下列化合物依 IUPAC 命名：解主鏈為戊烷，將碳鏈編號，使－OH 基在碳 2 位置，甲基在碳 4 位置，故化合物為 4-甲基-2-戊醇（4-methyl-2-pentanol）。學習評量將下列化合物依 IUPAC 命名：


醇類可依照羥基（－OH）所在碳上之碳基團的數目來分類。

若與羥基連接的碳上有一個烷基，則稱為一級醇（primary alcohol；1° alcohol）；若與羥基連接的碳上有二個烷基則稱為二級醇（

secondary alcohol；2° alcohol）；若與羥基連接的碳上有三個烷基

，則稱為三級醇（tertiary alcohol；3° alcohol）。

醇類的分類 CLASSIFICATION OF ALCOHOLS


範例 11.2 醇類的分類

將下列各種醇分類為一級(1°)、二級(2°)和三級(3°)。解 a.有一個烷基接在與羥基（－OH）鍵結的碳上，為一級(1°)醇。 b.有三個烷基接在與羥基（－OH）鍵結的碳上，為三級(3°)醇。學習評量將下列醇分類為一級(1°) 、二級(2°)和三級(3°) 。


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健康小百科一些重要的醇類


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健康小百科一些重要的醇類


圖 11.1

圖 11.1 硫醇類是一種含硫氫基的化合物。問：為何硫醇類的結構與醇類相似？


硫醇類（thiols）是一種含硫的有機化合物，硫醇類的結構與醇

類相似，惟硫醇類中含硫氫基（sulfhydryl group；－SH）取代了

醇類中的羥基（－OH）。在 IUPAC 系統中，硫醇類的命名是在

與－SH 基相連之最長碳鏈後加上硫醇（thiol）即可（圖 11.1）。

大部分的硫醇類具有強烈、甚至令人不悅的氣味。

硫醇類 THIOLS


醚（ether）是一個氧原子與兩個碳基團以單鍵相連，這些碳基

團可以是烷基或芳香環。醚類的結構與水還有醇類相似，惟氫被

烷基取代，故為彎曲形的結構。

結構簡單的醚類一般是用俗名來命名，其方法是將連接在氧上

的烷基或芳香基依英文字母的順序先後命名，之後再加上醚（ether）字即可。

醚類 ETHERS


P.404

健康小百科醚類作為麻醉劑


範例 11.3 醚類

寫出下列醚的命名： CH3－CH2－O－CH2－CH2－CH3

解因為與氧相連的基團為乙基和丙基，所以此醚的命名是乙基丙基醚（ethyl propyl ether）。學習評量請繪出甲基苯基醚（methyl phenyl ether）的結構。


問題醇類、醚類和硫醇類

1. 寫出下列化合物的 IUPAC 命名：

2. 畫出下列化合物的簡縮結構式： a. 1-丙醇（1-propanol） b. 甲醇（methyl alcohol） c. 3-戊醇（3-pentanol） d. 2-甲基-2-丁醇（2-methyl-2-butanol）



3. 判斷下列化合物為一級 (1°) 、二級 (2°) 或三級 (3°) 醇： 4. 寫出下列化合物的命名：



5. 畫出下列化合物的簡縮結構式： a. 乙基丙基醚（ethyl propyl ether） b. 環丙基乙基醚（cyclopropyl ethyl ether） c. 乙基甲基醚（ethyl methyl ether）


11.2 醇類和醚類之性質

PROPERTIES OF ALCOHOLS AND ETHERS

P.406

在第10章曾提到：烴類的組成只有碳和氫，所以分子不具極性

且不溶於水。本節中，我們要探討的是含氧元素的化合物，而氧

的高陰電性讓醇和醚這二類化合物的沸點升高，且增加了在水中

的溶解度。


醇類與醚類中的氧原子會影響它們在水中的溶解度，而醇類由

於其極性的－OH 基可以和水形成氫鍵，當醇類中非極性的烷基

部分的碳數增加時，－OH 基的效應便會減弱，所以一至四個碳

的醇類極易溶於水，而五個碳以上的醇類在水中的溶解度不佳。

水中溶解度 SOLUBILITY IN WATER


由於醚類結構中的氧原子可以和水形成氫鍵，因此醚類會比分

子量相當的烷類更易溶於水。然而，因醚類和水形成的氫鍵數少

於醇類，故其溶解度不如醇類。因此，醚類在水中的溶解度大於

烷類，但是卻小於醇類。


表 11.1 一些分子量相似之烷類、醇類和醚類的溶解度與沸點


酚類早期被稱為石碳酸（carbolic acid），當酚類溶在水中時，

因其羥基會輕微解離，故為一種弱酸。高濃度的酚類溶液對皮膚

具有腐蝕性，且具有極強的刺激性，甚至造成嚴重灼傷，而且誤

食會致命。早期在醫院中，以酚類的稀釋水溶液作為殺菌劑，但

現在已經不再使用。

酚類的溶解度 SOLUBILITY OF PHENOLS


先前曾提及，烯類加水會產生醇類，此反應的逆反應則是：在

酸 (如 H2SO4) 的催化下，將醇類加熱會進行脫水反應

(dehydration) 而形成烯類，亦即自醇之相鄰碳上移除 H－和－OH，並且產生一分子的水。

醇類脫水形成烯類 DEHYDRATION OF ALCOHOLS TO FORM ALKENES


氧化反應（oxidation）可以想成是分子失去氫原子或加入氧原

子。在有機化學中，當反應中碳-氧鍵的數目增加時，則進行氧化

反應；當反應中碳-氧鍵的數目減少時，則進行還原反應。

醇類的氧化反應 OXIDATION OF ALCOHOLS


一級醇氧化後產生含碳氧雙鍵的醛，此氧化反應會除去二個氫

原子，一個是－OH 基上的氫原子，另一個是與－OH 基鍵結之

碳上的氫原子。在此種反應式中，符號 [O] 代表氧化劑。

一級醇及二級醇的氧化 OXIDATION OF PRIMARY AND SECONDARY ALCOHOLS


醛類會進一步的氧化，其分子中會加入一個氧原子而形成羧酸

化合物，因為醛類極易氧化，以致於醇類的氧化反應往往難以分

離出醛類的產物。

二級醇氧化後產生酮類，此氧化反應會除去二個氫原子，一個

是－OH 基上的氫原子，另一個是與－OH 基鍵結之碳上的氫原

子，產物酮類之碳-氧雙鍵兩側均接了烷基。因為羰基上並未連接

氫原子，故酮類不能再進一步地氧化。


由於三級醇沒有氫原子接在與羥基（－OH ）相連的碳上，而

且因為 C－C 鍵的鍵結極強，因此三級醇不會進行氧化。


硫醇類氧化後會失去－SH 基之氫原子，其氧化產物稱為雙硫

化物（disulfide）。

頭髮中很多的蛋白質會藉由雙硫鍵交叉聯結，此種作用大多發

生在二個半胱胺酸（一種胺基酸）的硫醇基之間。

硫醇的氧化 OXIDATION OF THIOLS


P.411

健康小百科身體內醇之氧化


表 11.2 一位 150 磅成人飲用乙醇所表現之典型行為


問題醇類、酚類和醚類的性質及反應

6. 請預測下列各組分子中何者沸點較高？ a. 乙烷（ethane）或甲醇（methanol） b. 乙醚（diethyl ether）或 1-丁醇（1-butanol） c. 1-丁醇（1-butanol）或戊烷（pentane） 7. 下列化合物何者可以溶於水？請解釋之。 a. CH3－CH2－OH b. CH3－O－CH3

c. CH3－CH2－CH2－CH2－CH2－CH2－OH d. CH3－CH2－CH3


問題醇類、酚類和醚類的性質及反應

8. 當下列醇類進行氧化，請寫出其產物醛類或酮類的簡縮結構式

（若無反應，請寫無）。


11.3 醛類和酮類 ALDEHYDES AND KETONES

P.412

羰基（carbonyl group）是由一個碳-氧雙鍵所構成，除了具有偶

極之外，羰基雙鍵的性質與烯類相似。羰基的氧原子上具有兩對

未共用電子對，其陰電性比碳原子高，因此羰基具有一相當強的

偶極，故氧原子上帶了部分的負電荷（），而碳原子上帶了部

分的正電荷（）。因此，羰基產生的極性，強烈影響了醛類和

酮類的物理與化學性質。


羰基的碳原子與至少一個氫原子鍵結者稱為醛類（aldehydes），羰基的碳原子可以與另一個氫原子、烷基或芳香環鍵結（圖

11.2）。羰基的碳原子若與兩個烷基或芳香環鍵結者，則稱為酮

類（ketones）。

醛的簡縮結構式可以將醛基的各原子獨立寫出，或是寫成

－CHO。酮基（C＝O）有時候也寫成 CO。


圖 11.2

圖 11.2 醛類與酮類中的羰基。問：已知醛類與酮類皆具有羰基，如何區分這兩類化

合物的差異？


醛類的 IUPAC 命名是將烷類英文命名的字尾 e 改成 al。步驟 1 寫出包含羰基之最長碳鏈的命名，再將此相對烷類命

名的字尾 e 改為 al。醛基的位置一定在主鏈末端的

碳 1 上，所以不必寫出醛基的號碼。在 IUPAC 系統

中，含苯的醛類命名為苯甲醛（benzaldehyde）。

前四個無支鏈醛類的命名通常使用俗名，且其字尾為醛（aldehyde）。

醛類的命名 NAMING ALDEHYDES


步驟 2 主鏈羰基上的碳編號為碳 1，然後再進行取代基的命名和

編號。


圖 11.3

圖 11.3 在醛類的結構中，羰基的碳永遠位於末端。

問：為何醛類中羰基的碳永遠位於碳鏈的末端？

第 11 章有機化學(二) P.413

範例 11.4 醛類的命名

將下列化合物以IUPAC 命名：解 a. 戊醛（pentanal） b. 4-氯苯甲醛（4-chlorobenzaldehyde） c. 最長碳鏈為 4 個碳，在碳 3 位置上有一個甲基，因此 IUPAC 命名為 3-甲基丁醛（3-methylbutanal）。學習評量具有 3 個碳原子的醛，其 IUPAC 命名和俗名為何？


IUPAC 的命名法，酮類的命名主要是將相等碳數烷類英文命名

的字尾 e 改成one。

步驟 1 寫出包含羰基之最長碳鏈的命名，再將相對烷類英文命

名的字尾 e 改為 one。

步驟 2 從主鏈上最接近羰基的一端開始編號。將羰基的號碼放

在酮類命名之前（丙酮和丁酮無須寫出號碼）。

酮類的命名 NAMING KETONES


步驟 3 寫出碳鏈上每個取代基的名稱和號碼。

步驟 4 對環狀酮類而言，則在酮類命名之前加上環 (cyclo)字。

若環狀酮上有取代基，則是以羰基的碳原子當成碳 1 開

始編號，環的編號必須使取代基具有最小的號碼。


範例 11.5 酮類的命名

將下列化合物以 IUPAC 命名：解最長的碳鏈有五個碳，從碳鏈的右端數起，羰基在碳 2 位置上，且碳 4 位置上有一個甲基，因此 IUPAC 命名為 4-甲基-2-戊酮（4-methyl-2-pentanone）。學習評量 3-hexanone（3-己酮）的俗名為何？


P.415

健康小百科一些重要的醛類和酮類


圖 11.3

圖 11.4 丙酮可用於油漆和指甲油去除劑的溶劑。問：寫出丙酮之 IUPAC 命名？


問題醛類和酮類

9. 請辨識下列化合物為醛類或酮類？ 10. 寫出下列化合物的 IUPAC 命名：


11.4 醛類和酮類之性質 PROPERTIES OF ALDEHYDES AND KETONES

P.417

具極性的羰基會造成醛類和酮類的沸點比分子量相當的烷類和

醚類的沸點高，而沸點升高的主要是受偶極-偶極作用力（dipole-dipole interactions）的影響。


沸點 Boiling Points

雖然醛類和酮類的分子間並沒有氫鍵，但陰電性較高的氧原子

可以與水分子形成氫鍵。一至四個碳的羰基化合物極易溶於水；

五個碳以上的羰基化合物，由於烷基的部分增大，因此減少了極

性羰基的影響。

醛類和酮類在水中的溶解度 SOLUBILITY OF ALDEHYDES AND KETONES IN WATER


醛類極易氧化成羧酸類，相反地，酮類無法進行進一步的氧

化。

氧化 OXIDATION


多倫試驗（Tollens’ test）是利用一種含 Ag＋（AgNO3）和氨水

的溶液，它可以氧化醛類，但不會氧化酮類。當氧化反應完成後

，銀離子 Ag＋會被還原，因而在容器的管壁上產生「銀鏡（

silver mirror）」現象（圖 11.5）。

多倫試驗 TOLLENS’ TEST


圖 11.4

圖 11.5 多倫試驗：當醛類氧化並且將銀離子還原成金屬銀時，

即會產生銀鏡現象。問：醛類氧化後的產物為何？


問題醛類和酮類的性質

11. 下列各組分子中，那一個化合物具有較高的沸點？請解釋之。 a. b. 丙醛或戊醛 c. 丁醛或1-丁醇 12. 下列各組分子中，何者在水中的溶解度較佳？請解釋之。 a. b. 丙酮或2-戊酮


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