酮的制备

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引言

羰基 (𝑪 = 𝑶) 存在于称为酮的化学分子中。酮是反应迅速的化学物质。酮和醛关系密切，但酮的反应活性比醛弱。

酮的不均匀电荷分布导致其极性特征。酮是许多构建块的基础。它可以用于制造纺织品、溶剂（用于制造炸药）、油漆、清漆等。酮还用于水力压裂剂的处理、修复和染色。实验室和工业规模上经常使用多种酮的制备方法。

什么是酮？

酮可以被认为是有机化合物，含有羰基，即一个碳原子与一个氧原子连接，其余键与烃基相连。在酮的情况下，两个 R 基团连接到羰基(𝑪 = 𝑶)。酮基存在于消炎药中。

酮的结构

在化学中，酮是一个官能团，其化学式为$\mathrm{R_{2}C\:=\:0}$。酮中的羰基碳通常被称为“𝒔𝒑𝟐杂化”。酮围绕酮羰基碳呈三角平面形，具有约120°的碳-碳-碳键角和碳-碳-氧键角。与醛不同，酮分子中羰基 (𝑪𝑶) 连接到碳骨架中的两个碳原子。

酮的反应

酮被认为是化学中最高反应活性的物质之一。然而，酮比醛不那么活泼和反应性。考虑到羰基是所有化学反应的基础，酮和醛是相似的。酮的极性特征是由其不均匀的电荷分布引起的。不均匀的排列导致碳原子上带正电荷。以下是酮的一些重要反应：

• 亲核试剂对酮羰基的进攻。 −

亲核试剂加到羰基的亲电碳上。随后进行质子化，形成𝑂 − 𝐻键。

• 酮与氨或1°胺反应可以生成亚胺。 −

与醇的反应

当酮与醇或醇盐反应时，会生成半缩酮或其相应的碱。二醇转化为缩酮。此反应用于保护酮。

• 酮与强氧化剂反应生成羧酸。 −

• 与卤素的反应 −

烯醇作为介质，将酮转化为α-卤代酮。

• 与还原剂的反应 −

酮与还原剂如$\mathrm{LiAlH_{4}}$反应生成仲醇。

酮的鉴定

• 通过化学名称 − 仅通过其化学名称即可鉴定酮。化学名称末尾的“one”后缀表示酮的存在。

• 通过溶解度 − 必须研究溶液在水中的溶解度和沸点，根据其物理特性来确定酮。如果它是关键成分，则其在水中的溶解度和沸点都将非常重要。

• 通过光谱 − 酮和醛在接近1700 𝒄𝒎−𝟏的红外波长处强烈吸收。根据组成，13𝐶 𝑁𝑀𝑅谱显示信号略微向下场移动到200 ppm。

• 有机试剂 − 酮在2,4-二硝基苯肼试验（布拉迪试验）中呈阳性结果，在费林溶液或托伦试剂试验中呈阴性结果。

酮的制备

在化学实验室和工业规模上，经常使用多种酮的制备方法。以下是其中一些方法：

由腈制备酮

通过这种方法，可以使用格氏试剂作用于腈来制备酮。格氏试剂将靶向腈中的亲电碳中心以生成亚胺盐。生成的溶液必须经过水解才能得到酮作为产物。

格氏试剂与腈在水性酸中反应，会生成酮，同时产生氨和镁盐作为副产物。

通过醇的脱氢制备酮

如果从相应的醇分子中去除一个氢分子，则醇会发生脱氢反应。在氧化过程中，C − O和O − H强的键被还原为纯粹的C = O键。因此，需要仲醇的脱氢来形成酮。

然而，对于叔醇，由于在这种情况下不存在α-氢，因此应在有机物的氧化之后用脱水过程代替脱氢过程。

由酰氯制备酮

一旦格氏试剂与酰氯反应后暴露于强金属卤化物中，酮就会合成。例如，当氯化镉被迫与敏感试剂反应时，会产生二烷基镉。此后产生的产物准备好与酰氯反应生成酮。

反应 −

该过程的机理如下所示

由苯和取代苯制备酮

苯及其取代形式易于生成芳香酮。这被认为是化学中制备芳香酮最有效的方法。该方法包括用酰氯处理苯以生成酮。只有催化剂（例如路易斯酸，如用酰氯处理的苯$\mathrm{AlCl_{3}}$）的存在才能使这种反应成为可能。

反应 −

该过程的机理如下所示

步骤1 − 亲电试剂的形成。

步骤2 − 亲电试剂对苯环的进攻。

结论

酮的标准式为𝑹(𝑪 = 𝑶)𝑹′，其中 R 和 R' 可以是烷基或芳基。根据其取代基，它们分为两种类型：酮的对称形式和不对称形式。酮可以通过多种方法大量制备，并在实验室中制备。烃、醇和其他化合物经常发生氧化反应生成酮。

常见问题解答

1. 哪种方法不使用烷基腈来制备酮？

烷基腈不能在酸中水解以释放酮。

2. 什么可以还原酮？

几种还原剂可以还原醛和酮。两种主要的还原剂是硼氢化钠和氢化铝锂。

3. 为什么酮不氧化？

酮不易氧化，因为它们的羰基不含氢原子。酮只能被非常强的氧化剂（如高锰酸钾溶液）氧化。

4. 为什么酮的反应速度比醛慢？

因为酮中的两个烷基显著降低了羰基碳的亲电性，比醛中的亲电性低，所以酮比醛活性低。

5. 为什么酮的沸点比醛高？

酮的沸点比异构醛略高。这是因为羰基碳被两个给电子基团包围，使其更极性。