醇的化學性質
醇的反應
在醇分子中，由於氧原子的電負性較強，故與氧原子相連的鍵有極性：
但碳氧鍵的可極化性並不強，所以，在水溶液中不能形成碳正離子和羥基負離子。可是由於碳、氧、氫各原子的電負性不同，在反應中有碳氧鍵和氫氧鍵斷裂的兩種可能。可以把醇看成是烷基化的水，即水中的壹個氫原子被烷基取代了的產物。因此可以設想它應該有與水相似的性質。例如，水可以離解出氫離子（氫離子濃度為1×10-7 mol?6?1L-1），與金屬鈉反應，產生氫氣和氫氧化鈉。醇與金屬鈉反應也可發生氫氧鍵的斷裂，放出氫氣，並生成與氫氧化鈉類似的產物，稱為醇化鈉或醇鈉：但該反應比鈉與水的反應慢，說明醇是比水弱的酸。碳的電負性比氧弱，碳氧鍵電子偏向氧，因此烷基是給電子基團，與水相比，羥基中的氫難以電離（氫離子濃度為1×10-9 mol?6?1L-1），即烷氧負離子的堿性比羥基負離子強，所以，醇鈉加入水中，全部水解，馬上得回醇和氫氧化鈉：因為強堿與“酸”相遇，“酸”把質子給予強堿。雖然如此，在工業上制甲醇鈉或乙醇鈉還是用醇與氫氧化鈉反應，然後想法把水除去，使平衡有利於醇鈉壹方。常用的方法是利用形成***沸混合物，如苯、乙醇、水可形成***沸混合物，將水帶走轉移平衡。所謂***沸混合物，如幾種沸點不同而又完全互溶的液體混合物，由於分子間的作用力，它們在蒸餾過程不能壹壹分開，而是得到具有最低沸點（比所有組分沸點都低）或最高沸點（比所有組分沸點都高）的餾出物，這些餾出物組成與溶液組成相同，沸點也壹直恒定，直到蒸完，冷凝後的液體，稱為***沸混合物。如乙醇-苯-水組成三元***沸混合物，其沸點為64.9℃（乙醇18.5％，苯74％，水7.5%），苯-乙醇組成二元***沸混合物，其沸點為68.3℃（乙醇32.4％，苯67.6％）。如乙醇中含有少量的水，由於乙醇-水形成***沸混合物，其沸點為78℃（乙醇95.57％，水4.43％），不能通過蒸餾方法除去，可計算加入比形成乙醇-苯-水三元***沸混合物稍過量的苯，將水除去，過量苯與乙醇形成二元***沸混合物除去，剩下為無水乙醇。醇鈉的醇溶液，可通過上述去水方法得到。醇鈉及其類似物在有機合成中是壹類重要的試劑，並常作為堿使用。根據在氣相下研究壹系列醇的酸性次序是：(CH3)3CCH2OH＞(CH)3COH＞(CH3)2CHOH＞CH3CH2OH＞CH3OH＞H2O說明烷基是吸電子基團，但在液相中測定醇的酸性次序正好相反，CH3OH＞RCH2OH＞R2CHOH＞R3COH這解釋為醇在氣態，分子處於隔離狀態，烷基吸電子是反映了分子內在的本質；但在液相中有溶劑化作用，R3CO-由於R3C體積大，溶劑化作用小，而RCH2O-體積小，溶劑化作用大。RCH2O-溶劑化作用大、穩定，因此RCH2OH中的質子易於離解，酸性大；R3CO-溶劑化作用小，不如RCH2O-穩定，因此R3COH中質子不易離解，酸性校壹般pKa值是在液相測定的，根據各類醇酸性的大小順序，因此認為烷基是給電子的。各類醇的其軛酸在水中酸性的強弱，也由它們的***軛酸在水中的穩定性來決定，***軛酸的空間位阻小，與水形成氫鍵而溶劑化的程度愈大，這個***軛酸就穩定，質子不易離去，酸性就較低。如空間位阻大，溶劑化作用小，質子易離去，酸性強。習題9-6將下列化合物按酸性由大到小排列成序：CH3CH2C≡CH，CH3CH2CH2CH3
習題9-7將下列化合物按堿性由大到小排列成序：
二、碳氧鍵斷裂——羥基被置換
1．與氫鹵酸反應氫鹵酸與醇反應生成鹵代烷，反應中醇羥基被鹵離子取代：ROH+HX→RX+H2O
醇羥基不是壹個好的離去基團，需要酸的幫助，使羥基質子化後以水的形式易於離去。由於鹵離子的親核能力I-＞Br -＞Cl-，故氫鹵酸的反應性HI＞HBr＞HCl。各種醇的反應性3°＞2°＞1°。舉例如下：CH3(CH2)3OH+HI（57％ ）→CH3(CH2)3I+H2O 氫碘酸是強酸，壹級醇很易與它反應；氫溴酸的酸性較氫碘酸弱，因此需硫酸增強酸性；也可用溴化鈉和硫酸代替氫溴酸，這是從壹級醇制鹵代烷的最常用的方法；濃鹽酸的酸性更弱壹些，需用氯化鋅與其混合使用，稱盧卡斯（Lucas）試劑，氯化鋅是強的路易斯酸，其作用與質子酸類似。三級醇易反應，只需濃鹽酸在室溫振蕩即可反應，氫溴酸在低溫也能與三級醇進行反應。如用氯化氫、溴化氫氣體在0℃通過三級醇，反應在幾分鐘內就可完成，這是制三級鹵代烷的常用方法，除非極敏感的化合物，壹般可避免發生重排。氫鹵酸與大多數壹級醇按SN2機制進行反應：
氫鹵酸與大多數二級、三級醇按SN1機制進行反應：習題9-8請提出壹個用HCl-ZnCl2與壹級醇（SN2）、三級醇（SN1）的反應機制。如果按SN1機制反應，就有重排產物產生，如2-戊醇與溴氫酸反應有86％2-溴戊烷與14％3-溴戊烷；異丁醇在氫溴酸與硫酸中加熱反應，有80％異丁基溴與20％三級丁基溴，新戊醇由於β位位阻太大，得到的是重排產物2-甲基-2-溴丁烷。鄰基參與效應
當有光活性的赤型的β-溴代醇（i）用濃氫溴酸處理，得內消旋的二溴化物（ii），如有光活性的蘇型的β-溴代醇（iii）用濃氫溴酸處理，得外消旋體二溴化物（iv）、（v）：
當（iii）形成（iv）時，兩個手性碳構型均不變，當（iii）形成（v）時，兩個手性碳構型均發生轉化。這是因為β位的溴參與醇羥基的反應，這種相鄰基團在排除離去基團時所作的幫助，稱為鄰基參與效應。當分子內要形成壹個缺電子的碳正離子（除碳外，還可包括氧與氮）時，相鄰基團作為壹個內部的親核試劑向這個反應中心的碳進攻，幫助離去基團離去，這樣形成了中間體環正離子，然後外部的親核試劑進攻，形成產物，相鄰基團可以通過環正離子遷移到離去基團的碳上，這時兩個手性碳的構型均轉化，如相鄰基團仍回到原來位置，兩個手性碳的構型均不變：
鄰基參與效應，可以從上述的立體化學表現出來，也可以從反應速率（特別快）表現出來，因為相鄰基團的空間位置合適，而且是分子內的反應，因此容易發生反應，比分子間的反應快。習題9-9請說明有光活性的赤-3-溴-2-丁醇和氫溴酸反應的立體化學過程。習題9-10完成下列反應：CH3CH2CH=CHCH2Br混合物，請提出壹個合理的解釋。習題 9-12預測下列二組醇與氫溴酸進行SN1反應的相對速率：習題9-13 2-環丁基-2-丙醇與HCl反應得1，1-二甲基-2-氯環戊烷；而2-環丙基-2-丙醇與HCl反應得2-環丙基-2-氯丙烷而不是1，1-二甲基-2-氯環丁烷，請提出壹個合理的解釋。
2．與鹵化磷反應：醇與鹵化磷反應生成鹵代烷
3CH3CH2OH+PBr3→3CH3CH2Br+H3PO3
反應過程如下：
CH3CH2OH+PBr3→CH3CH2OPBr2+HBr醇羥基是壹個不好的離去基團，與三溴化磷作用形成CH3CH2OPBr2，Br-進攻烷基的碳原子-OPBr2作為離去基團離去。-OPBr2中還有兩個溴原子，可繼續與醇發生反應。碘代烷可由三碘化磷與醇制備，但通常三碘化磷是用紅磷與碘代替，將醇、紅磷和碘放在壹起加熱，先生成三碘化磷，再與醇進行反應：
氯代烷常用五氯化磷與醇反應制備：
CH3CH2OH+PCl5→CH3CH2Cl+HCl+POCl3
上述方法中，最常用的是三溴化磷與壹級醇、β位有支鏈的壹級醇、二級醇生成相應溴代烷，在用二級醇及有些易發生重排反應的壹級醇時溫度需低於0℃，以避免重排。紅磷與碘常用於壹級醇制相應碘代烷。習題9-14請寫明下列醇轉化為相應鹵代烷的試劑及反應條件：
3．與亞硫酰氯反應若用亞硫酰氯和醇反應，可直接得到氯代烷，同時生成二氧化硫和氯化氫兩種氣體，在反應過程中這些氣體都離開了反應體系，這有利於反應向生成產物的方向進行，該反應不僅速率快，反應條件溫和，產率高，而且不生成其它副產物。壹般用過量的亞硫酰氯並保持微沸，是壹個很好的制氯代烷的方法：亞硫酰氯bp79℃反應機制如下：
從上式中可以看出反應過程中先生成氯代亞硫酸酯，然後分解為緊密離子對，Cl-作為離去基因（-OSOCl）中的壹部分，向碳正離子正面進攻，即“內返”，得到構型保持的產物氯代烷。在低溫時，可以分離出該中間產物氯代亞硫酸酯，經加熱分解成氯代烷和二氧化硫。這說明上述反應機制與實際相符，而且取代猶如在分子內進行的，所以叫它分子內取代，以SNi表示（SubstitutionNucleophilic internal），不過這種取代較少。經過反應，原羥基所在的碳原子仍然保持著原來的構型，只是氯原子占據了羥基所在的位置。但在醇和亞硫酰氯的混合液中加入弱親核試劑吡啶，即會發生構型的轉化，因為中間產物氯代亞硫酸酯以及反應中生成的氯化氫均可和吡啶反應分別生成下列產物：
上述二產物都含有“自由”的氯負離子，它可從碳氧鍵的背面向碳原子進攻，從而使該碳原子的構型發生轉化：
三級胺（R3N）和吡啶壹樣可對此反應起催化作用，因為有利於氯離子的形成：
亞硫酰氯和吡啶，常用於壹級醇，β位有側鏈的壹級醇、二級醇制相應的氯代烷，此試劑有很多優點，因此是常用的方法。亞硫酰溴因不穩定而很難得，故不用它制溴代烷。習題9-15完成下列反應，寫出主要產物：
三、氫氧鍵斷裂與酯的形式
醇與含氧無機酸或有機酸及它們的酰氯和酸酐反應，都生成酯，酯相當於醇和酸的兩種分子間失去壹分子水，並相互結合成為壹個分子，如下式所示： 在上列反應過程中，是醇分子作為親核試劑進攻酸或其衍生物的帶正電荷部分，而後醇分子的氫氧鍵斷裂，例如：
對甲苯磺酰氯（TsCl）是由對甲苯磺酸（TsOH）與五氯化磷或亞硫酰氯作用制得：
醇羥基必須在酸或路易斯酸催化下才可進行取代反應，而苯磺酸酯中酸根部分是很好的離去基團，因此這類酯比醇容易進行親核取代反應，如：
這樣將壹級或二級醇通過形成磺酸酯再轉為鹵代烷，純度很好。上述反應醇羥基所連碳原子為手性碳原子，磺化壹步構型不變，與鹵離子反應壹步構型轉化，二步最終得到構型轉化的產物。1-丁醇-1-d中由於H與D的差別很小，所以光活性的差別也很小，只有［α］D=0.5°。 習題9-16由苯、甲苯以及必要的有機及無機試劑合成：的甲醇溶液）制成對甲苯磺酸二級丁酯，然後用堿水解，得（S）-（+）-2-化學過程，並加以解釋。
四、醇的氧化 壹級醇及二級醇的醇羥基相連的碳原子上有氫，可以被氧化成醛、酮或酸；三級醇的醇羥基相連的碳原子上沒有氫，不易被氧化，如在酸性條件下，易脫水成烯，然後碳碳鍵氧化斷裂，形成小分子化合物。 1．用高錳酸鉀或二氧化錳氧化 醇不為冷、稀、中性的高錳酸鉀的水溶液所氧化，壹級醇、二級醇在比較強烈的條件下（如加熱）可被氧化。壹級醇生成羧酸鉀鹽，溶於水，並有二氧化錳沈澱析出，中和後可得羧酸：
二級醇可氧化為酮：
在二級醇用高錳酸鉀氧化為酮時，易進壹步氧化使碳碳鍵斷裂，故很少用於合成酮。 三級醇在中性、堿性條件下不易為高錳酸鉀氧化，在酸性條件下，則能脫水成烯，再發生碳碳鍵斷裂，生成小分子化合物，如：
高錳酸鉀與硫酸錳在堿性條件下可制得二氧化錳，新制的二氧化錳可將β碳上為不飽和鍵的壹級醇、二級醇氧化為相應的醛和酮，不飽和鍵可不受影響：
2KMnO4+3MnSO4+4NaOH→5MnO2↓+K2SO4+2Na2SO4+2H2O
CH2=CHCH2OH→CH2=CHCHO
丙烯醛
HOCH2CH2CH=CHCH2OH→HOCH2CH2CH=CHCHO
2．用鉻酸氧化
可作為氧化劑的鉻酸形式有：Na2Cr2O7與40％～50％硫酸混合液、CrO3的冰醋酸溶液、CrO3與吡啶的絡合物等 壹級醇常用Na2Cr2O7與40％～50％硫酸混合液氧化，先得醛，醛進壹步氧化為酸，如：
如控制合適的氧化條件，在氧化成醛後立即從反應體系中蒸出，可避免進壹步被氧化為酸，反應需在低於醇的沸點，高於醛的沸點溫度下進行，如：
將丙醇滴加到溫度為～75℃的Na2Cr2O7，H2SO4，H2O的溶液中，壹旦生成丙醛，就被蒸餾出來。這種反應產率不高，因為總有壹部分醛氧化為酸。醛的沸點低於100℃才能用此法，因此此法用途是非常有限的。 二級醇常用上述幾種鉻酸氧化劑氧化，酮在此條件下比較穩定。因此是比較有用的方法。
用鉻酐（CrO3）與吡啶形成的鉻酐-雙吡啶絡合物是吸潮性紅色結晶，稱沙瑞特（Sarrett，L．H．）試劑，可使壹級醇氧化為醛，二級醇氧化為酮，產率很高，因為吡啶是堿性的，對在酸中不穩定的醇是壹種很好的氧化劑，反應壹般在二氯甲烷中於25℃左右進行。如：
分子中有雙鍵、三鍵，氧化時不受影響。 不飽和的二級醇也可用瓊斯（Jones）試劑氧化成相應的酮而雙鍵不受影響，該試劑是把鉻酐溶於稀硫酸中，然後滴加到要被氧化的醇的丙酮溶液中，反應在15～20℃進行，可得較高產率的酮，如：
醇與鉻酸的反應機制，認為如下所示：
上述的水作為堿。也可以不是外來的堿，而是通過環狀機制，把壹個H+傳給氧的：
其余的醇也被氧化：R2CHOH+Cr（IV）→R2COH+Cr（III）
R2COH+Cr（VI）→R2C=O+Cr（V）
最終將 Cr（VI）還原為 Cr（III）。 如用過量鉻酸並反應條件強烈，雙鍵也被氧化成酮或酸。 3.用硝酸氧化 壹級醇能在稀硝酸中氧化為酸。二級醇、三級醇需在較濃的硝酸中氧化，同時碳碳鍵斷裂，成為小分子的酸。環醇氧化，碳碳鍵斷裂成為二元酸：
4.歐芬腦爾（Oppenauer，R.V）氧化法 另壹種有選擇性的氧化醇的方法叫做歐芬腦爾氧化法，即在堿如三級丁醇鋁或異丙醇鋁的存在下，二級醇和丙酮（或甲乙酮、環己酮）壹起反應（有時需加入苯或甲苯做溶劑），醇把兩個氫原子轉移給丙酮，醇變成酮，丙酮被還原成異丙醇。該反應的特點是，只在醇和酮之間發生氫原子的轉移，而不涉及分子的其它部分。所以在分子中含有碳碳雙鍵或其它對酸不穩定的基團時，利用此法較為適宜。因此該法也是由壹個不飽和二級醇制備不飽和酮的有效方法。
醇鋁可用下法制備：
反應舉例如下：
該反應是通過壹個環狀中間體進行的。
這是壹個可逆反應，故也可由酮制醇（參看10.16，4）。為使上壹反應向生成酮的方向進行，需加入大量的丙酮。使（i）盡可能與丙酮絡合，將丙酮還原為異丙醇；而其逆反應則需加大量異丙醇，同時把產生的丙酮從反應體系中移走。 使用上述氧化法壹級醇雖也可氧化成相應的醛，但效果並不太好，因在堿存在下，生成的醛常易進行羥醛縮合反應。 5.用費茲納-莫發特試劑氧化 壹級醇在近來發現的費茲納（Pfitzner，K.E.）及莫發特（Moffatt，J.G.）試劑的作用下，可以得到產率非常高的醛。這個試劑是二甲亞碸和二環己基碳二亞胺，二環己基碳二亞胺英文名叫dicyclohexyl carbodiimide，簡稱為DC是二
取代脲的失水產物：
這是壹個非常重要的失水劑。如對硝基苯甲醇，用這個試劑在磷酸作用下，得到92％產率的對硝基苯甲醛：
反應過程如下：
在這個反應中，二環己基碳二亞胺接受壹分子水，變為脲的衍生物，而二甲亞碸變為二甲硫醚。 這個氧化劑也可用於氧化二級醇。 在進行氧化反應時，必須註意許多有機物與強氧化劑接觸時，會發生強烈的爆炸，因此在使用高錳酸鉀、高氯酸以及類似氧化劑進行反應時，壹定要在溶劑中進行，因為溶劑可使放出的大量熱消散，減緩反應速率。
五、醇的脫氫
壹級醇、二級醇可以在脫氫試劑的作用下，失去氫形成羰基化合物，醇的脫氫壹般用於工業生產，常用銅或銅鉻氧化物等作脫氫劑，在300℃下使醇蒸氣通過催化劑即可生成醛或酮。 此外Pd等也可作脫氫試劑
醇除以上所討論的各種反應外，也像水壹樣，和幹燥劑如氯化鈣可形成結晶醇。例如甲醇和乙醇與氯化鈣作用，分別形成CaCl2?6?14CH3OH和CaCl2?6?16C2H5OH。因此乙醇溶液不能用氯化鈣幹燥。
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