醚

<image>

<image>

醚（Ether）是一種有機化合物，其特徵為具有醚官能團。醚官能團是由一個氧原子連接兩個烷基或芳基所形成，通式為：R–O–R。它還可看作是醇或酚羥基上的氫被烴基所取代的化合物。

乙醚是一種常見的醚類，它常用於有機溶劑與醫用麻醉劑。由於其在化學中常用（乙醚是最常用的醚類溶劑），有時亦直接簡稱為「醚」。結構最簡單的醚類則是二甲醚。醚類化合物的應用常見於有機化學和生物化學，它們還可作為糖類和木質素的連接片段。

## 結構和化學鍵

醚的結構通式為：R-O-R(R')、Ar-O-R或Ar-O-Ar(Ar')（R＝烴基，Ar＝芳烴基）。醚的鍵角約為110°，C-O鍵長為140pm，C-O鍵的旋轉能壘的能量很小，而水、醇與醚分子中氧的鍵合能力也與此相似。根據價鍵理論，氧原子的雜化狀態是sp3。

氧原子的電負度比碳更強，因此與氧連接的α氫原子酸性強於碳連接的α氫原子，然而其酸性比不上羰基α氫原子。

## 分類

醚可以根據醚鍵是否成環分為直鏈醚和環醚兩大類。

分子中含有多個乙烯氧基（-CH2CH2O-）結構單元的大環醚稱為冠醚。冠醚是一種大環多醚，因分子形狀類似王冠而得名。

在直鏈醚中，氧原子所連結的兩個烴基相同者被稱為單醚，不同者被稱為混醚，若含芳基者則被稱為芳香醚。

## 命名

2-`[`苯氧基(烯丙氧基)甲爪基`]`氧雜環丙烷顧名思義是一種烯氧直鏈醚、苯氧直鏈醚兼三元環醚醚的普通命名法是於烴基後加上「醚」字，習慣上對稱醚的「二」字可省略。醚的兩個不同基團排列順序通常是：先小基團後大則為：苯基或芳烴基在前。英文命名則按字母順序。

遇到複雜的直鏈氧時，使用烴氧基（如烷氧基、烯氧基、苯氧基等）官能團命名。例如，「1,2-二(1-丙烯氧基)乙烷」（1,2-di(1-propenoxy)ethane）、「1,2-雙(烯丙氧基)乙烷」（1,2-Bis(allyloxy)ethane）等等。

環醚則使用氧雜環命名法命名，但氧雜環丙烷通常用環氧基作用到烷烴的方式命名。遇到對稱的冠醚時，還可命名為 x-冠-y，x代表環總原子數，y代表環中氧原子數。

## 物理性質

醚分子不能互相形成氫鍵，因此它們具有和醇類相比較低的沸點。醚具有微弱的極性，這是由於醚官能團中碳氧碳的鍵角約110度，而碳氧之間的極性差異沒有抵消（不同於二硫化碳之類的線型分子）。醚類極性不如醇、酯與醯胺類化合物，但是強於烯烴的極性。醚氧原子的孤電子對使它有可能與水分子形成氫鍵。

環狀醚類比如四氫呋喃和1,4-二噁烷能與水混溶，這是因為這類醚分子的氧原子比起烷基醚（鏈狀醚）來說更暴露於分子之外，所以極性比起後者更大。

常見烷基醚的理化數據

醚｜結構｜熔點(°C)｜沸點 (°C)｜一升水當中的溶解度 H2O｜偶極矩 (D)

甲醚｜CH3-O-CH3｜-138.5｜-23.0｜70 g｜1,30

甲乙醚｜CH3-O-CH2CH3｜-113｜7.4

乙醚｜CH3CH2-O-CH2CH3｜-116.3｜34.4｜6.9 g｜1.14

正丁醚｜C8H18O｜−95｜141｜0.3

二叔丁醚｜C8H18O｜−61｜107.2

甲基叔丁基醚｜C5H12O｜−109｜55.2｜42

四氫呋喃｜O(CH2)4｜-108.4｜66.0｜互溶｜1.74

二氧六環｜O(C2H4)2O｜11.8｜101.3｜互溶｜0.45

## 反應

<image>

醚類總體來說化學活性都較低，但強於烷烴（環氧化物、酮、縮醛參見各自條目）。

與醚相關的重要反應講解如下：

### 醚的裂解

雖然醚不能輕易的發生水解反應，但於酸性條件下（如：氫溴酸或氫碘酸），可斷裂為醇。鹽酸條件下，斷裂醚的速度非常慢。如：甲醚製備溴化甲烷：

ROCH3 + HBr → CH3Br + ROH

該類反應都是通過鎓中間體進行，如：RO(H)CH3+Br-.

有些醚類能於三溴化硼條件中迅速分解，有時還可用更強的路易斯酸如：三氯化鋁反應，製備溴代烷烴。這些都取決於取代基的不同，還有些醚類可在特定的試劑中發生裂解，如非常強的鹼。

### 過氧化物

臨近氧原子，含有CH基團的一級醚或二級醚易形成有機過氧化物，如：乙醚過氧化物。該反應需要氧氣（或者空氣）參與，且在光、金屬和醛的催化下加速反應。得到的過氧化物在高溫或高濃度下具爆炸性，因此操作二異丙基醚、四氫呋喃等醚類溶劑大多都不可蒸乾，而廠商在分裝醚類試劑也會放入一些穩定劑，防止大量產生過氧化物。

### 作為路易斯鹼

醚類可作為路易斯鹼及布侖斯惕鹼。強酸與醚發生反應，可提供給醚氧原子一個質子，從而形成：「鎓離子」，如：乙醚可以與三氟化硼形成絡合物(BF3.OEt2)。醚還可與二價鎂絡合成格氏試劑。多聚醚都可與鹼金屬離子牢固的結合。

### α-鹵化反應

該反應類似於醚的α氫原子發生過氧化的反應，如：單質氯製備α-氯化醚的反應。

## 合成

醚在實驗室條件下可通過許多方法合成，以下枚舉數種。

### 醇的脫水

醇可通過脫水反應製備醚：

2 R-OH → R-O-R +H2O（高溫下）

該反應過程需要高溫（通常在125°C）。該反應還需要酸的催化（通常為硫酸）。上述方法對於製備對稱醚來說有效，但對於不對稱醚卻無能為力，如：乙醚易於通過此法製備，環醚也同樣可用此方法製備（分子內脫水）。另外此方法還會引入一定的副產物，如分子內脫水產物：

R-CH2-CH2(OH) → R-CH=CH2 + H2O

另外此法只能合成一些簡單的醚，對於複雜的分子醚類分子不太試用。對於複雜分子則需要更溫和的條件來合成。

### 威廉森醚合成

鹵化烴和醇鹽發生親核取代反應：

R-ONa + R'-X → R-O-R' + NaX

該反應稱作：威廉姆遜合成。該反應通過用強鹼處理醇，形成醇鹽，而後與帶有合適離去基團的烴類分子反應。這裡的離去基團包括：碘、溴等鹵素，或磺酸酯。該方法對於芳香鹵代烴一般不適用（如：溴苯，參見Ullmann縮合）。該方法還只局限於一級鹵代烴才可得到較好的收率，對於二級鹵代烴與三級鹵代烴則由於太易生成E2消除產物而不適用。

在相似的反應中，烷基鹵代烴還可與酚負離子發生親核取代反應。R-X雖不能與醇反應，但酚卻能夠進行該反應（酚酸性遠高於醇），它可通過一個強鹼，如：氫化鈉先形成酚負離子再進行反應。酚可取代鹵代烴中的X離去基團，形成酚醚的結構，該過程為SN2機理。

C6H5OH + OH- → C6H5-O- + H2O

C6H5-O- + R-X → C6H5OR

### Ullmann二芳醚合成

Ullmann二芳醚合成的反應很類似於威廉姆遜反應，不同之處在於底物是芳香鹵代烴。該反應需要催化劑才能進行，如：銅。

### 醇對於烯烴的親電加成反應

醇可與活化後的烯烴進行親電加成：

R2C=CR2+ R-OH → R2CH-C(-O-R)-R2

該反應需要酸催化，三氟醋酸汞(Hg(OCOCF3)2)常可作為這種反應的催化劑，反應生成具有弗拉基米爾·瓦西里耶維奇·馬爾科夫尼科夫（Markovnikov）立體化學的醚類。使用相似的反應條件，四氫吡喃醚（THP）可作為一種醇的保護基。

### 製備環氧化合物

環氧化合物通常由烯烴氧化製備。在工業生產中，最重要的環氧化合物是：環氧乙烷，它通過乙烯和氧氣製備。其他的過氧化合物還可通過以下方法製備：

- 通過過氧酸和烯烴來製備，如：間氯過氧苯甲酸（mCPBA）。
- 通過鹵化醇分子內的親核取代反應來製備。

## 重要的醚

<image>

｜環氧乙烷｜最小的環狀醚。

<image>

｜甲醚｜一種新型的可再生替代燃料，可以和十六烷以一定的比例混合作為柴油內燃機的燃料。

<image>

｜乙醚｜一種常用的低沸點溶劑 (沸點：34.6°C)，早期用作麻醉劑。可以用作啟動柴油發動機的燃料。

<image>

｜二甲氧基乙烷(DME)｜一種高沸點溶劑 (沸點為 85°C)。

<image>

｜二氧六環｜一種高沸點的環狀的醚 （沸點為101.1°C）。

<image>

｜四氫呋喃(THF)｜一種環狀醚類，是有機合成當中極性最大醚類溶劑之一。

<image>

｜茴香醚(苯甲醚)｜一種「芳香醚」，是大茴香種子精油的主要組分。

<image>

｜冠醚｜環狀多聚醚用來做相轉移催化劑。

<image>

｜聚乙二醇(PEG)｜一種線形的多聚醚，可以用作化妝品添加劑或者藥物材料（其具有高水溶性，可以讓一些非水溶性分子大大增加水溶性）。

## 外部連結

- ILPI page about ethers.
- An Account of the Extraordinary Medicinal Fluid, called Aether , by M. Turner, circa 1788, from Project Gutenberg