2010年11月26日 星期五

縮合反應Condensation Reaction 2010.11.27修正

有機化學的基礎218

1.      縮合反應2個「分子」交互作用成複雜的「中間產物」,最後,「中間產物」形成一個比反應物複雜的「產物」,「反應物」變成「產物」的過程通常會失去1個小分子。

2.      舉例來說,在酸性催化劑中,「carboxylic acid」和「」會產生「酯ester」(更複雜的分子)和「水」(1個簡單的分子)。

3.      以上反應,2個不同的有機反應物(1個「酸」和1個「醇」)結合成「酯ester」,「產物酯」的原子數2個「反應物」原子數總加起來少,因為反應產生一個副產品「水」。

4.      醇醛縮合反應 Aldol Condensation reaction,是一個形成「CC」鍵的縮合反應範例

5.      2個同樣的「反應物」(酮ketone)結合成更高分子量的「酮」,並形成「水」這個副產品。

勒沙特列原理Le Chatelier’s Principle

1.      許多縮合反應是可逆的,而且平衡位置也可能被操控,舉例來說,只要用蒸餾等方法,把剛形成的「產物」分子移除,「平衡位置」就可以移往產物方向。

2.      換言之,反應系統會去補償「損失」的產物,這就是「平衡位置」依據勒沙特列原理移動。

3.      一個由AB形成CD的反應:

A+B←→C+D

4.      勒沙特列原理主張,要讓「平衡位置」移往CD,可以透過增加AB,或同時增加AB二種反應物的濃度,製造由左邊往右推的力量;或減少CD,或同時減少CD二種產物的濃度,製造從右邊拉左邊過來的力量。

5.      要讓「平衡位置」移往AB,可以透過增加CD,或一起增加CD二種產物的濃度,製造由右邊往左推的力量;或者減少AB,或一起減少AB二種反應物的濃度

6.      勒沙特列原理不僅適用於縮合反應,也適用於其他的平衡反應。

n   翻譯編寫 Marye Anne Fox, James K. WhitesellOrganic Chemistry

 

徐弘毅:

1.      縮合反應2個「分子」交互作用成複雜的「中間產物」,最後,「中間產物」形成一個比反應物複雜的「產物」,「反應物」變成「產物」的過程通常會失去1個小分子。

2.      縮合反應會產生中間產物,這是多步驟反應。「中間產物」比反應物分子複雜,所以,「中間產物」應該是2個「反應物分子」形成「化學鍵」結合的成果。

3.      以「酸」和「醇」的縮合反應來說,「中間產物」應該是,醇「HOCH3」的「H」原子核,受到「酸基COOH」上「O」的「未鍵結電子」的吸引,而形成一個不穩定的化學鍵。

4.      這個由「酸」和「醇」鍵結組成的龐大中間產物,非常不穩定,因為「酸基COOH」的「碳C」連接的原子數太多「OHHOCH3」,而且主要的大原子「OOC」沒辦法排出恰當的鍵結順序。

5.      經過一番競爭之後,「碳C」連接的原子群,淘汰2個「H」和1個「O」共3個原子,這三個原子結合成「水H2O」,剩下的「OCH3」與「碳C」結合,成為產物「酯ester」。

6.      縮合反應的產物「酯」是更複雜的分子。反應物「醇」是「CH3COOH」和「HOCH3」,產物「酯」的化學式「CH3CO OCH3」,分子變得更大,並且有一個副產品「HOH」。

7.      醇醛縮合反應 Aldol Condensation reaction的反應過程,從網路上的版本來看,科學界多數的人認為,用「酸」或「鹼」的催化,來推掉或吸走「酮」的取代基「CH3」上的「氫」,使二個酮的取代基「CH3」互相吸引鍵結成「CC」。

8.      我認為「酸」與「鹼」的催化,可以鬆動任何與「氫H」鍵結的化學鍵,例如「CH」,有助於化學鍵的斷裂或形成,但是,二個「酮」的結合方式,比較合理的推測是:

9.      首先,二個「酮」的碰撞角度應該是,左邊第一個「酮」的「氧O」碰撞到右邊第二個「酮」的「甲基CH3」,「氧O」的「未鍵結電子」吸引「甲基CH3」的「氫H」。

10.  因為在「酮」分子中,「氫H」的唯一價電子與「碳」鍵結,「氫H」對外容易展現原子核的「正電極性」,這使得右邊第二個酮的「甲基CH3」上的「氫H」,遇到左邊第一個酮的「氧O」,能夠形成「OH」的「氫鍵」。

11.  如果周遭環境有「鹼」或「酸」等催化劑鬆動「酮」的化學鍵,那麼,左邊第一個酮的「氧」與「碳」的雙鍵「CO」,與右邊第二個酮的「氫」與「碳」的化學鍵「CH」會處於瀕臨斷裂的狀態下,因此,在碰撞下,很有機會使「氧O」與2個「氫H」形成「水H2O」脫離。

12.  然後,左邊的酮失去「氧O」的「碳C」,與右邊的「酮」失去2個「氫原子核」的「碳C」,互相鍵結;由於這二個「碳」都提供2個「價電子」鍵結,因此形成的「化學鍵」是雙鍵(共有4個價電子)。

13.  也就是,醇醛縮合反應,是一個「酮」的官能基「CO」,撞上另一個「酮」的取代基「CH3」的結果;碰撞的時候擠掉1個「水H2O」分子,撞擊力道使二個剛失去鍵結原子(OH2)的「碳」互相鍵結成「CC」。

 

 

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