醫(yī)用化學(xué):第一節(jié)　醛和酮

一、醛和酮的構(gòu)造

羰基與一個氫原子和一個烴基相連的化合物叫做醛（甲醛例外，它的，羰基與兩個氫原子相連)，可用通式表示

。”稱為醛基，是醛的官能團(tuán)，可簡寫為-CHO，它位于碳鏈的一端。

羰基與兩個烴基相連的化合物叫做酮，可用通式表示。酮的官能團(tuán)

稱為酮基，位于碳鏈中間。在一元酮中，兩個烴基相同的叫單酮，兩個烴基不同的叫做混酮。

羰基中的碳原子為sp²雜化，其中一個sp²雜化軌道與氧原子的一個p軌道按軸向重疊形成σ鍵；碳原子未參與雜化的p軌道與氧原子的另一個p軌道平行重疊形成π鍵。因此，羰基碳氧雙鍵是由一個σ鍵和一個π鍵組成的。

由于氧原子的電負(fù)性比碳原子大，因此羰基中π電了云偏向于氧原子一邊，使羰基碳原子帶有部分正電荷，而氧原子則帶有部分負(fù)電荷。羰基的極化情況可表示如下：

二、醛和酮的命名

（一)普通命名法

簡單的脂肪醛按分子中的碳原子的數(shù)目，稱為某醛。例如：

簡單的酮可按羰基所連接的兩上烴基命名。例如：

（二)系統(tǒng)命名法

對構(gòu)造比較復(fù)雜的醛、酮則用系統(tǒng)命名法命名。命名時先選擇包括羰基碳原子在內(nèi)的最長碳鏈作主鏈，稱為某醛或某酮。從醛基一端或從靠近酮基一端開始把主鏈中碳原子編號。由于醛基一定在碳鏈的鏈端，故不必用數(shù)字標(biāo)明其位置，但酮基的位置必須標(biāo)明，寫在酮名的前面。主鏈上如有支鏈或取代基，應(yīng)標(biāo)明位次，把它的位次（按次序規(guī)則)、數(shù)目、名稱寫在某醛、某酮的前面。主鏈中碳原子的編號也可以用希臘字母表示，即把與羰基碳直接相連的碳原子用α表示，其它碳原子依次為β，γ…

命名不飽和醛、酮則需標(biāo)出不飽和鍵和羰基的位置。

多元醛、酮命名時，同樣選擇包括羰基碳原子在內(nèi)的最長碳鏈作為主鏈，編號時使羰基位置數(shù)字最小，同時加上用漢字?jǐn)?shù)字表示的羰基數(shù)目。

芳香醛、酮的命名，是以脂肪醛、酮為母體，芳香烴基作為取代基。

三、醛、酮的物理性質(zhì)

在常溫下，除甲醛是氣體外，12個碳原子以下的脂肪醛、酮都是液體，高級脂肪醛、酮和芳香酮多為固體。

由于醛或酮分子之間不能形成氫鍵，沒有締合現(xiàn)象，故它們的沸點比相對分子質(zhì)量相近的醇低。但由于羰基的極性，增加了分子間的引力，因此沸點較相應(yīng)的烷烴高。如表15-1所示。

表15－1　相對分子質(zhì)量相近的烷、醇、醛、酮的沸點

醛、酮羰基上的氧可以與水分子中的氫形成氫鍵，因而低級醛、酮（如甲醛、乙醛、丙酮等)易溶于水，但隨著分子中碳原子數(shù)目的增加，它們的溶解度則迅速減小。醛和酮易溶于有機(jī)溶劑。一些醛、酮的物理常數(shù)見表15-2。

表15-2一些醛、酮的物理常數(shù)

名稱	構(gòu)造式	熔點/℃	沸點/℃	相對密度	溶解度g·(100H2O)-1
甲醛	HCHO	-92	-19.5	0.815	55
乙醛	CH3CHO	-123	20.8	0.781	溶
丙醛	CH3CH2CHO	-81	48.8	0.807	20
丁醛	CH3CH2CH2CHO	-97	74.7	0.817	4
乙二醛		15	50.4	1.14	溶
丙烯醛	CH2=CHCHO	-87.7	53	0.841	溶
苯甲醛		-26	179	1.046	0.33
丙酮	CH3COCH3	-95	56	0.792	溶
丁酮	CH3COCH2CH3	-86	79.6	0.805	35.3
2-戊酮	CH3COCH2CH2CH3	-77.8	102	0.812	幾乎不溶
3-戊酮	CH3CH2COCH2CH3	-42	102	0.814	4.7
環(huán)己酮		-16.4	156	0.942	微溶
4-甲基-3-戊烯-2-酮	（CH3)2C=CHCOCH3	-59	130	0.865	溶
丁二酮		-2.4	88	0.980	25
2，4-戊二酮		-23	138	0.792	溶
苯乙酮		19.7	202	1.026	微溶
二苯甲酮		48	306	1.098	不溶

四、醛、酮的化學(xué)性質(zhì)

醛、酮的化學(xué)性質(zhì)主要決定于羰基。由于構(gòu)造上的共同特點，使這兩類jfsoft.net.cn/zhicheng/化合物具有許多相似的化學(xué)性質(zhì)。但是醛與酮的構(gòu)造并不完全相同，使它們在反應(yīng)性能上也表現(xiàn)出一些差異。一般說來，醛比酮活潑，有些反應(yīng)醛可以發(fā)生，而酮則不能。

（一)羰基的加成

同碳碳雙鍵一樣，羰基中的碳氧雙鍵也是由一個σ鍵和一個π鍵所組成，所以醛、酮都易發(fā)生加成反應(yīng)。但和烯烴的親電加成不同，羰基的加成屬于親核加成。由于氧原子的電負(fù)性大于碳原子，使羰基發(fā)生極化，氧原子帶有部分負(fù)電荷，碳原了帶有部分正電荷。一般說來，帶負(fù)電荷的氧比帶正電荷的碳較為穩(wěn)定。所以，當(dāng)羰基化合物發(fā)生加成反應(yīng)時，首先是試劑中帶負(fù)電荷的部分加到羰基的碳原子上，形成氧帶負(fù)電荷的中間體，然后試劑中帶正荷部分加到帶負(fù)虵荷的氧上。這種由親核試劑（能提供電子對的試劑)進(jìn)攻而引起蝗加成反應(yīng)叫做親核加成反應(yīng)。這類加反應(yīng)可用于下式表示：

醛和酮可以與氫氰酸、亞梳酸氫鈉、醇、氨的衍生物（如羥胺、肼等)試劑起加成反應(yīng)。在反應(yīng)產(chǎn)物中都是試劑中的氫與羰基上的氧相連接，其余部分與羰基的碳相連。

1．加氫氰酸

醛及脂肪族甲基酮與氫氰酸作用，生成α-α羰基腈。

從上面的反應(yīng)式或以看出，生成物比反應(yīng)物增加了一個碳原子，因此這個反應(yīng)可用來增長化合物的碳鏈。羥基腈在酸性水溶液中水解，即可得到羥基酸。

如果在醛、酮與氫氰酸反應(yīng)中加入少量堿時，則反應(yīng)速率明顯加快；但如果加入酸，則抑制反應(yīng)的進(jìn)行。其原因是氫氰酸是一個弱酸，其離解過程為：

在上述平衡體系中加入酸， 能HCN的離解，加入堿則促進(jìn)HCN的離解，使CN-濃度增大。堿能加速羰基與氫氰酸的加成反應(yīng)表明，氫氰 酸不是以jfsoft.net.cn/sanji/分子，而是以CN-及H+參加反應(yīng)的。又因堿的加入，能增加CN-的濃度，所以首先向羰基進(jìn)攻的是CN-。這是親核加成反應(yīng)歷程的實驗基礎(chǔ)。

對于同一種親核試劑，親核加成的難易取決于羰基碳原子所帶正電荷的強(qiáng)弱及位阻效應(yīng)的大小。所謂位阻效應(yīng)是指分子中相鄰的原子或原子團(tuán)，在空間所占的體積和位置而產(chǎn)生的影響。羰基碳原子所帶正電荷越多，反應(yīng)越容易進(jìn)行；羰基上連接的烴基越大則位阻效應(yīng)越大，親核試劑就越不容易靠近，反應(yīng)也就越不容易進(jìn)行。酮的羰基和兩個烴基相連，由于烷基的斥電子作用，降低了羰基碳原子的正電荷；另一方面酮的兩上烴基增大了位阻效應(yīng)，所以在許多親核加成反應(yīng)中，酮一般不如醛活潑。醛、酮親核加成反應(yīng)活潑性順序排列如下：

2．加亞硫酸氫鈉

醛、脂肪族甲基酮和低級環(huán)酮（成環(huán)的碳原子在8個以下)都能與過量的飽和亞硫酸氫鈉溶液發(fā)生加成反應(yīng)，生成穩(wěn)定的亞硫酸氫鹽中成物。

上述反應(yīng)是可逆的。為使反應(yīng)完全，常加入過量的飽和亞硫酸氫鈉溶液，促使反應(yīng)向右移動。由于這些加成物能被稀酸或稀堿分解成原來的醛或甲基酮，故常用這個反應(yīng)來分離、精制醛或甲基酮。

其它脂肪酮或芳香酮（包括芳香族甲基酮)由于受位阻效應(yīng)的影響難以進(jìn)行這種加成反應(yīng)。

3．加醇

醛與醇在干燥氯化氫的催化下，發(fā)生加成反應(yīng)，生成半縮醛。

開鏈半縮醛是一類不穩(wěn)定的化合物，能繼續(xù)與另一分子醇作用，失去一分子水生成縮醛�？s醛是具有水果香味的液體，性質(zhì)與醚相近。縮醛對氧化劑和還原劑都很穩(wěn)定，在堿性溶液中也相當(dāng)穩(wěn)定，但在酸性溶液中則可以水解生成原來的醛和醇。在有機(jī)合成中，常先將含有醛基的化合物轉(zhuǎn)變成縮醛，然后再進(jìn)行別的化學(xué)反應(yīng)，最后使縮醛變?yōu)樵瓉淼娜�，這樣可以避免活潑的醛基在反應(yīng)中被破壞，即利用縮醛的生成來保護(hù)醛基。

酮在同樣情況下不易生成縮酮。但是環(huán)狀的縮酮比較容易形成。例如：

若在同一分子中既含有羰基又含有羥基，則有可能在分子內(nèi)生成環(huán)狀半縮醛（酮)。半縮醛（酮)、縮醛（酮)比較重要，因為它是學(xué)習(xí)糖類化學(xué)的基礎(chǔ)，以后還要討論。

4．與氨的衍生物的反應(yīng)

醛、酮與氨的衍生物如羥胺、肼、2，4-二硝基苯肼等試劑作用，則生成相應(yīng)的含碳氨雙鍵的化合物，其名稱及構(gòu)造分別為：

這此反應(yīng)首先是N-H鍵斷裂和與羰基加成，然后再脫去一分子水生成肟或腙。例如：

醛、酮與2，4-二硝基苯肼作用生成的2，4-二硝基苯腙是黃色結(jié)晶，具有一定的熔點，反應(yīng)也很明顯，便于觀察，所以常被用來鑒別醛、酮。其它反應(yīng)的產(chǎn)物肟、腙大都也是具有一定熔點的晶體，亦可用來鑒別醛、酮。因此，把這些氨的衍生物稱為羰基試劑（即檢驗羰基的試劑)。

肟、腙等在稀酸作用下，可水解為原來的醛、酮，故可利用這些反應(yīng)來分離和精制醛、酮。

（二)α碳原子上氫的反應(yīng)

醛、酮分子中的α碳原子上的氫比較活潑，容易發(fā)生反應(yīng)，故稱為α活潑氫原子。若α碳原子上連接三個氫原子，則稱其為活潑甲基。

醛、酮α碳原子上的氫因受羰基的影響具有活潑性，這是由于羰基的極化使α碳原子上C-H鍵的極性增強(qiáng)，氫原子有成為質(zhì)子離去的趨向，很容易發(fā)生反應(yīng)。

醛或酮的α氫原子易被鹵素取代，生成α-鹵代醛或酮。例如：

鹵化反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行時，也可生成α，α-二鹵代物和α，α，α-三鹵代物。

鹵代醛或鹵代酮都具有特殊的刺激性氣味。三氯乙醛的水合物CCL3CH（OH)2，又稱水合氯醛，具有催眠作用；溴丙酮具有催淚作用；

-溴苯乙酮的催淚作用更強(qiáng)，可用作淚瓦斯。

含有活潑甲基的醛或酮與鹵素的堿溶液作用，三個α氫原子都被鹵素取代，但生成的α，α，α三鹵代物在堿性溶液中不穩(wěn)定，立即分解成三鹵甲烷（鹵仿)和羧酸鹽。

因為這個反應(yīng)生成鹵仿，所以稱為鹵仿反應(yīng)。如用碘的堿溶液，則生成碘仿（稱為碘仿反應(yīng))。碘仿為黃色晶體，難溶于水，并具有特殊的氣味，容易識別，可用來鑒別是否含有

構(gòu)造的羰基化合物。

次鹵酸鹽是一種氧化劑，可以使醇類氧成相應(yīng)的醛、酮。因此，凡具有

構(gòu)造的醇會先被氧化成乙醛或甲基酮，再進(jìn)行鹵仿反應(yīng)。所以碘仿

反應(yīng)也能鑒別具有上述構(gòu)造的醇類。如乙醇、異丙醇等。

2．羥醛縮合

含有氫原子的醛在稀堿的作用下，一分子醛的α氫原子加到另一分子醛的羰基氧原子上，其余部分加到羰基的碳原子上，生成既含有羥基又含有醛基的β-羥基醛（醇醛)，這個反應(yīng)稱為羥醛縮合或醇醛縮合。例如：

在堿或酸性溶液中加熱時，β-羥 基醛易脫水生成α，β-不飽和醛。例如：

含有α氫原子的酮也可以發(fā)生類似的反應(yīng)，生成β-羥 基酮，脫水后生成α，β-不飽和酮。

（三)還原反應(yīng)

醛或酮經(jīng)催化氫化可分別被還原為伯醇或仲醇。

醛、酮與氫化鋁鋰（LiALH4)、硼氫化鈉（NaBH4)或異丙醇鋁(AL[OCH(CH3)2]3)作用，也都還原生成相應(yīng)的醇。這些還原劑具有較高的選擇性，只能還原羰基，而不影響分子中的碳碳雙鍵等其它可被催化氫化的基團(tuán)。例如，巴豆醛若用鎳催化氫化則得到正丁醇，而用LiALH4還原可以得到巴豆醇。 >

（四)醛的特殊反應(yīng)

醛的羰基碳原子上連有氫原子，因此容易被氧化，不僅強(qiáng)氧化劑，即使氧化劑也可以使它氧化。醛氧化時生成同碳數(shù)的羧酸。酮則不易被氧化。

一些弱氧化劑只能使醛氧化而不能使酮氧化，說明醛具有還原性而酮一般沒有還原性。因此，可以利用弱氧化劑來區(qū)別醛和酮。常用的弱氧化劑有土倫試劑、費林試劑和本尼迪特。

1．與土倫試劑反應(yīng)

土倫試劑是由硝酸銀堿溶液與氨水制得的銀氨配合物的無色溶液。它與醛共熱時，醛被氧化成羧酸，試劑中的一價銀離子被還原成金屬銀析出。由于析出的銀附著在容器壁上形成銀鏡，因此這個反應(yīng)叫做銀鏡反應(yīng)。

氧化劑也可以使它氧化。醛氧化時生成同碳數(shù)的羧酸。酮則不易被氧化。

一些弱氧化劑只能使醛氧化而不能使酮氧化，說明醛具有還原性而酮一般沒有還原性。因此，可以利用弱氧化劑來區(qū)別醛和酮。常用的弱氧化劑有土倫試劑、費林試劑和本尼迪特。

1．與土倫試劑反應(yīng)

土倫試劑是由硝酸銀堿溶液與氨水制得的銀氨配合物的無色溶液。它與醛共熱時，醛被氧化成羧酸，試劑中的一價銀離子被還原成金屬銀析出。由于析出的銀附著在容器壁上形成銀鏡，因此這個反應(yīng)叫做銀鏡反應(yīng)。

此反應(yīng)可簡單表示如下：

2．與費林試劑反應(yīng)

費林試劑包括甲、乙兩種溶液，甲液是硫酸銅溶液，乙液是酒石鉀鈉和氫氧化鈉溶液。使用時，取等體積的甲、乙兩液混合，開始有氫氧化銅沉淀產(chǎn)生，搖勻后氫氫化銅即與酒石酸鉀鈉形成深藍(lán)色的可溶性配合物。

費林試劑能氧化脂肪醛，但不能氧化芳香醛，可用來區(qū)別脂肪醛和芳香醛。費林試劑與脂肪醛共熱時，醛被氧化成羧酸，而二價銅離子則被還原為磚紅色的氧化亞銅沉淀。

本尼迪特試劑也能把醛氧化成羧酸。它是由硫酸銅、碳酸鈉和檸檬酸鈉組成的溶液。它與醛的作用原理和費林試劑相似。臨床上常用它來檢查尿液中的葡萄糖。

（五)聚合反應(yīng)

甲醛、乙醛等低級醛可以發(fā)生聚合反應(yīng)，生成鏈狀或環(huán)狀化合物。例如：

甲醛溶液長期放置后，生成多聚甲醛的白色固體。一般認(rèn)為甲醛在水溶液中是以水合物形式存在的，這些水合物失去縮合即生成鏈狀的多聚甲醛。

n一般最多可達(dá)100。多聚甲醛對熱不穩(wěn)定，在100℃時迅速地分解成甲醛。

高級的醛酮較難聚合。

五、個別醛和酮

（一)甲醛

甲醛又叫蟻醛，是具有強(qiáng)烈刺激臭味的無色氣體，沸點-21℃。易溶于水，其40%的水溶液叫“福爾馬林“，用作消毒劑和防腐劑。甲醛溶液能夠消毒防腐的原因是因為甲醛具有使蛋白質(zhì)凝固的性能。

（二)丙酮

丙酮是最簡單的酮類化合物，它是無色液體，沸點56.5℃.丙酮極易溶于水,幾乎能與一切有機(jī)溶劑混溶，也能溶解油脂、蠟、樹脂和塑料等，故廣泛用作溶劑。

患糖尿病的人，由于新陳代謝紊亂的緣故，體內(nèi)常有過量丙酮產(chǎn)生，從尿中排出。尿中是否含有丙酮可用碘仿反應(yīng)檢驗。在臨床上，用亞硝酰鐵氰化鈉[Na2Fe（CN)5NO]溶液的呈色反應(yīng)來檢查：在尿液中滴加亞硝酰鐵氰化鈉和氨水溶液，如果有丙酮存在，溶液就呈現(xiàn)鮮紅色。

（三)樟腦

樟腦是一類脂環(huán)狀的酮類化合物，學(xué)名為2-莰酮，構(gòu)造式為：

樟腦是無色半透明晶體，具有穿透性的特異芳香，味略苦而辛，有清涼感，熔點176-177℃，易升華。不溶于水，能溶于醇等。樟腦是我國的特產(chǎn)，臺灣省的產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的70%，居世界第一位，其它如福建、廣東、江西等省也有出產(chǎn)。樟腦在醫(yī)學(xué)上用途很廣，如作呼吸循環(huán)興奮藥的樟腦油注射劑（10%樟腦的植物油溶液)和樟腦磺酸鈉注射劑（10%樟腦磺酸鈉的水溶液)；用作治療凍瘡、局部炎癥的樟腦醑（10%樟腦酒精溶液)；成藥清涼油、十滴水和消炎鎮(zhèn)痛膏等均含有樟腦。樟腦也可用于驅(qū)蟲防柱。

（四)麝香酮

麝香酮為油狀液體，具有麝香香味，是麝香的主要香氣成分。沸點328℃，微溶于水，能與乙醇互溶。麝香酮的構(gòu)造為一個含15個碳原子的大環(huán)，環(huán)上有一個甲基和一個羰基，屬脂環(huán)酮。

香料中加入極少量的麝香酮可增強(qiáng)香味，因此許多貴重香料常用它作為定香劑。人工合成的麝香廣泛應(yīng)用于制藥工業(yè)。