在高中化学中,肟(读作“wò”)是一类相对“小众”但非常重要的有机化合物。它通常出现在有机化学的选修模块中,尤其是在学习醛、酮的性质以及同分异构体时会涉及。下面为你详细介绍。
一、什么是肟?
肟是醛或酮与羟胺(NH₂OH)发生亲核加成-消除反应后生成的一类化合物,其官能团特征是含有碳氮双键(C=N)并且氮原子上连接一个羟基(-OH)。
- 醛肟(由醛得到):结构为R–CH=N–OH
- 酮肟(由酮得到):结构为R–C(=N–OH)–R’(两个R可以是相同或不同)
通式:
对于醛肟,写作R–CH=N–OH;对于酮肟,写作R–C(=NOH)–R’。
二、肟的结构特点(高中需掌握)
C=N 双键:类似于碳碳双键,碳氮双键也不能自由旋转,因此肟存在顺反异构(Z/E异构)。
- 当两个较优基团在双键同侧为Z 型(或顺式),异侧为E 型(或反式)。
- 例如:乙醛肟 CH₃–CH=N–OH,甲基和羟基相对位置不同,得到两种异构体。
分子间氢键:肟中的羟基(-OH)和氮原子(N)之间可以形成氢键,影响其物理性质(如熔点、沸点)。
三、肟的制备(高中核心反应)
醛/酮 + 羟胺 → 肟 + 水
反应通式:
- 醛 + NH₂OH → 醛肟 + H₂O
R–CHO + H₂N–OH → R–CH=N–OH + H₂O - 酮 + NH₂OH → 酮肟 + H₂O
R–CO–R' + H₂N–OH → R–C(=N–OH)–R' + H₂O
反应条件:通常在弱酸性或弱碱性水溶液/醇溶液中进行,羟胺常以盐酸羟胺(NH₂OH·HCl)形式使用,并加入碱(如Na₂CO₃或吡啶)中和释放的HCl。
高中考点:该反应属于加成-消除机理(亲核加成→脱水),可用于鉴别醛、酮(因为生成的肟多为白色结晶,有固定熔点)。
四、肟的重要性质(高中及竞赛拓展)
1. 酸催化重排——贝克曼重排
这是肟最著名的一个性质。
条件:酮肟在强酸(如浓H₂SO₄、多聚磷酸、PCl₅等)作用下,发生分子内重排生成N-取代酰胺。
反应通式:
环己酮肟 → 己内酰胺(尼龙-6的单体,工业上极其重要)
非环酮肟:R–C(=NOH)–R’ → R–CO–NH–R’ (迁移基团来自与羟基处于反位的R或R’)
高中常考:判断重排产物时,记住与羟基处于反式的基团迁移到氮上。
2. 还原反应
肟可以被还原(如用LiAlH₄、Na/C₂H₅OH等)得到伯胺:
R–CH=N–OH → R–CH₂–NH₂(醛肟还原得伯胺)
酮肟还原得相应的伯胺(实际上是两种取代基的混合物,因为C=N还原后生成一个手性中心)。
3. 水解逆反应
肟在稀酸中加热可以水解回原来的醛或酮和羟胺,因此肟可作为醛酮的保护基。
五、高中常见考点与例题
同分异构体:
例如分子式为 C₃H₇NO 的肟,写出可能结构(注意醛肟和酮肟的区别,以及顺反异构)。反应类型判断:
给定一个反应:醛 + 羟胺 → 肟,属于取代反应?加成反应?通常叫“加成-消除反应”。贝克曼重排的产物推断:
给出一个酮肟结构,要求写出酸处理后生成的酰胺。与银镜反应、斐林试剂的区别:
肟不被弱氧化剂氧化,但醛肟仍有醛基吗?——注意:醛肟中醛基已变成C=N,不再具有还原性。
六、记忆口诀与总结
- 肟的来源:醛酮遇羟胺,脱水成肟。
- 肟的特征:C=N–OH,存在顺反异构。
- 重排意义:酮肟变酰胺,工业造尼龙。
- 还原价值:肟还原得伯胺。