醚的制备

醇、苯酚和醚在商业和日常生活中有多种应用。醇和酚是羟基有机物质。我们用来抛光家具的木器抛光剂包含酒精，主要是乙醇。薄荷醇是从薄荷油中提取的，用于给香烟和食物调味。此外，从醇开始，可以合成多种有机化合物，例如卤代烷、烯烃、醛、酮、羧酸、醚等。有机羟基化合物存在于蔗糖、棉衣和书写纸中。

由于醚在化学上是惰性的，因此它们经常在各种化学过程中用作溶剂。乙醚是乙醚家族中最常见的成员，多年来一直被用作外科麻醉剂，直到被更安全的非易燃替代品所取代。在香水中，使用了茴香醚，一种气味宜人的芳香醚。

Ethers are hydrocarbon derivatives in which an alkoxy (- OR) or aryloxy (-OAr) group replaces a hydrogen atom. Ethers are also substances created by replacing the hydrogen atom of the hydroxyl group of an alcohol or phenol with an alkyl or aryl group.

• Ethers are organic water derivatives with two alkyl or aryl groups linked to an oxygen atom. Ethers are also known as alkyl oxides (R₂O) or aryl oxides (AR₂O).
• The general formula of aliphatic ether is C_nH_2n+2O.
• It is the same as that of monohydric alcohols. Hence, aliphatic ethers are isomeric with monohydric alcohols.

以太币的分类

醚基本上分为两组简单或混合醚。

• 简单或对称醚：连接到氧原子上的烷基或芳基相同的醚称为简单醚。

如：二甲醚（CH ₃ – O – CH ₃ ）、二苯醚（CH ₆ – O – CH ₆ ）等。

• 混合或不对称醚：连接到氧原子上的两个烷基或芳基不同的醚称为混合醚。

例如： 乙基甲基醚（CH ₃ – O – C ₂ H ₅ ）。等等。

以太的结构

醚也具有与水相同的四面体几何形状。氧原子是sp ³杂化的。由于两个较大的烷基之间的排斥相互作用，C - O - C 键角略大于四面体角。

二甲醚结构式

• 同色异谱：具有相同化学式但连接在氧原子两侧的不同烷基的醚被称为彼此的同色异谱。异构体是链异构体或位置异构体，它们含有相同的官能团但不同的烷基与杂原子相连；在这个例子中，氧气。

例如： CH ₃ – CH ₂ – O – CH ₂ – CH ₃ （二甲醚）和 CH ₃ – O – CH ₂ – CH ₂ – CH ₃ （甲基正丙醚）。

• 异构：异构是指分子中存在相同数量的相同类型的原子，因此分子式相同，但化学和物理特性不同。醚基本上表现出两种异构现象：
  1. 链异构：链异构体是在氧原子两侧具有相同烷基但烷基内部碳链构型不同的醚。
  2. 功能异构体：功能异构体是具有相同碳原子数的醚和一元醇。

醚的制备

通过分子间脱水：

当过量的乙醇与浓硫酸在 413 K 下蒸馏时，会生成乙醚。即，来自醇，也称为分子间脱水。

如果在实验上看到，

• 首先将等体积的乙醇和浓硫酸放入蒸馏烧瓶中。
• 在这里，乙醇与浓硫酸反应生成硫酸氢乙酯。

C ₂ H ₅ -OH + H-O-SO ₃ H ⟶ C ₂ H ₅ -O-SO ₃ H + H ₂ O

• 现在，将过量的乙醇添加到蒸馏烧瓶中。
• 在这里，硫酸氢乙酯与加入的乙醇反应生成乙醚。

C ₂ H ₅ -O-SO ₃ H + H-O-C ₂ H ₅ ⟶ C ₂ H ₅ -O-C ₂ H ₅ + H ₂ SO ₄

• 产生的乙醚蒸馏出来，第二个反应产生的硫酸在第一步中重复使用

它也被称为连续醚化过程，因为少量的硫酸将大量的乙醇转化为乙醚并且该过程继续进行。

反应机理：

• 第 1 步：质子化酒精的形成——

• 第2步：亲核攻击-

• 第 3 步：去质子化

上述反应的局限性是：

• 该方法专门适用于从伯醇制备醚。
• 另一方面，仲醇和叔醇的脱水产生烯烃而不是醚，因为消除胜过取代。
• 两个过程在醇的酸性脱水中相互竞争。一种反应是消除，产生烯烃，而另一种反应是取代，产生醚。

现在，这两个竞争反应可以控制了，随着温度的升高，温度变得更有利于消除（453 K及以上）。但是在 413 K 和更低的温度下，替换是首选。

• 这种方法对于生产简单的醚很有用。醇的双分子脱水对于混合醚的合成是无效的。当两种不同的醇混合时，会形成三种不同的醚的混合物，很难分离。

威廉姆森合成

通过使用威廉姆森的合成，可以使用烷基卤化物制备简单的以及混合的醚。当卤代烷与醇钠或醇钾一起加热时，会产生醚。

一般形式写为，

威廉姆森综合的一些重要例子如下：

• 制备叔丁基甲基醚应采用下列反应。

• 使用这种方法还可以将酚类转化为醚类。

虽然使用威廉姆森合成我们可以获得简单的混合醚，但也有局限性，

限制：

• 不对称醚的合成需要合适的反应物选择。由于伯烷基卤化物对 SN3 反应更敏感，因此当烷基卤化物为伯且醇盐为叔时，不对称醚的产率最高。
• 例如：叔丁基乙基醚是通过将乙基溴与叔丁醇钠一起加热来制备的。

• 然而，当卤代烷是仲或叔时，对α-碳原子的亲核攻击在空间上是有问题的（拥挤效应）。此外，由于醇盐是一种更强的碱，更容易攻击 ß-氢，因此 ß-消除占主导地位。

示例问题

问题 1：给出简单和混合醚的例子？

回答：

• Simple ether: C₂H₅ – O – C₂H₅ Diethyl ether
• Mixed ether: CH₃ – O – C₂H₅ Ethyl methyl ether 

问题2：给出下列化合物的结构：

• 1 – 甲氧基乙烷
• 1 – 乙氧基乙烷

回答：

• 1 – Methoxy ethane

CH₃ – O -C₂H₅ 

• 1 – Ethoxy ethane

C₂H₅ – O – C₂H₅

问题3：什么是同色异谱？参考以太币进行解释。

回答：

Metamerism is a type of structural isomerism in which two or more compounds have the same chemical formula but have a polyvalent functional group linked to separate alkyl groups.

The various compounds are referred to as metamers.

e.g.: The formula C₄H₁₀O represents two different ethers which are the metamers.

• Diethylether: CH₃ – CH₂ – O -CH₂ – CH₃
• Methyl-n-propylether: CH3 – O – CH₂ – CH₂ – CH₃ 

问题 4：写下关于连续醚化过程的笔记。

回答：

When an excess of a lower alcohol is heated with concentrated H₂SO₄ at 413 K, an intermediate is generated, which interacts with the second molecule of alcohol to give ether. Diethyl ether is generated when an excess of ethyl alcohol is heated with conc. H₂SO₄ at 413 K. 

H₂SO₄ is regenerated in this technique, and it combines with increasing amounts of alcohol to make ether. As a result, it is known as the continuous etherification process.

However, this approach is only suited for the synthesis of simple ethers, preferably from primary alcohol.