酮的製備

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引言

羰基 (𝑪 = 𝑶) 存在於稱為酮的化學分子中。酮是反應迅速的化學物質。酮和醛關係密切，但酮的反應活性比醛弱。

酮的不均勻電荷分佈導致其極性特徵。酮是許多構建塊的基礎。它可以用於製造紡織品、溶劑（用於製造炸藥）、油漆、清漆等。酮還用於水力壓裂劑的處理、修復和染色。實驗室和工業規模上經常使用多種酮的製備方法。

什麼是酮？

酮可以被認為是有機化合物，含有羰基，即一個碳原子與一個氧原子連線，其餘鍵與烴基相連。在酮的情況下，兩個 R 基團連線到羰基(𝑪 = 𝑶)。酮基存在於消炎藥中。

酮的結構

在化學中，酮是一個官能團，其化學式為$\mathrm{R_{2}C\:=\:0}$。酮中的羰基碳通常被稱為“𝒔𝒑𝟐雜化”。酮圍繞酮羰基碳呈三角平面形，具有約120°的碳-碳-碳鍵角和碳-碳-氧鍵角。與醛不同，酮分子中羰基 (𝑪𝑶) 連線到碳骨架中的兩個碳原子。

酮的反應

酮被認為是化學中最高反應活性的物質之一。然而，酮比醛不那麼活潑和反應性。考慮到羰基是所有化學反應的基礎，酮和醛是相似的。酮的極性特徵是由其不均勻的電荷分佈引起的。不均勻的排列導致碳原子上帶正電荷。以下是酮的一些重要反應：

• 親核試劑對酮羰基的進攻。 −

親核試劑加到羰基的親電碳上。隨後進行質子化，形成𝑂 − 𝐻鍵。

• 酮與氨或1°胺反應可以生成亞胺。 −

與醇的反應

當酮與醇或醇鹽反應時，會生成半縮酮或其相應的鹼。二醇轉化為縮酮。此反應用於保護酮。

• 酮與強氧化劑反應生成羧酸。 −

• 與鹵素的反應 −

烯醇作為介質，將酮轉化為α-滷代酮。

• 與還原劑的反應 −

酮與還原劑如$\mathrm{LiAlH_{4}}$反應生成仲醇。

酮的鑑定

• 透過化學名稱 − 僅透過其化學名稱即可鑑定酮。化學名稱末尾的“one”字尾表示酮的存在。

• 透過溶解度 − 必須研究溶液在水中的溶解度和沸點，根據其物理特性來確定酮。如果它是關鍵成分，則其在水中的溶解度和沸點都將非常重要。

• 透過光譜 − 酮和醛在接近1700 𝒄𝒎−𝟏的紅外波長處強烈吸收。根據組成，13𝐶 𝑁𝑀𝑅譜顯示訊號略微向下場移動到200 ppm。

• 有機試劑 − 酮在2,4-二硝基苯肼試驗（布拉迪試驗）中呈陽性結果，在費林溶液或託倫試劑試驗中呈陰性結果。

酮的製備

在化學實驗室和工業規模上，經常使用多種酮的製備方法。以下是其中一些方法：

由腈製備酮

透過這種方法，可以使用格氏試劑作用於腈來製備酮。格氏試劑將靶向腈中的親電碳中心以生成亞胺鹽。生成的溶液必須經過水解才能得到酮作為產物。

格氏試劑與腈在水性酸中反應，會生成酮，同時產生氨和鎂鹽作為副產物。

透過醇的脫氫製備酮

如果從相應的醇分子中去除一個氫分子，則醇會發生脫氫反應。在氧化過程中，C − O和O − H強的鍵被還原為純粹的C = O鍵。因此，需要仲醇的脫氫來形成酮。

然而，對於叔醇，由於在這種情況下不存在α-氫，因此應在有機物的氧化之後用脫水過程代替脫氫過程。

由醯氯製備酮

一旦格氏試劑與醯氯反應後暴露於強金屬鹵化物中，酮就會合成。例如，當氯化鎘被迫與敏感試劑反應時，會產生二烷基鎘。此後產生的產物準備好與醯氯反應生成酮。

反應 −

該過程的機理如下所示

由苯和取代苯製備酮

苯及其取代形式易於生成芳香酮。這被認為是化學中製備芳香酮最有效的方法。該方法包括用醯氯處理苯以生成酮。只有催化劑（例如路易斯酸，如用醯氯處理的苯$\mathrm{AlCl_{3}}$）的存在才能使這種反應成為可能。

反應 −

該過程的機理如下所示

步驟1 − 親電試劑的形成。

步驟2 − 親電試劑對苯環的進攻。

結論

酮的標準式為𝑹(𝑪 = 𝑶)𝑹′，其中 R 和 R' 可以是烷基或芳基。根據其取代基，它們分為兩種型別：酮的對稱形式和不對稱形式。酮可以透過多種方法大量製備，並在實驗室中製備。烴、醇和其他化合物經常發生氧化反應生成酮。

常見問題解答

1. 哪種方法不使用烷基腈來製備酮？

烷基腈不能在酸中水解以釋放酮。

2. 什麼可以還原酮？

幾種還原劑可以還原醛和酮。兩種主要的還原劑是硼氫化鈉和氫化鋁鋰。

3. 為什麼酮不氧化？

酮不易氧化，因為它們的羰基不含氫原子。酮只能被非常強的氧化劑（如高錳酸鉀溶液）氧化。

4. 為什麼酮的反應速度比醛慢？

因為酮中的兩個烷基顯著降低了羰基碳的親電性，比醛中的親電性低，所以酮比醛活性低。

5. 為什麼酮的沸點比醛高？

酮的沸點比異構醛略高。這是因為羰基碳被兩個給電子基團包圍，使其更極性。