官能团集锦

官能团集锦氨基氨基是有机化学中的基本碱基，所有含有氨基的有机物都有一定碱的特性，由一个氮原子和两个氢原子组成，化学式-NH2。如氨基酸就含有氨基，有一定碱的特性。氨基是一个活性大、易被氧化的基团。在有机合成中需要用易于脱去的基团进行保护。简单说几种：1、酰化保护，即用酸酐保护2、用苄基保护3、手性化合物常用CBZ,BOC,FMOC等保护氨基酸基本形式：（—H2N）硫醚一类具有通式R-S-R的化合物。由硫化钾(或钠)与卤代烃或硫酸酯反应而得。硫醚不溶于水，有刺激性气味，常为液体。易氧化生成亚砜或砜，与卤代烃作用生成锍盐(硫翁盐)。分子中硫原子影响下，α-碳原子可形成碳正、负离子或碳自由基，从而进行多种化学反应。硫醚多为有机合成原料。亚硝基亚硝酸分子中去掉羟基后，剩下的一价原子团，结构式为：O＝N—。亚硝基与烃基相连的化合物称为亚硝基化合物(R—N＝O)。硝基-NO2又称硝酰基。硝酸分子中去掉一个羟基后，剩下的基团。硝基与其他基团（主要是烃基）相连的化合物称为硝基化合物。硝基化合物（尤其是芳香族硝基化合物）具有毒性，分子中引入多个硝基后不仅毒性增加，而且氧化性也增强，且大多成为具有爆炸性的物质。它使硝基化合物的官能团，在硝酸酯里也含有硝基。硝基是又发色团，能加深色原体的颜色；有些药物中引入硝基以增强抗菌性；往有机分子(也有少数无机分子)中引入硝基的反应称为硝化反应(nitration)。羟基又氢氧基。是由一个氧原子和一个氢原子连组成的一价原子团，化学式OH-。在无机物中在无机物中，通常含有羟基的为含氧酸或其的酸式盐。含羟基的物质溶解于水会电离出氢离子，因此含羟基的物质水溶液多成偏酸性。有机物中在有机化学的系统命名中，在简单烃基后跟着羟基的称作醇，而糖类多为多羟基醛或酮。羟基直接连在芳烃环上的称作酚。具体命名见OH原子团的命名。OH原子团的命名此原子团在有机化合物中称为羟基，是醇（ROH）、酚（ArOH）等分子中的官能团；在无机化合物水溶液中以带负电荷的离子形式存在（OH-1），称为氢氧根。当羟基与苯环相连时，可使苯环致活，显弱酸性。再进基主要进入其邻位、对位。羟基与氢氧根的区别在很多情况下，由于在示性式中，羟基和氢氧根的写法相同，因此羟基很容易和氢氧根混淆。虽然氢氧根和羟基均为原子团，但羟基为官能团，而氢氧根为离子。而且含氢氧根的物质在水溶液中呈碱性，而含羟基的物质的水溶液则多呈偏酸性。氢氧根和羟基在有机化学上的共性是亲核性。羰基由碳和氧两种原子通过双键连接而成的有机官能团（C=O)。是醛，酮，羧酸，羧酸衍生物等官能团的组成部分。物理性质：具有强红外吸收。化学性质：由于氧的强吸电子性，碳原子上易发生亲核加成反应。其它常见化学反应包括：亲核还原反应，羟醛缩合反应。羰基（tāngjī）carbonylgroup由碳原子与一个氧原子通过双键相结合而成的二价基团。构成羰基的碳原子的另外两个键，可以单键或双键的形式与其他原子或基团相结合而成为羰基化合物羰基化合物可分为醛酮类和羧酸类两类：①醛酮类，如醛R－CH＝O、酮R－CO－R；②羧酸类，如羧酸R－CO－OH、羧酸酯R－CO－ORˊ、酸酐R－CO－O－CO－Rˊ、酰基过氧化R－CO－O－O－CO－Rˊ、酰胺R－CO－NH2、酰卤R－CO－X（X为F、Cl、Br、I）、烯酮R－CH＝C＝O、异氰酸酯R－N＝C＝O。羰基的性质很活泼，容易起加成反应，如与氢生成醇。1、α-氢的反应（1）羟醛缩合在稀碱或稀酸的作用下，两分子的醛或酮可以互相作用，其中一个醛（或酮）分子中的α-氢加到另一个醛（或酮）分子的羰基氧原子上，其余部分加到羰基碳原子上，生成一分子β-羟基醛或一分子β-羟基酮。这个反应叫做羟醛缩合或醇醛缩合（aldolcondensation）。通过醇醛缩合，可以在分子中形成新的碳碳键，并增长碳链。羟醛缩合反应历程，以乙醛为例说明如下：第一步，碱与乙醚中的α-氢结合，形成一个烯醇负离子或负碳离子：第二步是这个负离子作为亲核试剂，立即进攻另一个乙醛分子中的羰基碳原子，发生加成反应后生成一个中间负离子（烷氧负离子）。第三步，烷氧负离子与水作用得到羟醛和OH。稀酸也能使醛生成羟醛，但反应历程不同。酸催化时，首先因质子的作用增强了碳氧双键的极化，使它变成烯醇式，随后发生加成反应得到羟醛。生成物分子中的α-氢原子同时被羰基和β-碳上羟基所活化，因此只需稍微受热或酸的作用即发生分子内脱水而生成，α，β-不饱和醛。凡是α-碳上有氢原子的β-羟基醛、酮都容易失去一分子水。这是因为α-氢比较活泼，并且失水后的生成物具有共轭双键，因此比较稳定。除乙醛外，由其他醛所得到的羟醛缩合产物，都是在α-碳原子上带有支链的羟醛或烯醛。羟醛缩合反应在有机合成上有重要的用途，它可以用来增长碳链，并能产生支链。具有α-氢的酮在稀碱作用下，虽然也能起这类缩合反应，但由于电子效应、空间效应的影响，反应难以进行，如用普通方法操作，基本上得不到产物。一般需要在比较特殊的条件下进行反应。例如：丙酮在碱的存在下，可以先生成二丙酮醇，但在平衡体系中，产率很低。如果能使产物在生成后，立即脱离碱催化剂，也就是使产物脱离平衡体系，最后就可使更多的丙酮转化为二丙酮醇，产率可达70％～80％。二丙酮醇在碘的催化作用下，受热失水后可生成α，β-不饱和酮。在不同的醛、酮分子间进行的缩合反应称为交叉羟醛缩合。如果所用的醛、酮都具有α-氢原子，则反应后可生成四种产物，实际得到的总是复杂的混合物，没有实用价值。一些不带α-氢原子的醛、酮不发生羟醛缩合反应（如HCHO、RCCHO、ArCHO、RCCOCR、ArCOAr、ArCOCR等），可它们能够同带有α-氢原子的醛、酮发生交叉羟醛缩合，其中主要是苯甲醛和甲醛的反应。并且产物种类减少，可以主要得到一种缩合产物，产率也较高。反应完成之后的产物中，必然是原来带有α-氢原子的醛基被保留。在反应时始终保持不含α-氢原子的甲醛过量，便能得单一产物。芳香醛与含有α-氢原子的醛、酮在碱催化下所发生的羟醛缩合反应，脱水得到产率很高的α，β-不饱和醛、酮，这一类型的反应，叫做克莱森-斯密特（Claisen-Schmidt）缩合反应。在碱催化下，苯甲醛也可以和含有α-氢原子的脂肪酮或芳香酮发生缩合。另外，还有些含活泼亚甲基的化合物，例如丙二酸、丙二酸二甲酯、α-硝基乙酸乙酯等，都能与醛、酮发生类似于羟醛缩合的反应。（2）烃基上的卤代反应由于羰基强烈的吸电子作用，醛、酮的α-氢原子容易被卤素取代，生成α-卤代醛、酮。这类反应可以被酸或碱催化。用酸催化时，可通过控制反应条件（例如酸和卤素的用量，反应温度等），使所得的产物主要是一卤代物，二卤代物或三卤代物。决定整个反应速度的步骤是生成烯醇的步骤，即取决于丙酮和酸的浓度，而与卤素的浓度无关。生成的一卤代物继续与卤素反应的速度降低。这是由于卤素原子电负性很大，使一卤代物烯醇式双键上的电子云密度降低，因而与卤素的亲电加成难以进行。所以酸催化卤代反应常停止在一卤代产物上。碱催化的卤代反应中决定整个反应速度的步骤是生成负碳离子（烯醇负离子）的步骤，即反应速度与丙酮和碱的浓度有关，与卤素的浓度无关。用碱催化时，则因反应速度很快，一般不能使反应控制在生成一卤代物或二卤代物阶段。这是因为当一个卤素原子引入α-碳原子以后，由于卤素是吸电子的，使得α-氢原子更加活泼，形成新的负碳离子更加容易，形成的负碳离子更加稳定，因此⑴式反应更快，这就是碱催化难以控制在一卤代物的原因。凡结构式为CH3-C==O的醛或酮（乙醛和甲基酮）与次卤酸或卤素碱溶液作用时，甲基上的三个α-氢原子都被卤素原子取代，生成三卤代衍生物。而这种三卤代衍生物，由于卤素的强吸电子诱导效应，使碳的正电性大大加强，在碱的存在下，发生碳碳键的断裂，分解生成三卤甲烷（俗称卤仿）和羧酸盐。因此，通常把次卤酸钠的碱溶液与乙醛或甲酮作用，α-甲基的三个氢原子都被卤素原子取代，生成的三卤衍生物在受热时，其碳碳键断裂，生成卤仿和羧酸盐的反应称为卤仿反（haloformareaction）。由于次卤酸钠是一个氧化剂，它可以使具有-CHOH-CH3结构的醇氧化变成为含-COCH3结构的醛或酮。因此，凡含有-CHOH-CH3结构的醇也都能发生卤仿反应。如果用次碘酸钠（碘加氢氧化钠）作试剂，生成难溶于水的且具有特殊臭味黄色结晶碘仿（CHI）的反应称为碘仿反应。因而常用这个反应来鉴别具有-COCH3结构的醛、酮和具有-CHOH-CH3结构的醇。《中华人民共和国药典》即利用此反应来鉴别甲醇和乙醇。甲基酮的卤仿反应是制备羧酸的一个途径。另外，由于次卤酸盐对于双键没有干扰，所以一些不饱和的甲基酮也可以通过卤仿反应转变为相应的羧酸。2、羰基的亲核加成反应羰基中的π键和碳碳双键中的π键相似，也易断裂，因此与碳碳双键类似，羰基也可以通过断裂π键而发生加成反应。与碳碳双键不同的是，由于羰基氧原子的电负性比碳原子大，易流动的π电子被强烈地拉向氧原子，所以羰基的氧原子是富电子的，以致氧原子带部分负电荷，羰基的碳原子是缺电子的，使碳原子带部分正电荷（），所以羰基是一个极性基团，具有一定的偶极矩，偶极矩的方向由碳指向氧，使得羰基具有两个反应中心，在碳原子上呈现正电荷中心，在氧原子上呈现负电荷中心。一般地讲，带部分正电荷的碳原子比带负电荷的氧原子具有更大的化学反应活性。因此，与碳碳双键易于发生亲电加成反应不同，碳氧双键最易发生被亲核试剂进攻的亲核加成反应。一般是亲核试剂（NuA）的亲核部分（Nu）首先向羰基碳原子进攻，其次带正电荷的亲电部分（A）加到羰基的氧原子上。所以，羰基的典型反应是亲核加成反应。（1）与氢氰酸的加成醛、酮与氢氰酸发生加成反应生成α-羟基腈（又叫氰醇）。羰基与氢氰酸的加成反应在有机合成上很有用，是增长碳链的方法之一。羟基腈是一类活泼化合物，易于转化成其他化合物，因而是有机合成中间体。例如，α-羟基腈可以水解成α-羟基酸，α-羟基酸进一步失水，变成α，β-不饱和酸。丙酮与氢氰酸在氢氧化钠的水溶液中反应，生成丙酮氰醇，后者在硫酸存在下与甲醇作用，即发生水解、酯化、脱水反应，氰基变成甲氧酰基，最后生成甲基丙烯酸甲酯。甲基丙烯酸甲酯聚合生成聚甲基丙烯酸甲酯，即有机玻璃。醛、酮与氢氰酸加成时，虽然可以直接用氢氰酸作反应试剂，但是它极易挥发，且毒性很大，所以操作要特别小心，需要在通风橱内进行。为了避免直接使用氢氰酸，常将醛、酮与氰化钾或氰化钠的水溶液混合，然后缓缓加入硫酸来制备氰醇，这样可以一边产生HCN，一边进行反应；也可以先将醛、酮与亚硫酸氢钠反应，再与氰化钠反应制备氰醇。（2）与格氏试剂的加成在格氏试剂中，可以把R看作是负碳离子（R），它所起的作用与CN、OH、RO等相似。由于负碳离子的亲核性很强，所以格氏试剂可以和大多数醛、酮发生加成反应，生成碳原子更多的、具有新碳架的醇。格氏试剂与甲醛作用生成伯醇，与其他醛作用生成仲醇，而格氏试剂与酮作用则生成叔醇。但当酮分子中的两个烃基和格氏试剂中的烃基体积都很大时，格氏试剂对羰基的加成可因空间位阻增加而大大减慢，相反却使副反应变得重要了，如空间位阻较大的二异丙基酮与叔丁基溴化镁加成时则有两种副反应产生，一种是二异丙基酮烯醇化得烯醇的镁化物。另一种副反应是羰基被还原成仲醇，格氏试剂中的烃基失去氢变成烯烃。在这种情况下，用活性更强的有机锂化合物代替格氏试剂，仍能得到加成产物，而且产率较高，并易分离。有机锂化合物和醛、酮反应的方式和与格氏试剂相似。例如和醛、酮反应，则分别得到仲醇或叔醇。与格氏试剂不同之处是，有机锂化合物和空间位阻较大的酮加成时，仍以加成产物为主。由于格氏试剂是活性很大的试剂，所以反应的第一步，即格氏试剂与羰基加成这一步，必须要在绝对无水的条件下进行反应。一般用经过干燥处理的乙醚作溶剂，极其微量的水存在都会导致反应的失败。(3)与醇的加成常温下羰基可与羟基发生可逆反应，生成半缩醛、半缩酮：C=O+HOR====C(OR)(OH)在有Lewis酸存在时，反应可进一步发生生成缩醛、缩酮：C(OR)(OH)+HOR===