醇和酚

打开酒柜，白酒的主要成分是乙醇；医院的消毒酒精是乙醇的水溶液；而医生用来消毒皮肤的苯酚制剂，早在一百多年前就被外科医生用于手术消毒，是医学史上第一种正式使用的化学消毒剂。乙醇和苯酚，一个来自发酵的粮食，一个提炼自煤焦油，看起来联系不大，但从结构上看，它们都含有一个相同的官能团——羟基 $\mathrm{-OH}$。羟基连在哪里，决定了这类化合物截然不同的性质。

醇的结构与分类

醇的官能团是羟基 $\mathrm{-OH}$，它与碳链上的某个碳原子直接相连。最简单的一元醇乙醇，结构简式写作 $\mathrm{CH_3CH_2OH}$，羟基挂在末端的碳上。按照羟基的数量，醇可以分成一元醇、二元醇、多元醇：

按羟基所连碳的种类，又可以将醇分为伯醇、仲醇和叔醇：

例题：判断醇的类型

下列三种醇中，哪个是仲醇？

醇的命名

醇的系统命名法遵循以下步骤：选含羟基的最长碳链为主链，从离羟基最近的一端开始编号，在烷烃名称词尾加上“醇”字，并在前面注明羟基所在的位次。

几个常见醇的命名对照：

醇的物理性质

醇分子中的羟基能与其他醇分子或水分子形成氢键，这对醇的沸点和水溶性影响很大。

从表中可以看到两个规律：随着碳链变长，沸点升高，同时在水中的溶解度下降。低碳醇（甲醇、乙醇、丙醇）因为羟基占分子的比例较大，能与水大量形成氢键，所以与水完全混溶；高碳醇中烃基部分越来越大，亲水性越来越弱，类似油脂的性质逐渐体现出来。

对比相同碳数的烷烃，醇的沸点要高得多。以乙烷（$\mathrm{C_2H_6}$，沸点 $-89\ ^\circ\mathrm{C}$）和乙醇（$78.4\ ^\circ\mathrm{C}$）为例，两者碳数相近，但沸点相差将近 ，根本原因就在于醇分子间存在氢键，需要更多能量才能克服分子间的吸引力。

醇的化学性质

醇的化学性质主要由羟基 $\mathrm{-OH}$ 决定。根据断裂的化学键不同，醇可以发生以下几类典型反应。

与活泼金属反应

醇中羟基的氢原子能与活泼金属（如钠）反应，放出氢气。以乙醇与钠的反应为例：

将一小块金属钠投入乙醇中，可以看到钠在液面下持续产生气泡，直到钠全部溶解。这一现象与钠和水反应类似，但反应速率明显更慢，说明乙醇中羟基的活性弱于水。

水的酸性（$\mathrm{O-H}$ 解离能力）强于乙醇，正好符合上表中反应速率的差异。

消去反应

醇在浓硫酸催化下加热，可以从相邻的两个碳上脱去水，生成烯烃，这个反应叫做消去反应（也叫脱水反应）。乙醇在约 $170\ ^\circ\mathrm{C}$ 下的消去反应为：

消去反应中，羟基和相邻碳上的一个氢“一起离开”，形成双键。这就要求连有羟基的碳的相邻碳上至少有一个氢原子——叔丁醇 $\mathrm{(CH_3)_3COH}$ 虽是叔醇，相邻碳上有氢，仍然可以发生消去；但甲醇 $\mathrm{CH_3OH}$ 的碳只连着氢，没有相邻碳，无法发生消去反应。

氧化反应

醇的碳氢键能被氧化剂断开，羟基所在的碳被氧化，生成醛、酮或酸，具体产物取决于醇的类型：

• 伯醇：先氧化为醛，再氧化为羧酸
  例：乙醇 $\rightarrow$ 乙醛 $\rightarrow$ 乙酸
• 仲醇：氧化为酮
  例：2-丙醇 $\rightarrow$ 丙酮
• 叔醇：温和条件下不被氧化
  例：—

乙醇被氧化为乙醛的方程式：

这也是日常生活中“酒变醋”过程的化学本质：乙醇在醋酸菌等的作用下被氧化，先生成乙醛，乙醛再进一步被氧化为乙酸（醋酸）。

酸性高锰酸钾溶液（$\mathrm{KMnO_4}$）也能将醇氧化，且反应更剧烈，伯醇和仲醇都能使酸性 $\mathrm{KMnO_4}$ 溶液褪色，叔醇在室温下不能。

酯化反应

醇中的羟基能与酸中的羧基（$\mathrm{-COOH}$）发生酯化反应，脱去一分子水，生成酯和水。乙醇与乙酸在浓硫酸催化、加热的条件下：

生成的乙酸乙酯 $\mathrm{CH_3COOC_2H_5}$ 是有果香气味的无色液体，密度小于水，不溶于水，会在液面上形成一层油状物。酯化反应是可逆反应，实际操作中常用蒸馏法将乙酸乙酯从反应体系中分离出来，使平衡向生成酯的方向移动，提高产率。

例题：乙醇的系列反应

乙醇分别与下列试剂反应，写出各步反应的化学方程式，并指出反应类型。

（1）乙醇与金属钠反应；（2）乙醇在浓硫酸和 $170\ ^\circ\mathrm{C}$ 下加热；（3）乙醇在铜催化下与氧气反应。

酚的结构

酚类化合物的定义特征是：羟基直接连在苯环上。最简单的酚是苯酚，分子式为 $\mathrm{C_6H_5OH}$，结构上可以看成苯环上的一个氢被 $\mathrm{-OH}$ 取代。

苯酚的 $\mathrm{-OH}$ 氧原子上的电子受苯环“拉扯”，导致 $\mathrm{O-H}$ 键极性增强，氢原子更容易以 $\mathrm{H^+}$ 的形式解离——这就是苯酚显弱酸性的结构原因。醇的羟基没有苯环的这种影响，所以几乎不显酸性。

苯酚的物理性质

苯酚在常温下为无色固体（晶体），暴露在空气中会因部分氧化而呈粉红色。以下是苯酚的关键物理数据：

苯酚在常温下与水的互溶有限，但高于 $65.6\ ^\circ\mathrm{C}$ 时就能与水完全混溶，这是一个有趣的“临界温度”现象。苯酚能溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。

苯酚的化学性质

弱酸性：与碱反应

苯酚的酸性虽然弱（比碳酸还弱），但足以和强碱 $\mathrm{NaOH}$ 发生中和反应，生成苯酚钠（苯酚的钠盐）和水：

苯酚钠可溶于水，所以将苯酚加入 $\mathrm{NaOH}$ 溶液中，原来浑浊的混合物会变澄清。向苯酚钠溶液中通入 $\mathrm{CO_2}$，苯酚又被置换出来（因为碳酸的酸性强于苯酚）：

溶液重新变浑浊，这一实验现象直接证明苯酚的酸性弱于碳酸，却比碳酸氢根要弱（不与 $\mathrm{NaHCO_3}$ 溶液反应）。

与 $\mathrm{FeCl_3}$ 溶液的显色反应

苯酚与氯化铁溶液反应，会产生明显的紫色（或蓝紫色）。这不是普通的化学反应，而是苯酚与铁离子形成了有色络合物。这个现象非常灵敏，可以用来检验溶液中是否含有苯酚，即使苯酚浓度很低也能产生可见的颜色变化。

与溴水的取代反应

苯酚与溴水反应，苯环上羟基的邻位和对位（共三个位置）的氢都被溴取代，生成白色的 $2,4,6$-三溴苯酚沉淀：

这个反应非常灵敏，在溴水中加入极少量苯酚就能看到白色浑浊，常用于苯酚的定性检验。与苯的溴代反应相比，苯酚的溴代无需催化剂，在常温下与溴水直接反应，且一次取代三个氢，说明酚羟基对苯环的活化作用很强。

例题：苯酚的化学性质综合

将苯酚少量分别加入以下三种溶液中，描述实验现象：（甲）$\mathrm{NaOH}$ 溶液；（乙）$\mathrm{FeCl_3}$ 溶液；（丙）溴水。

醇与酚的综合对比

把醇和酚的主要性质并排整理，可以清楚地看到羟基位置不同带来的差异：

练习题

练习一（选择题）　下列关于苯酚酸性的说法，正确的是（　　）

A. 苯酚显强酸性，能使石蕊变红

B. 苯酚的酸性比碳酸强，能与 $\mathrm{NaHCO_3}$ 溶液反应产生气泡

C. 苯酚的酸性弱于碳酸，不能与 $\mathrm{NaHCO_3}$ 溶液反应，但能与 $\mathrm{NaOH}$ 反应

D. 苯酚不显酸性，与醇的性质完全相同

练习二（选择题）　向苯酚钠 $\mathrm{(C_6H_5ONa)}$ 的水溶液中通入适量 $\mathrm{CO_2}$，溶液变浑浊，该现象说明（　　）

A. 苯酚的酸性强于碳酸

B. 碳酸的酸性强于苯酚

C. 苯酚钠发生了分解反应

D. $\mathrm{CO_2}$ 与苯酚钠发生了加成反应

练习三（选择题）　乙醇在浓硫酸催化下加热至 $170\ ^\circ\mathrm{C}$，生成的主要产物是（　　）

A. 乙醚 $\mathrm{C_2H_5OC_2H_5}$

B. 乙烯 $\mathrm{CH_2{=}CH_2}$

C. 乙醛 $\mathrm{CH_3CHO}$

D. 乙酸乙酯 $\mathrm{CH_3COOC_2H_5}$

练习四（选择题）　检验某溶液中是否含有苯酚，最简便有效的方法是（　　）

A. 加入酸性高锰酸钾溶液，观察是否褪色

B. 加入 $\mathrm{FeCl_3}$ 溶液，观察是否出现紫色

C. 加入 $\mathrm{NaOH}$ 溶液，观察是否溶解

D. 加入金属钠，观察是否产生气泡

练习五（计算题）　将 $4.60\ \mathrm{g}$ 乙醇在足量铜催化下与足量 $\mathrm{O_2}$ 反应，生成乙醛。求理论上生成乙醛的质量（乙醇摩尔质量 $46\ \mathrm{g/mol}$，乙醛摩尔质量 $44\ \mathrm{g/mol}$）。

练习六（计算题）　将 $9.40\ \mathrm{g}$ 苯酚加入足量 $\mathrm{NaOH}$ 溶液中完全反应，生成苯酚钠 $\mathrm{C_6H_5ONa}$。求生成苯酚钠的质量（苯酚摩尔质量 $94\mathrm{g}$，苯酚钠摩尔质量 ）。

乙醇与乙醛的物质的量之比为 $1:1$。先求乙醇的物质的量：

由方程式，生成乙醛的物质的量：

生成乙醛的质量：

苯酚与苯酚钠的物质的量之比为 $1:1$。先求苯酚的物质的量：

由方程式，生成苯酚钠的物质的量：

生成苯酚钠的质量：