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醚(漢語拼音:mí)是具有醚官能團[1] 的一類有機化合物。醚官能團是由一個氧原子連接兩個烷基或芳基所形成,醚的通式為:R–O–R。它還可看作是醇或酚羥基上的氫被烴基所取代的化合物。
醚類中最典型的化合物屬:乙醚,它常用於有機溶劑與醫用麻醉劑。由於其在化學中的常用性(乙醚是最常用的醚類提取溶劑),我們還有時將乙醚直接簡稱為「醚」。醚類化合物的應用常見於有機化學和生物化學,它們還可作為糖類和木質素的連接片段。
結構和化學鍵
醚的結構通式為:R-O-R(R')、Ar-O-R或Ar-O-Ar(Ar')(R=烴基,Ar=芳烴基)。醚的鍵角約為110°,C-O鍵長為140pm,C-O鍵的旋轉能壘的能量很小,而水、醇與醚分子中氧的鍵合能力也與此相似。根據價鍵理論,氧原子的雜化狀態是sp3。
氧原子的電負性比碳更強,因此與氧連接的α氫原子酸性強於碳連接的α氫原子,然而其酸性比不上羰基α氫原子。
命名
醚的普通命名法是於烴基後加上「醚」字,習慣上對稱醚的「二」字可省略。醚的兩個不同基團排列順序通常是:先小基團後大則為:苯基或芳烴基在前。英文命名則按字母順序。冠醚的命名為 x-冠-y,x代表環總原子數,y代表環中氧原子數。
分類
醚可以根據醚鍵是否成環分為:直鏈醚和環醚兩大類。 分子中含有多個乙烯氧基(-CH2CH2O- )結構單元的大環醚稱為冠醚。冠醚是一種大環多醚,因分子形狀類似王冠而得名。 在直鏈醚中,氧原子所連接的兩個烴基相同則稱為:單醚; 兩個烴基不相同則稱為:混醚;兩個烴基中有一個或兩個是芳基的稱為:芳香醚。
物理性質
醚分子不能互相形成氫鍵,因此它們具有和醇類相比較低的沸點。醚具有微弱的極性,這是由於醚官能團中碳氧碳的鍵角約110度,而碳氧之間的極性差異沒有抵消(不同於二硫化碳之類的線型分子)。醚類極性不如醇、酯與酰胺類化合物,但是強於烯烴的極性。醚氧原子的孤電子對使它有可能與水分子形成氫鍵。
環狀醚類比如四氫呋喃和1,4-二噁烷能與水混溶,這是因為這類醚分子的氧原子比起烷基醚(鏈狀醚)來說更暴露於分子之外,所以極性比起後者更大。
一些烷基醚的理化數據 | |||||
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醚 | 結構 | m.p. (°C) | b.p. (°C) | 一升水當中的溶解度 H2O | 偶極矩 (D) |
甲醚 | CH3-O-CH3 | -138.5 | -23.0 | 70 g | 1,30 |
乙醚 | CH3CH2-O-CH2CH3 | -116.3 | 34.4 | 6.9 g | 1.14 |
正丁醚 | C8H18O | −95 | 141 | 0.3 | |
叔丁醚 | C8H18O | −61 | 107.2 | ||
甲基叔丁基醚 | C5H12O | −109 | 55.2 | 42 | |
四氫呋喃 | O(CH2)4 | -108.4 | 66.0 | 互溶 | 1.74 |
二氧六環 | O(C2H4)2O | 11.8 | 101.3 | 互溶 | 0.45 |
醚的裂解
雖然醚不能輕易的發生水解反應,但於酸性條件下(如:氫溴酸或氫碘酸),可斷裂為醇。鹽酸條件下,斷裂醚的速度非常慢。 如:甲醚製備溴代甲烷:
- ROCH3 + HBr → CH3Br + ROH
該類反應都是通過鎓中間體進行,如: [RO(H)CH3]+Br-.
有些醚類能於三溴化硼條件中迅速分解,有時還可用更強的路易斯酸如:三氯化鋁反應,製備溴代烷烴。這些都取決於取代基的不同,還有些醚類可在特定的試劑中發生裂解,如非常強的鹼。
過氧化物
臨近氧原子,含有CH基團的一級醚或二級醚易形成有機過氧化物,如:乙醚過氧化物。該反應需要氧氣(或者空氣)參與,且在光、金屬和醛的催化下加速反應。得到的過氧化物在高溫或高濃度下具爆炸性,因此操作二異丙基醚、四氫呋喃等醚類溶劑大多都不可蒸乾,而廠商在分裝醚類試劑也會放入一些穩定劑,防止大量產生過氧化物。
作為路易斯鹼
醚類可作為路易斯鹼及布侖斯惕鹼。強酸與醚發生反應,可提供給醚氧原子一個質子,從而形成:「鎓離子」,如:乙醚可以與三氟化硼形成絡合物(BF3.OEt2) 。醚還可與二價鎂絡合成格氏試劑。多聚醚都可與鹼金屬離子牢固的結合。
α-鹵代反應
該反應類似於醚的α氫原子發生過氧化的反應,如:單質氯製備α-氯代醚的反應。