由於能源需求不斷增加 科學家們致力於發展新能源 例如 工業上使用一氧化碳、二氧化碳和氫合成甲醇 並進一步用作燃料電池的反應物 直接甲醇燃料電池DMFC 是以甲醇為陽極的反應物 氧氣為陰極的反應物 放電時 在鉑電極的催化下氧化生成二氧化碳和水 反應式與甲醇完全燃燒反應相同 有機醇類除了氧化 還會進行哪些反應呢？ 醇的官能基為−OH 所以發生化學反應時 會有提供H和OH參與反應兩種情況發生 分別說明如下 一 反應過程中可當作弱酸提供H⁺ 但因為Ka值小於10⁻¹⁶ 所以酸性比水還弱 在水中並無法解離出氫離子 水溶液呈中性 但能跟活性大的金屬 例如鈉 反應產生氫氣 相較於鈉與水的反應 此反應較不劇烈 如實驗後仍有未用完的鈉金屬 也可以用此方法反應掉 以免在丟棄時造成危險 醇與強鹼反應時也可提供質子 反應生成醇鹽和水 例如乙醇和氫氧化鈉反應時 乙醇的氫會和氫氧根結合成水 並生成乙醇鈉 所生成的醇鹽可進一步應用在其他有機反應中 但要注意的是這個反應的K值極小 反應程度很低 且需要在高溫下 並脫水移去產物 才能進行 另外醇在濃硫酸催化下加熱 可和酸發生反應 反應過程中 醇也會提供質子與酸脫水生成酯類 我們稱為酯化反應 例如甲酸和乙醇反應會生成甲酸乙酯 我們在後面的影片中 會更清楚的說明酯化反應 醇類跟活性大的金屬反應時 時會生成醇鹽並產生氫氣 試按下暫停鍵 寫出乙醇和強鹼氫化鈉（NaH）反應的化學反應式 並計算每1莫耳的氫化鈉 在常溫常壓下與乙醇完全反應 會生成多少公升的氫氣？ 乙醇羥基上的H會和氫化鈉上帶負電的H⁻結合成氫氣 並產生乙醇鈉 每1莫耳的氫化鈉與乙醇完全反應 會生成1莫耳的氫氣 在常溫常壓下體積為22.4公升 另一種則是在反應過程中提供OH 例如在與鹵化氫類的強酸反應過程中 會生成鹵烷和水 例如2-甲基-2-丙醇和濃鹽酸 在室溫下反應生成2-氯-2-甲基丙烷和水 產生的鹵烷對水的溶解度降低 所以溶液會變成混濁狀 在「【觀念】醇的分類與製備」中 我們學過烯類可在酸的催化下 與水進行加成反應成生醇類 逆反應可視為醇類脫水形成烯類 以乙醇為例 在180℃、濃硫酸的催化下 兩相鄰碳上的氫和羥基會發生分子內脫水 形成碳碳雙鍵的結構 生成乙烯 但如果在較低溫度條件下 例如130~140℃ 此時會進行分子間脫水 其中一個乙醇分子脫去氫 而另一個乙醇分子則脫去羥基 最後的產物為乙醚 同學們要注意 乙醚是「二乙基醚」的簡稱 故在1個乙醚分子中 含有4個碳原子 示性式可寫作C₂H₅OC₂H₅ 醇在氧化劑存在的條件下 可進一步被氧化 常用的氧化劑有過錳酸鉀和二鉻酸鉀 又依醇的級數而產生不同的產物 一級醇是指羥基所在的碳上 接有1個烴基及2個氫 此時碳的氧化數為−1 當一級醇和強氧化劑反應時 羥基會失去質子 碳原子也失去1個質子後 分子結構重組形成醛 反應中一級醇失去2個電子 碳原子氧化數變為+1 若氧化劑過量時 溶液中的水分子提供新的羥基形成二醇 碳原子再失去1個質子 醛再氧化生成羧酸 醛分子再失去2個電子 碳原子氧化數變為+3 簡單來說 當羥基所在的碳原子上仍有氫原子時 分子即可繼續氧化 以丙醇為例 丙醇可氧化生成丙醛 丙醛則可進一步氧化生成丙酸 但若為強氧化劑例如過錳酸鉀時 則丙醇會直接變成丙酸 二級醇中 羥基所在的碳上接有2個烴基及1個氫原子 當二級醇和強氧化劑反應時 反應和一級醇相似 但分子結構重組後形成酮 二級醇失去2個電子 碳氧化數由0變成+2 值得注意的是 反應後碳原子上已沒有氫原子 即不可再被氧化 2-丙醇為二級醇 氧化後可生成丙酮 丙酮則不可以再被氧化 而在三級醇的結構中 羥基所接的碳上接有3個烴基 故三級醇並無法被氧化 例如2-甲基-2-丙醇不和氧化劑反應 同學們想想看 如果是甲醇和過量的強氧化劑反應 那最終產物會是什麼呢？ 從結構中我們可以發現 甲醇分子中只有1個碳原子 其羥基所在的碳上接有3個氫原子 並沒有烴基 也可稱為零級醇 甲醇氧化的第一步產物為甲醛 甲醛氧化後產生甲酸 甲酸則可進一步氧化 碳再失去1個質子 分子重組後形成二氧化碳 碳原子的氧化數由−2變成+4 失去6個電子 這支影片我們介紹了醇的反應 跟活性大的金屬 例如鈉 反應產生氫氣 此反應與水相比較溫和 可用來回收實驗時未用完的鈉金屬 醇與強鹼在高溫脫水的條件下 可反應生成醇鹽和水 醇鹽可進一步應用在其他有機反應中 A酸和B醇可在濃硫酸催化下加熱 反應生成A酸B酯 為酯化反應 醇可與鹵化氫反應 生成鹵烷和水 醇類在高溫時進行分子內脫水生成烯類 在較低溫度條件下進行分子間脫水生成醚類 一級醇和二級醇可進一步被氧化 一級醇氧化可生成醛、再生成羧酸 二級醇可氧化生成酮 三級醇則無法再被氧化 在影片中我們提到了醇可與強鹼反應 反應失去質子 可視為一弱酸 因為如果醇的酸性越強 或失去質子的傾向越大 反應速率則會越快 不同級數的醇類上有不同數量的烴基 烴基中的電子數多 視為推電子基 推電子基數量越多 會使醇鹽負離子（RO−）的負電荷密度越高 對氫離子（H⁺）吸引力越大 氫離子（H⁺）越不容易解離 為較弱的酸 因此醇的酸性強度為一級醇>二級醇>三級醇 鹼的強度則剛好相反 同學們可以比較 1-丁醇、2-丁醇和2-甲基-2-丙醇 和鈉金屬或鹽酸反應的速率嗎？ 歡迎留言告訴我們喔