3-4 官能基
班級： 座號： 姓名： 一、官能基的簡介 (一) 官能基： 1. 定義：有機化合物中，具有特殊「物性」或「化性」的原子或原子團。 例：甲醇（CH3OH）、乙醇（C2H5OH）均含有 OH 原子團，此即醇類的官能基，稱為羥ㄑ ㄧ ㄤ基。 2. 有機化合物的化學式常以能彰顯官能基的示性式表示，如 CH3COOH。 (二) 常見的官能基： 官能基 類 別 結 構 酸鹼性 例 子 鹵素 （－X） 鹵烴 R－X 中性 三氯甲烷 （CHCl3） 烯基 （C＝C） 烯 中性 乙烯（C2H4） 炔基 （C≡C） 炔 R1 或 H－C≡C－R2 或 H 中性 乙炔（C2H2） 羥基 （－OH） 醇 R－O－H 中性 甲醇 （CH3OH） 酚 Ar－OH 酸性 苯酚 （ ） 醚基 （－O－） 醚 R1－O－R2 中性 甲醚 （CH3OCH3） 羰基 （ ） 接上不同原子 形成不同的有 機化合物 － － 醛基 （ ） 醛 中性 甲醛 （HCHO） 酮基 （ ） 酮 中性 丙酮 （CH3COCH3） 羧基 （ ） 酸 酸性 甲酸 （HCOOH） 酯基 （ ） 酯 中性 甲酸甲酯 （HCOOCH3） 胺基 （ ） 胺 鹼性 甲胺 （CH3NH2） 醯胺基 （ ） 醯胺 中性 甲醯胺 （HCONH2） 硝基 （－NO2） 硝基化合物 中性 硝甲烷 （CH3NO2） ※(1) R：烴基，即烴類移去 1 個氫原子，例如：烷基為 CnH2n＋1－。 (2) Ar：苯基，即苯移去 1 個氫原子，成為 C6H5－。【範例1】認識官能基 喝咖啡時常加「肉桂」粉香料，其成分之一如右圖所示。 該成分含有何種官能基？ (A)羥基 (B)醚基 (C)酮基 (D)醛基 (E)羰基。 答 (D)(E) 解 [類題 1] 甲酸分子含有何種官能基？ (A)羧基 (B)烯基 (C)醚基 (D)醛基 (E)羰基。 答 (A)(D)(E) 【範例2】透明質酸，又稱玻尿酸，最近常被應用在醫藥及美容上，其化學結構如附圖，試問此多 醣聚合物具有哪些官能基？（應選 3 項） (A)羧基 (B)鹵基 (C)酯基 (D)羥基 (E)醯胺基 103 學測 答：(A)(D)(E) 解：此多醣聚合物具有的官能基，如下圖所示： [類題 2] 目前市售的止痛劑或感冒藥有些並不含「阿司匹靈」，而是含有附圖 結構之有機化合物。試問此有機化合物不具有下列何種官能基？ (A)羰基 (B)醛基 (C)羥基 (D)醯胺基 答：(B) 解：(B)該化合物並不含醛基
二、有機鹵化物 (一) 定義：含碳－鹵鍵的烴稱為鹵化烴。 例：三氯甲烷、四氯甲烷（又稱四氯化碳）及氯乙烯都是常見的有機鹵化烴。 補充：鹵烷可由烷與鹵素在照光或加熱下反應生成。 例：甲烷與氯氣反應（括號內為鹵烷的沸點） CH4＋Cl2 → CH3Cl（－24 ℃）＋HCl ＋Cl2 CH2Cl2（40 ℃）＋HCl ＋Cl2 CHCl3（62 ℃）＋HCl ＋Cl2 CCl4（76 ℃）＋HCl (二) 常見之有機鹵化物： 學名（俗名） 結 構 式 性 質 用 途 三氯甲烷 （氯仿或哥羅仿） 具有甜香之無色液 體，對肝腎有毒性 (1) 曾用為麻醉劑 (2) 有機溶劑 四氯甲烷 （四氯化碳） 比重為 1.595 的無 色液體，不可燃但 具有毒性 可作溶劑、乾洗劑 及滅火劑 氯乙烯 無色有毒的氣體， 微溶於水，有醚味 的氣味 用來合成聚氯乙烯 塑膠（PVC）或作 為其它化工原料 2–氯 1,3–丁二烯 （氯丁二烯） 為無色液體 作為合成人造橡膠 的單體 補充：早期一些殺蟲劑也屬於鹵化物，如 DDT、PCBs、六氯化苯（BHC）等。 【範例3】 某生用 1 莫耳甲烷進行氯化，得二氯甲烷、氯仿、四氯化碳，其莫耳數分別為 0.1、0.3、0.6，則 該生最少用了多少莫耳氯氣？ (A) 3.5 (B) 2.6 (C) 1.8 (D) 1 [答案] Ａ CH4＋2 Cl2 → CH2Cl2＋2 HCl；CH4＋3 Cl2 → CHCl3＋3 HCl；CH4＋4 Cl2 → CCl4＋4 HCl； 共用 nCl2＝0.1×2＋0.3×3＋0.6×4＝3.5。
二、鹵烴類 (一) 定義：烴分子中的一個或多個氫原子被鹵素原子所取代的衍生物，其通式為 R－X，鹵素原 子則為其官能基。 (二) 命名原則：依烴來命名，將鹵素視為取代基 1. 鹵化脂肪烴的系統命名原則是選擇連有鹵原子的最長碳鏈 2. 由最接近取代基的一端開始，將主鏈碳原子依次以阿拉伯數字標號，以表示羥基在主鏈的 位置。 3. 兩個以上相同的取代基以國字二、三、四…表示其數目。 4. 先寫支鏈的位置、數目、名稱，再寫取代基的位置，最後寫某烷。 1-氯-2-甲基丁烷 2,3-二氯-2-甲基丁烷 氯苯 1,2-二氯苯(鄰二氯苯) (三) 異構物 1. 原則： (1) 依鍵結原理判斷其原始之主體烴類。 (2) 畫出上述主體烴類之碳鏈異構物。 (3) 再畫鹵素原子的位置異構物。 2. 說明：以C H Cl 為例 4 9 (1) ，故為丁烷的鹵素衍生物。 (2) 丁烷 。 (3) 鹵素為取代基 3. 常見鹵烷的異構物數目 分子式 C H Cl 3 7 C H Cl 4 9 C H Cl5 11 C H C13 6 2 C H C14 8 2 C H Cl3 5 3 異構物數目 2 4 8 4 9 5 (四) 常見之有機鹵化物 鹵烷 化學式 性質 用途 三氯甲烷 （俗稱氯仿， chloroform） 3 CHCl 為無色香甜氣味的液體。因 為具有毒性和致癌性，而且 在體內不易代謝，已列為管 制藥品。 有機溶劑 麻醉劑 四氯化碳 （亦稱四氯甲烷） CCl4 為無色具揮發性的液體。蒸 氣比空氣重，而且不可燃， 但具毒性和致癌性，已列為 管制藥品。 滅火劑 溶劑 聚氯乙烯 為氯乙烯的加成聚合物 製 成 各 種 塑膠品
鹵烷 化學式 性質 用途 聚四氟乙烯 (polytetrafluoroethylene ，PTFE，俗稱特夫綸) 具耐高溫、抗腐蝕、不沾黏 水和油、絕緣性佳等特性 不 沾 鍋 的 內層塗布 鹵神（haloethane） CF3CHClBr （1,1,1-三氟-2-氯-2-溴乙烷） 有麻醉性，其毒性較小，恢 復快 廣 泛 使 用 為 手 術 時 的 全 身 麻 醉劑 氟氯烷（freon） 氟氯碳化物，如 CF2Cl2、CFCl3 等 其穩定性高，不易燃，沸點 低，且具有很高的汽化熱， 但由於擴散至大氣層後會破 壞臭氧層，目前已漸被環保 冷媒例如CH FCF2 3 （hydrofluorocarbon，簡稱 HFC）取代。 冷媒 噴霧劑 戴奧辛（dioxins） 沸點高，不易溶於水，毒性強，不易被微生物分解 多氯聯苯（PCBs） 對電絕緣性佳，化性安定， 不易被微生物分解 潤滑油 複寫紙 滴滴梯（DDT） 不易被微生物分解，已被禁 用 硬 性 殺 蟲 劑 六氯化苯（BHC） 不易被微生物分解，已被禁 用 硬 性 殺 蟲 劑
【範例4】常見鹵化物 下列有機鹵化物之用途，哪些正確？（多選） (A) CF Cl 可用作冷凍劑之冷媒 2 2 (B) CHCl3稱作氯仿，不溶於水，沒有毒性 (C) D.D.T.為軟性殺蟲劑，為目前使用中最佳之殺蟲劑 (D) B.H.C.為硬性殺蟲劑，現已被禁用 (E) 大部分多鹵烴類之化合物為硬性殺蟲劑，不易被微生物分解，會在生物體中累積 答：（A）（D）（E） 解:（A）氯仿具有毒性。（C）DDT 為硬性殺蟲劑，目前已禁用。 [類題4-1] 下列哪些含有氯元素？（多選） （A）氟利昂（B）特氟綸（C）PVC（D）DDT（E）BHC。 答：（A）（C）（D）（E） [類題 4-2] 2–甲基己烷與氯分子在加熱或照光下會進行氯化反應，其中單氯產物（C7H15Cl）會有 幾種異構物？(A) 2 (B) 4 (C) 6 (D) 7 【84.夜大】 答：Ｃ。氯接的位置有下列 6 種情形 。） 【範例5】有關鹵化物的敘述，何者正確？ (A)烷與鹵素在照光下，可生成鹵烷 (B) CCl4的比重為 1.595，為沒有毒性的無色液體，在實驗室常用於萃取有機物 (C)三氯甲烷具有毒性，曾作為麻醉劑使用 (D) DDT、BHC 等硬性殺蟲劑，也屬於鹵化物 (E)鹵化物的沸點較同碳數的烷烴低 [答案] ＡＣＤ (B)有毒性，現已很少用了；(E)鹵化物的沸點較同碳數的烷烴高。 [類題 5] 氟氯碳化合物會破壞臭氧層，其短程替代物為氫氟碳化合物。以 HFC－nmp 代表其分子 式。其中 n 代表分子式中碳的數目減 1。例如 CHF2CF3為 HFC－125，CF3CHFCF3為 HFC－227，根據上列之說明，試推論下列敘述，何者錯誤？ (A) m 代表分子式中氫的數目加 1 (B) p 代表分子式中氟的數目 (C) CH2FCHF2為 HFC－143 (D) CF3CF2CF3為 HFC－208 答： Ｄ HFC－218。
二、醇(Alcohols)：醇類與同碳數的醚類是同分異構物
(一) 定義：烴類中的一個氫為羥基（－OH 基）所取代，且羥基不直接鍵結於苯環上者，含一 個羥基的醇其通式為 ROH，示性式為 CnH2n+1OH，分子式為 CnH2n+2O 。
(二) 分類： 1. 依其羥基所接碳原子上連接的碳數或分子中的羥基數。 醇 一級醇（1 醇） 二級醇（2 醇） 三級醇（3 醇） 定義 與羥基(OH)相連的碳上 連接 1 個碳者 與羥基(OH)相連的碳上 連接 2 個碳者 與羥基(OH)相連的碳上 連接 3 個碳者 共同結構 例 乙醇 2-丙醇 2-甲基-2-丙醇 結構 2. 依醇分子中所含的羥基數。 醇 一元醇 二元醇 三元醇 定義 分子中含有 1 個 OH 基 分子中含有 2 個 OH 基 分子中含有 3 個 OH 基 例 乙醇 乙二醇 丙三醇 結構 (三) 命名： 1. 選取含有羥基所鍵結之碳原子在內的最長碳鏈，稱為某醇。 2. 由最接近羥基的一端開始，將主鏈碳原子依次以阿拉伯數字標號，表示羥基在主鏈的位置 3. 兩個以上的羥基以國字二、三、四…表示其數目。 4. 先寫支鏈的位置、數目、名稱，再寫羥基的位置，最後寫某醇。 CH3－OH CH3－CH2－OH 甲醇 乙醇 1-丙醇 2-丙醇 1-丁醇 2-丁醇 2-甲基-1-丙醇 2-甲基-2-丙醇
(四) 醇的異構物：以 C5H12O 為例。 步驟 1 先畫出主鏈 5 個 C 步驟 2 由步驟 1 中可知碳上共有 3 個不同位置的氫 步驟 3 再畫主鏈 4 個 C，放上 1 個甲基 步驟 4 由步驟 3 中可知碳上共有 4 個不同位置的氫 步驟 5 再畫主鏈 3 個 C，放上 2 個甲基 步驟 6 由步驟 5 中可知碳上只有 1 個位置的氫 (五) 醇類的性質： 1.沸點、熔點：醇類比分子量相近的烴及鹵化烴的沸點高 (1) 醇與醇分子間能形成氫鍵，∴沸點、熔點較同碳數烷、醚、醛、酮高。 沸點：乙醇 (78.4 ℃)＞二甲醚 (－23.6 ℃)。 (2) 碳數相同，羥基愈多，則沸點、熔點愈高。 沸點：乙二醇 (198 ℃)＞乙醇 (78.4 ℃)。 (3) 羥基相同但碳數愈多，則沸點、熔點愈高。 沸點：乙醇 (78.4 ℃)＞甲醇 (64.7 ℃)。 2. 對水溶解度： (1) 主鏈 3 個碳以下的醇類 (甲醇、乙醇、1-丙醇、2 丙醇、2-甲基-2-丙醇、乙二醇、甘油) 可與水形成氫鍵，能與水以任意比例完全互溶。 (2) 但隨著醇的含碳數增多，則－OH 性質不明顯，其性質更相似烷類，故與水的溶解度漸 減。
(六) 常見的醇： 1. 常見的一元醇：
物質 甲醇（木精） 乙醇（酒精） 2-丙醇（異丙醇）
結構
示性式 CH3OH CH3CH2OH CH3CHOHCH3
溶解度 與水任意互溶 性質與 用途 (1) 製備：早期是從木 材乾餾而得， 俗稱「木 精」。 (2) 性質： ① 無色液體，易溶於 水 ② 沸點 64.7 ℃，具揮 發性，易燃。 ③ 毒性極強，食入或 吸入甲醇會危害身 體，可能造成失 明，甚至 死亡。 (3) 用途： ① 可當有機溶劑，可 當燃料，如甲醇燃 料電池。 ② 製造甲醛及染料。 (1) 製備：醣類經酵母菌發酵生成酒精。
C6H12O6酵母菌 2C2H5OH + 2CO2
(2) 性質： ① 無色液體，易溶於水。 ② 沸點 78.4 ℃，具揮發性，易燃。 ③ 變性酒精：工業酒精約含 95.6 %乙 醇，價格低廉，為防止使用工業酒精 於飲料，使政府稅收受損，常加入甲 醇或汽油等成分使之不能飲用，並 另加紅色染料，以資識別。 ④ 無水酒精：酒精含量為 99.5 %以上， 市售 95 %的乙醇若再經生石灰處 理，除去水分，則成為無水酒精。 絕對酒精：酒精含量 100 %。 ⑤ 酒精大多在人體的肝臟部位代謝，先 氧化成乙醛，再氧化成乙酸。 (3) 用途： ① 酒精燈燃料或有機溶劑。 ② 75 %酒精可作為消毒劑。 ③ 可作化學原料、也可為酒精飲料。 ④ 未用完的鈉、鉀等以乙醇處理。 (1) 性質：俗稱異丙醇。 (2) 用途： ① 作為消毒劑。 藥用酒精有些為體積 百分率 75 %的 2-丙 醇水溶液。 ② 作為墨水、護膚醇液 的溶劑(揮發劑)。 ③ 工業上半數以上的 2– 丙醇被用來製備成丙 酮。 2. 常見的多元醇： 物 質 1,2–乙二醇(水精) 1,2,3–丙三醇(甘油) 結 構 示性式 CH2OHCH2OH CH2OHCHOHCH2OH 溶解度 與水任意互溶 性質與 用途 (1) 性質： ① 俗稱水精。 ② 為無色具甜味的黏稠液體。 ③ 沸點198.0 ℃，低揮發性，能 與水互溶，毒性強，可燃。 (2) 用途： ① 達克綸/PET 原料。 ② 可作為汽車水箱的抗凍劑。 60 %乙二醇水溶液的凝固點 為－40℃。 ③ 可作為飛機外部除冰劑。 (1) 性質： ① 俗稱甘油。 ② 為無色具甜味的黏稠液體。 ③ 沸點 290 ℃，可燃，皂化副產物。 ④ 與水互溶，具強吸水性，有保溼效果。 (2) 用途： ① 食品添加劑、保養品、化妝品、甜味劑或口 腔清潔劑的保溼劑。 ② 與硝酸反應製成硝化甘油。 硝化甘油也是狹心症的急救藥。 ③ 可作為飛機外部除冰劑。 ※沸點、黏滯性：丙三醇＞乙二醇＞乙醇＞甲醇（含－OH 愈多者，分子間引力愈大）
(七) 酚類 1. 定義：苯環上的氫被羥基取代而成的化合物稱為酚類。酚類中最簡單的化合物是(苯)酚。 ▲ 酚的結構式與球－棍模型 2. 製備： (1) 酚為煤的乾餾產物煤溚之主要產物之一。 (2) 工業上，由氯苯與 NaOH 加壓來合成：（參考資料） 3. 性質： (1) 酚的酸性比醇強，為一弱酸（但無法使石蕊試紙變色），可與強鹼（如氫氧化鈉水溶 液）生成鹽而溶於水中。 (2) 酚為低熔點（43 ℃）的無色晶體，常溫下在水中溶解度為 9.3 g／100 g 水（微溶），可 與溫度65 ℃以上的水互溶。 (3) 酚在工業上用途很廣，可用於合成樹脂、黏膠、電木、染料、除草劑、阿司匹靈等。 【範例6】下列有關苯酚的敘述，何者錯誤？ (A)水溶液可使石蕊試紙變為紅色 (B)室溫下微溶於水，但可溶於氫氧化鈉水溶液 (C)可用於合成阿司匹靈 (D)酚的酸性比醇強 答 Ａ 苯酚酸性太弱，石蕊試紙無法變色。 [類題 6] 根據環保署公布的河川汙染調查報告，國內河川中的魚貝體內，有的含有「環境賀爾 蒙」，如多溴二苯醚與壬基苯酚。當動物誤食這些魚貝時，會引起基因突變或賀爾蒙分 泌失調，因此這些物質被稱為「環境賀爾蒙」。下列選項中何者能正確表示壬基苯酚的 分子結構 【95.指考】 (A) (B) (C) (D) (E) 答： Ａ 。（苯酚－OH 鄰位接上壬基 CH3(CH2)8－。）
三、醚(Ethers)：醚類與同碳數的醇類是同分異構物 (一) 定義：醚類（ether）是醇中羥基上的 H 為烴基所取代的化合物，可以用 R1－O－R2表示。 1. R1與 R2可以相同（對稱醚；單醚）如二甲基醚（簡稱甲醚），也可以不同（不對稱醚；混 醚），如甲基乙基醚（簡稱甲乙醚）若兩個烴基形成環狀，則稱為環醚。 2. 鏈狀飽和醚之分子式為 CnH2n+2O。 (二) 命名：根據醚中氧原子所連接的兩個烴基來命名。 1. 寫出 O 兩旁的取代基，最後加個「醚」字。 2. 取代基之「基」字可省略不寫。 3. 不對稱醚：兩烴基不同時，將小的烴基(X)寫在前，大的烴基(Y)寫在後，稱為 XY 醚。 CH3－O－CH3 CH3－CH2－O－CH2－CH3 CH3－O－C2H5 二甲基醚（二甲醚、甲醚） 二乙基醚（二乙醚、乙醚） 甲基乙基醚（甲乙醚） CH3－O－CH2－CH2－CH3 甲基正丙基醚 甲基異丙基醚 乙基苯基醚 (三) 醚的異構物：以 C5H12O 為例。 步驟 畫法 結構 步驟 1 兩邊碳數分成 1 個碳和 4 個碳 步驟 2 兩邊的碳畫其碳鏈 異構 步驟 3 兩邊碳數分成 2 個碳和 3 個碳 步驟 4 兩邊的碳畫其碳鏈 異構 (四) 性質： 1. 醚類沒有分子間氫鍵，故醚類較同分異構物的醇類沸點低，但與分子量相當的烷烴接近。 2. 醚類除甲醚、甲乙醚為氣體外，其餘多為高揮發性液體，易著火。 3. 醚類具有芳香味，「弱極性」，甲醚可溶於水、乙醚微溶於水，其餘大多難溶於水；比重 小 4. 用途：乙醚的沸點低（34.6 C），難溶於水，具有高度揮發性，易著火，為常見的有機溶 劑，可作為柴油及汽油的添加劑，亦可用作麻醉劑。 名稱 項目 乙醚 正丁醇 正戊烷 分子量 74.1 74.1 72.1 沸點（℃） 34.5 117.7 36.1 密度（g／mL） 0.7134 0.8098 0.626 溶解度（g／100mL H2O） 6.9 7.7 0.0004
(五) 常見的醚類： 物 質 二甲醚（甲醚） 二乙醚（乙醚） 甲基三級丁基醚 結 構 CH3－O－CH3 CH3－CH2－O－CH2－CH3 示 性 式
CH3OCH3 C2H5OC2H5 CH3OC(CH3)3
性 質 與 用 途 1.性質： (1)可由甲醇脫水而得 (2)無色、無腐蝕性，有輕 微香味的氣體。 (3)混溶性佳，可與多數有 機溶劑互溶。可溶於水 (71g/L 水)。 (4)燃燒後汙染少，對大氣 臭氧層無害，在對流層容 易降解。 (5)與乙醇互為同分異構物 2.用途：可當燃料、冷媒、 發泡劑、有機溶劑 和萃取用的溶劑。 1.性質： (1)無色液體，沸點為 34.6℃。 (2)具高揮發性和可燃性，與空氣混 合，易發生爆炸。 (3)對水溶解度 (6.9 克/100 g 水)， 與水相混會形成明顯的兩 層，乙 醚因密度小而在上層。 (4)具高度揮發性，與空氣混合容易 爆炸 (5)與丁醇互為同分異構物 2.用途： (1)可作為有機溶劑和萃取用的溶 劑。 (2)乙醚具麻醉性，醫學上早期曾作 為全身麻醉劑，但大量吸入乙醚 蒸氣易致命，現已被新麻醉劑取 代。 1.性質： (1)英文名：Methyl tert-butyl ether （MTBE）。 (2)無色透明，粘度低， 帶有刺測性氣味的可 揮發性液體。 2.用途：具優良抗震 性，可作為無鉛汽油 的抗震劑。 (六) 乙醇、二甲醚的性質比較： 名 稱 乙 醇 二甲醚（甲醚） 示性式 C2H5OH CH3OCH3 外 觀 透明液體 特殊氣味的無色氣體 熔 點 －114.3 ºC －138.5 ºC 沸 點 78 ºC －23.6 ºC 對水溶解度 無限互溶 7.1 克∕100 克水 與鈉金屬反應 生成氫氣 不反應 提示乙醇與鈉的反應：C2H5OH＋Na → C2H5ONa＋1 2 H2 【範例7】醇的異構物 畫出並命名分子式為 C4H10O、屬於醇的異構物。 答： 4 C： 、 1-丁醇 2-丁醇 3 C： 、 2-甲基-1-丙醇 2-甲基-2-丙醇 共 4 種。
[類題 7] 畫出並命名分子式為 C4H10O、屬於醚的異構物。 答： 醚：C－C－C－O－C、 、C－C－O－C－C，共 3 種。 甲基正丙基醚 甲基異丙基醚 乙醚 【範例8】醇與醚 下列有關醇與醚的敘述，何者正確？ (A)乙醇為二元醇 (B)工業酒精可能含有甲醇 (C)甲醚與甲醇為同分異構物 (D)皂化反應的副產品為丙三醇 (E)乙醚可作為麻醉劑，常溫下呈液態。 答 (B)(D)(E) 解 (A) 為一元醇。 (C) 甲醇為 CH3OH，甲醚為 CH3OCH3，分子式不同。 [類題 8] 下列何者可與水任意比例互溶？
(A) C2H4 (B) C2H6 (C) C2H2 (D) C2H5OH (E) CH3OCH3。 答 (D) 【範例9】結構式判斷 某有機化合物僅含 C、H、O 三元素。取 6.0 毫克該有機化合物完全燃燒，產物先通過含無水過 氯酸鎂之吸收管，再經氫氧化鈉吸收管，結果過氯酸鎂吸收管重量增加了 7.20 毫克，氫氧化鈉 吸收管重量增加了 13.2 毫克。回答下列問題： (1) 已知分子量在 55 ～ 65 之間，該有機化合物的分子式為何？ (2) 該有機化合物能與鈉反應，產生氫氣，則該有機化合物的結構式為何？ 答 (1) C3H8O (2) 、 解 (1) WC＝13.2× 12 44＝3.60（毫克） WH=7.20× 2 18＝0.80（毫克） WO＝6.0－3.60－0.80＝1.60（毫克） 莫耳數 C：H：O＝3.6 12： 0.8 1 ： 1.6 16＝3：8：1 所以實驗式為 C3H8O，式量＝3×12＋8×1＋1×16＝60 由題目所述，分子量在 55 ～ 65 間，故知該化合物的分子量就是 60，即分子式為 C3H8O。 (2) 該有機化合物能與鈉反應，故為醇類。 [類題 9] 有機化合物 X 之化學式為 CnH2n＋2O，n＜5。將該物質完全燃燒後，測得 CO2 及 H2O 之重量比為 88：45。回答下列問題： (1) X 的分子式為何？
(A) CH4O (B) C2H6O (C) C3H8O (D) C4H10O。 (2) 已知 X 不與鈉反應，則 X 有多少種異構物？ 答 (1)(D) (2) 3 (1) 莫耳數 C：H=88 44：2× 45 18＝2：5 故分子式為 C4H10O。 (2) X 不與鈉反應，X 為醚，有下列 3 種異構物： C－O－C－C－C、 、C－C－O－C－C
四、醛類(Aldehydes)與酮類(Ketones)：同碳數的醛與酮為同分異構物 (一) 結構：醛與酮均含有羰ㄊ ㄤ基(carbonyl， )，若為鏈狀飽和時， 則兩者之分子式均為 CnH2nO。 羰基 醛 酮 (二) 醛：羰基的碳接一個烴基及一個氫原子或接兩個氫原子者為醛類，通式為 RCHO。 ( ) ，最簡單的醛為甲醛。 (三) 酮：羰基的碳接兩個烴基者為酮類，通式為 RCOR(' ) ， 最簡單的酮為丙酮。 (四) 命名： 1. 醛類命名： (1) 找出含醛基的最長碳鏈，作為主鏈。 (2) 從最接近醛基的一端開始編號(亦即醛基必位於 1 號碳上)。 (3) 主要名稱依主鏈含碳數而定，稱為某醛；如主鏈含碳 1、2、3、4……，則稱為甲醛、 乙 醛、丙醛、丁醛……。因醛基必位於 1 號碳上，故無需註明醛基所在之碳原子的編號。 (4) 將取代基置於主要名稱之前，命名規則與烷類相同。 CH3－CH2－CHO 丙醛 2-甲基丙醛（異丁醛） 3-甲基丁醛（異戊醛） 苯甲醛 2-羥基苯甲醛 （鄰羥基苯甲醛、柳醛、水楊醛） 4-硝苯甲醛（對硝苯甲醛） ※「水楊醛」來自於「水楊酸」，是採「衍生物命名法」。 2. 酮類命名： (1) 選取含酮基之最長碳鏈為主鏈。 (2) 從最靠近酮基的一端開始編號。 (3) 主要名稱依主鏈所含碳數而定，稱為某酮。如主鏈含碳 3、4、5……，則稱為丙酮、丁 酮、戊酮……，但須註明羰基所在之碳原子的編號。 (4) 將取代基置於主要名稱之前，命名規則與烷類相同。 丁酮 3-甲基-2-丁酮 （甲基異丙基酮） 4-甲基-2-戊酮 苯乙酮（甲基苯基 酮）
(五) 醛、酮的異構物： 1. 醛異構物的畫法與醇相似，將 －CHO 接在 C 骨架末端。 2. 酮異構物的畫法與醚相似，將羰基接在。 3. 如 C5H10O： (1) 其 DBN =1，具 1 個雙鍵或 1 個環。 (2) 醛：先畫其碳鏈異構，再標醛基。 步驟 畫法 結構 步驟 1 畫 5 個碳，在端點標醛基 步驟 2 畫 4 個碳，補上取代基，在 端點標醛 基 步驟 3 畫 3 個碳，補上取代基，在 端點標醛 基 (3) 酮：因羰基用掉 1 個 C 原子，故碳原子減 1 後，剩下的碳數分成兩組烷基，分別接於羰基 的兩側。這兩堆的碳鏈，再畫其碳鏈異構。 步驟 畫法 結構 步驟 1 將羰基兩邊分成兩 組烷基， C3 和 C1， 並畫其碳鏈異構 步驟 2 將羰基兩邊分成兩 組烷基， C2 和 C2， 並畫其碳鏈異構 (六) 醛與酮的物理性質： 1. 羰基具有共振結構，對醛類與酮類很顯著的影響：這是由於氧原子的電負度較大，會吸引羰 基中的碳氧雙鍵，使氧原子帶有部分的負電荷，碳原子則帶有部分的正電荷。 2. 物性： (1) 醛與酮均具有羰基（carbonyl， ），沸點比分子量相近的烴和醚高，但比分子量相 近的 醇及羧酸低。 ① 羰基的極性大，烴和醚的極性小，故沸點比分子量相近的烴和醚高。 ② 羰基沒有氫鍵，羥基和羧基具有氫鍵，故沸點比分子量相近的醇和羧酸低。
③ 沸點： 物質 丙酸 1-丁醇 丁酮 乙醚 分子量 74 74 72 74 沸點 141 ℃ 117.7 ℃ 80 ℃ 34.6 ℃ (2) 碳數少的醛和酮對水溶解度大；常溫常壓下，甲醛的溶解度為 40g/100g 水；乙醛、乙二醛 和丙酮等與水是可以完全互溶的。 ※ 醛與酮均具有羰基（carbonyl， ），故醛和酮可與水產生氫鍵。 (3) 碳數少的醛（甲、乙醛）均有刺激性臭味；碳數多的醛類則有芳香味，尤其是含有苯環 的 醛（如肉桂醛及苯甲醛）具有特殊的香味，常作為香料或調味料；酮類大多具有特殊 的 香味，常作為香料或調味料。 ※參考範例： 香茅醛 桂皮醛 大茴春醛 香草精 麝香酮 香貓酮 (4) 常溫常壓下，只有甲醛 (沸點－21℃)、乙醛 (沸點 20℃)是氣體，12 個碳以下的醛、酮 是 液體；高級醛、酮是固體。 (七) 常見的醛類與酮類： 物 質 甲醛（分子量最小的醛類） 丙酮（分子量最小的酮類） 結 構 模 型 平面分子 示性式 HCHO CH3COCH3 性質與 用途 (1) 性質： ① 俗稱蟻醛：「蟻醛」的名稱是來自於 「蟻酸（甲酸）」的「衍生物命名 法」。 ② 一種無色、具剌激性臭味的氣體，易 溶於水，也易溶於乙醇、苯等有機溶劑。 ③ 甲醛毒性高，具有致癌性，裝潢所用 的木製品或新購買的玩具會有甲醛釋出。 ④ 甲醛為平面分子。 (2) 用途： ① 市售的福馬林（formalin）為甲醛飽和水 溶液（35～40%）， 具殺菌、防腐效 果，可作為動物標本的防腐劑。 ② 甲醛可作為製造酚甲醛樹脂 (俗稱電 木)或尿素甲醛樹脂 (美耐皿)的原料。 尿素甲醛樹脂可作為貼合板材料的接著 劑，因此新裝潢的房 間，常會放出有毒的 氣體—甲醛。 (1) 性質： ① 沸點 56.3 ℃，為一種無色透明的液體， 具高揮發性，有特殊氣味。 ② 能與水互溶，也能溶解許多有機物，常 作為溶劑。 (2) 用途：
① 市售的去光水 (Nail polish remover)中便
含有丙酮成分，可 溶解指甲油。 ② 可用於萃取樹葉中的葉綠素。 ③ 可當冷劑，丙酮與乾冰混合，溫度可低 到－78℃。 ④ 可用在壓克力的接合。 ⑤ 實驗室中常備的洗滌用溶劑。
(八) 醛可作為還原劑，酮則無還原力。 補充教材詳見高三課程：
醛能與斐林試液反應，產生紅色沉澱；與多侖試劑反應，產生銀（銀鏡反應）。 CH3CHO()＋2Cu2+(aq)＋5OH－
(aq) → CH3COO(aq)− ＋Cu2O(s)（紅色）＋3H2O() CH3CHO()＋2Ag(NH3)2(aq)+ ＋3OH－
(aq) → CH3COO(aq)− ＋2Ag(s)＋4NH3(g)＋2H2O()
【範例10】化合物甲的結構式如下圖，下列哪一選項是化合物甲的正確中文系統命名？ (A) 6-甲基-3-辛酮 (B) 2-乙基-5-庚酮 (C) 3-甲基-6-辛酮 (D) 1,2-二甲基-5-庚醛 (E) 1,2-二甲基-3-庚醛。 答案：(Ａ) 解析：含羰基的主鏈有 8 個碳，有 1 個甲基支鏈，又編號從靠近羰基的一端算起，故羰基為主鏈 的 3 號碳，甲基在 6 號碳上，故其命名為 6-甲基-3-辛酮。 [類題 10] 下列有關醛與酮的敘述，何者正確？ (A)均含羰基 (B)新裝潢的屋子內常含有甲醛 (C)丙酮與丙醛互為同分異構物 (D)去光水的成分為甲醛 (E)甲醛與丙酮均易溶於水。 答 (A)(B)(C)(E) (B)木製品夾板間含有尿素甲醛樹脂黏著劑。(D)為丙酮。 【範例11】醛與酮的異構物 分子式為 C4H8O、屬於醛或酮的異構物有多少種？ 答 3 解 CH3－CH2－CH2－CHO、 、 [類題 11] 分子式為 C5H10O、屬於醛或酮的異構物分別有多少種？ 答 醛 4 種，酮 3 種 醛：把 －CHO 視為取代基 4 C： 、 3 C： 、 共 4 種 酮： 左 1 C、右 3 C： 、 左 2 C、右 2 C： 共 3 種
五、羧酸 (一) 羧酸(Carboxylic acids)：烴分子中的氫原子被羧基（ ）取代所生成的化合物，通 式是 RCOOH；若 R 為烷基，則分子式為 CnH2nO2；最簡單的羧 酸是甲酸 (HCOOH)。 (二) 結構： (三) 分類： 1. 依羧酸所含羧基（－COOH）的數目分為「一元羧酸」、「二元羧酸」、「三元羧酸」。 分類 一元羧酸 二元羧酸 三元羧酸 定義 含一個羧基者 含二個羧基者 含三個羧基者 實例 乙酸（醋酸） 乙二酸（草酸） 檸檬酸 CH3COOH 2. 依羧基所連接烴基的不同，可分為「脂肪酸」和「芳香酸」。 分類 脂肪酸 芳香酸 定義 羧基與脂肪烴基相連的羧酸，因這些 酸常與甘油結合構成脂肪而取名 羧基與苯環相連的羧酸 通式 R－COOH Ar－COOH 實例 正十六酸 苯甲酸 CH3(CH2)14COOH 3. 還可依羧基所接烴基是否飽和，分為「飽和羧酸」和「不飽和羧酸」。 分類 飽和羧酸 不飽和羧酸 定義 羧基所接烴基，烴基為飽和 烴 羧基所接烴基，烴基為不飽和烴 實例 乙酸（醋酸） 丙烯酸 CH3COOH CH2=CHCOOH 4. 衍生物：羧酸的羥基（－OH）被他種官能基取代所生成之化合物稱為羧酸的衍生物；包括 酸酐（脫去 H2O 後，分子式中不再含有可解離之 H）、醯氯、酯、醯胺。 酸酐 醯氯 酯 醯胺
(四) 命名：
1. 俗名：依據羧酸的來源命名。例如甲酸來自於螞蟻，稱為蟻酸；乙酸來自於食醋，稱為醋 酸；乙二酸來自植物中，稱之為草酸；苯甲酸來自於安息香膠，稱之為安息香酸。 HCOOH CH3COOH CH3(CH2)16COOH
蟻酸（甲酸） 醋酸（乙酸） 硬脂酸（十八酸） 草酸（乙二酸） 2. IUPAC 命名： (1) 一元酸：命名方式類似醛。 ① 脂肪酸： ➊ 選取包含羧基之碳原子的最長碳鏈，作為主鏈。 ➋ 從最接近羧基的一端開始編號（亦即羧酸之羧基必位於 1 號碳上）。 ➌ 主要名稱依主鏈含碳數而定，稱為某酸。如主鏈含碳 1、2、3、4……，則稱為甲 酸、乙酸、丙酸、丁酸……。因羧基必位於 1 號碳上，故無頇註明羧基所在之碳原 子的編號。 ➍ 將取代基置於主要名稱之前，命名規則與烷類相同。 2-甲基丁酸 2-羥基丙酸（乳酸） ② 芳香酸：因羧基與苯環直接相連，故以「苯甲酸」作為主體來命名，苯環上連接羧基的 碳序號定為「1」，並使其他取代基序號較小的方式命名之。 苯甲酸 苯乙酸（2-苯基乙 酸） 2-羥基苯甲酸 （鄰羥基苯甲酸、柳酸、水 楊酸） 4-乙基苯甲酸 (2) 二元酸（dicarboxylic acid）：含兩個羧基者。兩個羧基必在兩端，命名時，以含兩個羧 基的碳鏈為主體。 (五) 異構物：畫法跟醛類似。 1. 原則： (1) 先算 DBN。 (2) 再畫出主碳鏈的碳鏈異構物，然後在端點標羧基。 2. 如 C5H10O2。 (1) DBN = 2×5+2−10 2 = 1，有一環或一雙鍵。
(2) 主鏈： 步驟 畫法 結構 步驟 1 先畫出主鏈 5 個 C，在 端點再標羧基 戊酸 步驟 2 畫 4 個碳，補上取代基， 在端點標羧基 2-甲基丁酸 3-甲基丁酸 步驟 3 畫 3 個碳，補上取代基， 在端點標羧基 2,2-二甲基丙酸 3. 酸類異構物數目： 碳 數 一 二 三 四 五 六 分 子 式 CH2O2 C2H4O2 C3H6O2 C4H8O2 C5H10O2 C6H12O2 異構物數目 1 1 1 2 4 8 (六)性質： 1. 物性： (1) 熔、沸點：羧酸具有羧基，其沸點比相近分子量的醇、酯還高。 ① 羧酸中的 C=O 可加強 OH 中的 O 吸 H 的電子，故 RCOOH 分子間的氫鍵強於 ROH 分子間的氫鍵。 ② 酯類分子間沒有氫鍵。 ③ 乙酸、1-丙醇和甲酸甲酯沸點比較： 物質 乙酸 1-丙醇 甲酸甲酯 分子量 60 60 60 沸點 118 ℃ 97.1 ℃ 32 ℃ ④ 常溫常壓下，C1~C3 的羧酸是具刺激氣味的無色液體，C4~C9 是具有腐敗氣味的油狀液 體，C10 以上的直鏈一元酸是無臭無味的白色蠟狀固體；脂肪酸的二元酸和芳香族羧酸 都是白色固體。 (2) 溶解度： ① 羧酸分子中的羧基可與水形成氫鍵，所以 C1~C4 的羧酸與水以任意比例互溶；隨著相對 分子量的增加，分子中非極性的烴基愈來愈大，使羧酸的溶解度逐漸減小；C10 以上的羧 酸則難溶於水。 ② 芳香族羧酸一般均難溶於水。 ③ 羧酸在水中的溶解度大於醇類，主要是羧酸中具有兩個可與水分子形成氫鍵的氧原子。 (3) 化性： ① 羧酸具酸性：具弱酸性。RCOOH(aq) ⇌ RCOO－ (aq)＋H＋ (aq)，羧酸根具有共振結構，故 連接在酸根的氫離子有部分解離的可能；可與活性大的金屬反應產生 H2。 、
② 羧酸不易被氧化；但甲酸、草酸均具還原性，可被 KMnO4、K2Cr2O7 強氧化劑氧化成 CO2。 ③ 羧酸可與醇反應生成酯類。 (六) 常見的羧酸： 物 質 甲酸（蟻酸） 乙酸（醋酸） 苯甲酸（安息香酸） 結 構
示性式 HCOOH CH3COOH C6H5COOH
性質與 用途 (1) 早期製備：螞蟻分泌 物和蜜蜂分泌物中含有甲 酸 ，最初是由蒸餾螞蟻時製 得甲酸，俗稱「蟻酸」。 (2) 性質： ① 甲酸為平面分子。 ② 沸點 100.5℃，具揮發 性，與水任意互溶。 ③ 無色、具有剌激性氣 味的液體，具腐蝕性，會 刺激皮膚。 ④ 含有醛基，具還原 力，會使過錳酸鉀溶液褪 色。 (3) 用途： ① 甲酸在工業上可作為 橡膠乳汁的凝固劑。 ② 甲酸與濃硫酸共熱， 則脫水產生一氧化碳。 (1) 早期製備：最初由食 醋中得到，俗稱醋 酸，食醋中約含 5 % 乙酸。 (2) 性質： ① 沸點 118℃，為無色 有剌激性氣味的液體， 具揮發性，與水任意互 溶，會刺激皮膚。 ② 醋酸之含水量在 1 % 以下者，在冬季容易凍 結 (1 atm 時，凝固點 16.6 ℃)成冰狀固體， 故稱為「冰醋酸」。 (3) 用途：可作為溶劑， 也是重要的化學原料， 為化工原料，用於樹 脂、纖維素工業。 (1) 性質： ① 俗稱安息香酸或苄 酸。 ② 白色晶體，會昇華， 微溶於水，有防腐作 用；苯甲酸與 NaOH 中和可得苯甲酸鈉， 易溶於水。 (2) 用途： ① 可用於製造染料，具 防腐效果。 ② 苯甲酸及苯甲酸鈉均 為食物防腐，可做為 醬油中的添加物。 物 質 乙二酸(草酸) 鄰羥基苯甲酸 結 構 示性式 (COOH)2 性質與 用途 (1) 性質： ① 最簡單的二元酸，常 以 KHC2O4 存在於植 物中，俗稱草酸。 ② 含兩分子結晶水的無 色晶體，易溶於水。 ③ 草酸鈣(CaC2O4)的溶解 度極低，使人體發生 「結石」的主因之 一。 (2) 用途：可用於金屬除 鏽去汙、皮革漂白以 及染料。 (1) 性質： ① 可從柳樹的樹皮萃取 出來，所以俗稱「柳 酸」或「水楊酸」。 ② 白色粉末，微溶於 水。 (2) 用途： ① 可用為醫藥品，為止 痛、解熱劑。 ② 可用來合成阿司匹 靈，具有抗菌性及去角 質等功用。
【範例12】臺大「抗煞一號」，其有效化合物的名稱是「8-羥基辛酸」（8-hydroxyoctanoic acid）。 下列有關此化合物的敘述，何者正確？ 【93.指考補考】 (A) 由碳、氫、氧組成的一種有機化合物 (B) 化學式為 CH2(OH)(CH2)6COOH (C) 因有羥基與羧基，所以在水中的溶解度相當大 (D) 與「4-羥基辛酸」（4-hydroxyoctanoic acid）互為同分異構物 (E) 酸性與脫水性比硫酸還強，是能殺死 SARS 冠狀病毒最重要的原因。 答案：(Ａ)(Ｂ)(Ｄ) 解析：(Ｂ) 8-羥基辛酸的結構式為 。 (Ｃ)此化合物因碳鏈（非極性）太長，故難溶於水。 (Ｄ) 4-羥基辛酸的結構式為 。 (Ｅ)酸性與脫水性均比硫酸弱，能殺死病毒的原因為可使病毒變性。 [類題12] 下列各組有機分子之關係，何者正確？ 【90.日大】 (A) 乙酸與甲酸甲酯為同分異構物 (B) 丙酸與丁酸為同素異形體 (C) 1-戊烯與 2-戊烯為幾何異構物 (D) 二乙基醚與丁醇為結構異構物 (E) 丁烷和環丁烷為同系物。 答案：(Ａ)(Ｄ) 解析：(Ａ)乙酸 CH3COOH 和甲酸甲酯 HCOOCH3 的分子式均為 C2H4O2。 (Ｂ)丙酸與丁酸為同系物。 (Ｃ) 1-戊烯與 2-戊烯為結構異構物。 (Ｄ)二乙基醚 C2H5OC2H5 和丁醇 C4H9OH 的分子式均為 C4H10O。 【範例13】下列有關羧酸、醚及醇類的敘述，哪些是正確的？ 【97.指考】 (A)乙二酸俗稱草酸，分子式為 C2H2O4 (B)丙三醇俗稱甘油，分子式為 C3H8O3
(C)乙二酸的沸點高於乙酸 (D)乙醚中，氧原子的兩側均為乙基，因此乙醚不具極性 (E)甲醚與乙醇互為同素異形體。 答案：(Ａ)(Ｂ)(Ｃ) 解析：(Ａ)草酸的結構式為 。 (Ｂ)甘油的結構式為 。 (Ｃ)乙二酸可形成氫鍵的數目多於乙酸，故沸點較乙酸高。 (Ｄ)乙醚 C2H5OC2H5 分子中，因為氧以 sp3 混成軌域鍵結，C－O－C 的鍵角接近 109.5˚， 故有極性。 (Ｅ)甲醚 CH3OCH3 和乙醇 C2H5OH 互為同分異構物。
六、酯類(Esters)：同碳數的酯與羧酸是同分異構物 (一) 定義：將羧酸上的 OH 轉變為 OR'時所形成的衍生物；其通式為 。 1. 若為鏈狀飽和酯，其分子式為 CnH2nO2。 2. 最簡單的酯為甲酸甲酯 (HCOOCH3)。 (二) 製備：酯可由羧酸與醇在少量硫酸的催化下共熱，進行酯化反應而得。 (三) 命名：由「A 酸」與「B 醇」製得的酯，命名為「A 酸 B 酯」。 1. 酯化反應： 甲酸 乙醇 甲酸乙酯 水 2. 酯的命名：由其相對應的羧酸和醇命名。 ＋ HO－CH3 𝐻→ + ＋ H2O 乙酸 甲醇 乙酸甲酯 水 ＋ 𝐻→ + ＋ CH3COOH 柳酸 乙酐 乙醯柳酸（阿司匹靈） 醋酸 ＋ CH3OH 𝐻→ + ＋ H2O 柳酸 甲醇 柳酸甲酯（冬青油，製作膏 藥） 水 (四) 異構物： 1. 原則：與醚類畫法類似。 (1) 先算 DBN。 (2) 扣掉酯基的碳，將剩下的碳原子分成兩組烷基，分別接於酯基的兩側。(酯基用掉 1 個 C) (3) 先畫這兩堆最長的碳鏈，再畫其碳鏈異構。 (4) 欲求酯類( ) 異構物的數目時須注意： ① 酯類中 R 與 R'並不對稱，即 R 含 1 個 C 原子，R'含 2 個 C 原子的「乙酸乙 酯」；與 R 含 2 個 C 原子，R'含 1 個 C 原子的「丙酸甲酯」並不相同。 ② 酯類中 R 可以沒有 C 原子，但 R'不可以沒有 C 原子，若 R'不含 C 原子即變成羧 酸而非酯。 2. 如 C4H8O2： (1) DBN = 2×4+2−8 2 = 1，有一環或一雙鍵。
(2) 畫法： 步驟 畫法 結構 步驟 1 「酯基」左邊碳數 為 0，右邊碳數為 3 HCOOC3 甲酸正丙酯 甲酸異丙酯 步驟 2 「酯基」左邊碳數為 1，右邊碳數為 2 C1COOC2 乙酸乙酯 步驟 3 「酯基」左邊碳數為 2，右邊碳數為 1 C2COOC1 丙酸甲酯 3. 酯類異構物數目： 碳數 一 二 三 四 五 六 分子式 CH2O2 C2H4O2 C3H6O2 C4H8O2 C5H10O2 C6H12O2 異構物數目 0 1 2 4 9 20 (五) 酯的性質與用途： 1. 物性： (1) 熔、沸點：酯類是極性分子，分子間不形成氫鍵，故沸點、熔點都較同分子式的酸低， 沸點與分子量大約相等的醛、酮較相近。 物質 乙酸 丙酮 甲酸甲酯 分子量 60 58 60 沸點 118 ℃ 56.5 ℃ 32 ℃ (2) 低級酯具有水果香味且揮發性大，常用來作香料及人造調味品，並且是優良的溶劑。 丁酸甲酯具蘋果香氣、乙酸正戊酯具香蕉香氣、乙酸正辛酯具橘子香氣、而苯甲酸甲酯 則具有櫻桃的香氣。 (3) 溶解度：低級酯可溶於水，其他酯類則大多難溶於水；酯類比重小於水，可溶於乙醇、 乙醚等有機溶劑。 甲酸甲酯 (20℃時溶解度 30.4g/100ml、20℃)、甲酸乙酯 (20℃時溶解度 10.5g/100ml)、 乙酸甲酯 (20℃時溶解度 24.5g/100ml)、乙酸乙酯 (20℃時溶解度 8.3g/100ml、20℃)。
2. 用途： (1) 可當溶劑、香料。 (2) 「硝化甘油」可作為炸藥原料，當受熱或強烈震動會發生爆炸；醫學上可作為肌肉鬆弛 劑或血管擴張劑，用來降低血壓與治療狹心症。 (六) 常見的酯類： 物 質 乙酸甲酯 乙酸乙酯 乙酸異戊酯（香蕉油） 結 構
示性式 CH3COOCH3 CH3COOC2H5 CH3COOCH2CH2CH(CH3)2 性質與 用途 有機溶劑 ① 有機溶劑 ② 存在於水果酒中 ① 有機溶劑、香味劑 ② 存在於香蕉、葡萄等許多水果 中 物 質 柳酸甲酯 阿司匹靈 結 構 性質與 用途 (1) 性質： ① 俗稱「冬青 油」，有特殊香 味。 ② 在人體會代謝 成柳酸，是 NSAIDs (非類固醇 抗發炎藥物) 藥 物。 (2) 用於香料和扭 傷時的外用藥。 (1) 性質： ① 學名為「乙醯柳酸」，微溶於水的白色粉末或晶體。 ② 亦含有羧基，具有解熱、鎮熱、抗發炎、抗凝血的藥效，是 NSAIDs (非類固醇抗發炎藥物)藥物。但易引起過敏，並阻礙胃 粘膜的再生。 (2) 用途：醫藥上常用為解熱鎮痛劑，副作用為使人胃部不適， 常搭配胃藥服用。 (七) 羧酸與酯的比較：
分子式 C2H4O2 C3H6O2 C4H8O2 C5H10O2 鑑別
羧酸異構物 1 1 2 4 呈酸性，使石蕊試紙 呈紅色。與 Zn、Mg 反應生成 H2。 酯異構物 1 2 4 9 有香味，中性物質， 可水解出羧酸及醇。
【範例14】羧酸與酯的異構物 分子式為 C4H8O2、屬於羧酸或酯的異構物有多少種？ 答 6 解 羧酸：把 －COOH 視為取代基。 3 C： ─→ CH即 3－CH2－CH2－COOH； 即 ─→ 酯： 左 0 C、右 3 C： 、 左 1 C、右 2 C： 左 2 C、右 1 C： 共 6 種 [類題 14] 分子式為 C3H6O2、屬於羧酸與酯的異構物有多少？ (A) 3 (B) 4 (C) 5 (D) 6 (E) 7。 答 (A) 酸： 酯： 、 【範例15】羧酸與酯的性質 下列有關羧酸與酯的敘述，何者正確？ (A)甲酸分子具有醛基 (B)乙酸異戊酯俗稱香蕉油，可稀釋油漆，亦可作為食品的香味劑 (C)乙酸與甲酸甲酯互為同分異構物 (D)人被螞蟻叮咬，皮膚會產生紅腫，是因為螞蟻的分泌物中含有乙酸 (E)甲酸乙酯可由甲醇及乙酸酯化而得。 答 (A)(B)(C) 解 (A) 。(D)甲酸。(E)由甲酸及乙醇酯化而得。 [類題 15] 下列哪些化合物具有酸性？
(A) HOCH2CH2OH (B) CH3CHO (C) CH3COOH (D) HCOOCH3 (E) 。 答 (C)(E)
【範例16】天然油脂結構的核心為甘油（HOCH2CH(OH)CH2OH），有一瘦身用的非天然油脂， 其結構的核心則為蔗糖（C12H22O11）。該非天然油脂可由直鏈型的不飽和油酸（C17H33COOH） 與蔗糖反應而得，其反應示意圖如下圖所示，回答下列各題：(注意：下圖中的反應式不完整) 【95.指考】 （ ）(1)該非天然油脂含有下列哪些官能基？ (A)炔 (B)烯 (C)酯 (D)酮 (E)酸。 （ ）(2)油酸與蔗糖的反應屬於下列哪些反應？ (A)加成反應 (B)皂化反應 (C)脫水反應 (D)酯化反應 (E)聚合反應。 答案：(１)(Ｂ)(Ｃ)；(２)(Ｃ)(Ｄ) 解析：(１)該非天然油脂是由不飽和油酸與蔗糖所形成的酯類，故含有酯基，而不飽和油酸 C17H33COOH 的烴基 C17H33 為不飽和，含有一個碳-碳雙鍵的烯基。 (２)將蔗糖視為醇，則酸＋醇→酯＋水，故此反應為酯化反應，且反應生成水，故為脫水反 應。 【範例17】在選項所列有機物中，哪兩種符合下列條件？ 【102.學測】 甲：生活中較常見的有機物 乙：屬於烷烴的衍生物 丙：分子只由碳、氫、氧三種元素構成 (A)乙醇 (B)乙胺 (C)乙酸 (D)核酸 (E)胺基酸 答：ＡＣ 選項所列皆為有機物，也屬烴的衍生物，但(B)(D)(E)另含有氮元素。 【範例18】黃同學將 5 種液體分別置於 1～5 號試管後，分別進行測試，結果如下： (1)以藍色石蕊試紙測試，發現只有 5 號試管的液體呈現紅色。 (2)測試液體的揮發性，4 號試管的液體最易揮發。 (3)以手輕搧液體，嗅聞結果，1 號試管的液體與家中所使用的去漬油味道相似；2 號 試管的液體，則有類似水果香味。 (4)食鹽於 3 號試管中液體的溶解度最高。 依據上述測試結果，則這 5 種液體依序為何？ 【104.學測】 (A)丙酮、乙醇、水、乙醚、乙酸 (B)乙醇、丙酮、乙醚、水、乙酸 (C)己烷、乙酸乙酯、水、乙醚、乙酸 (D)己烷、乙酸乙酯、水、乙酸、乙醚 (E)己烷、丙酮、水、乙醚、乙酸乙酯 答：Ｃ 由(1)知 5 號含有酸性物質，由(2)知 4 號物質沸點最低；由(3)得 1 號含有液態烷類；2 號含有 酯類，由(4)得知該液體為選項中的水。）
七、胺類(Amines)： (一) 定義：氨分子中的氫原子被烴基取代瓹生之衍生物，通式為 RNH2、R2NH、R3N。 (二) 分類：依氮上所接烴基之多寡分為一級胺（RNH2）、二級胺（R2NH）、三級胺（R3N） 和四級銨離子（RNH4+）。 ＊1°胺與 1°醇的定義不同，須注意之。 分類 一級胺 (1°胺) 二級胺 (2°胺) 三級胺 (3°胺) 四級銨離子 定義 N 原子連接 1 個 R 者 N 原子連接 2 個 R 者 N 原子連接 3 個 R 者 N 原子連接 4 個 R 者 通式 實例 甲胺 二甲胺 三甲胺 四甲銨離子 (三) 命名： 1. 脂肪胺：一般用胺分子中所含烴基來命名；若有相同的烴基，可在烴基前加上二或三；或 將－NH2稱為胺基，視為取代基。 (1) 一級胺（1° 胺）：與醇類的命名法則相同，需標示 NH2 的位置。 (2) 二級胺（2° 胺）、三級胺（3° 胺）： ① 選擇含氮的最長碳鏈之一級胺當作主體，其他原子或原子團則視為取代基。 ② 若取代基在氮上則在取代基前面加上符號「N」，表示烷基是接在氮原子上。 ( N-甲基乙胺) 2. 芳香胺： (1) 芳香族的第二、第三胺在命名時，通常以苯胺為主體。 (2) 若氮原子上連有烷基，則在烷基前加上符號〝N-〞，表示烷基接在氮原子上，以便與苯 環上的取代基區別。 (胺苯) (2-甲基苯胺)
(四) 異構物： 1. 原則： (1) 先算 DBN。 (2) 再區分為一級胺（RNH2）、二級胺（R2NH）和三級胺（R3N）。 (3) 最後處理烷基異構。 2. 如 C4H11N： (1) DBN = 2×4+3−11 2 = 0，沒有雙鍵、環或參鍵。 (2)畫法： 步驟 畫法 結構 步驟 1 1° 胺，並畫碳鏈異 構 C－C－C－C－NH 2、 、 步驟 2 2° 胺，將碳鏈分成 C3 和 C1 一組、C2 和 C2 一組，並畫碳 鏈異構 步驟 3 3° 胺，將碳鏈分成 C2、C1 和 C1 一 組，並畫碳鏈異構 3. 胺類異構物數目： 碳數 一 二 三 四 分子式 CH5N C2H7N C3H9N C4H11N 1°胺 1 1 2 4 2°胺 0 1 1 3 3°胺 0 0 1 1 (五) 性質： 1. 物性： (1) 熔、沸點：胺的沸點比相對分子量相近的烴和醚高，比醇和羧酸低。 ① 羧酸中的 C=O 可加強 OH 中的 O 吸 H 的電子，故 RCOOH 分子間的氫鍵強於 ROH 分子間的氫鍵。 ② 在 ROH 中的 O 電負度比 RNH2 中的 N 電負度大，∴O 較 N 易搶 H 的電子，故 ROH 的氫鍵強於 RNH2 的氫鍵。 物質 乙酸 1-丙醇 正丙胺 甲乙醚 分子量 60 60 59 60 沸點 118 ℃ 97.1 ℃ 49 ℃ 11 ℃ 、 、 、
(2) 分子量相同的脂肪胺中 1° 胺的沸點最高，2° 胺次之，3° 胺最低。 ① 1° 胺和 2° 胺具有分子間氫鍵，3° 胺則沒有分子間氫鍵。 ② 2° 胺具有較大立障使得 2° 胺形成分子間氫鍵較 1° 胺形成分子間氫鍵困難。 (3) 常溫常壓下，甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺為無色的氣體，其他胺為液體或固體。 (4) 溶解度：碳數較少的胺（低級胺，例如甲胺、二甲胺、三甲胺）可溶於水；隨著碳數增 加，其對水溶解度漸減。 胺基可與水產生氫鍵，故碳數較少的胺對水溶解度大。 (5) 味道：碳數較少的胺帶有魚臭味或氨的氣味；隨著碳數增加，其臭味漸減。 2. 化性： (1) 胺與氨相似，由於氮原子上有一對未共用電子對，容易接受質子形成銨離子，為重要的 有機鹼；胺類水溶液為弱鹼性，可與酸發生中和反應，並生成鹽而溶於水中。 𝐻𝐵𝑟 → （難溶於水） （溶於水） (2) 胺溶於水的反應，以甲胺為例：CH3NH2(g)＋H2O() CH3NH3＋(aq)＋OH－ (aq) 與 NH3(g)＋H2O() NH4＋(aq)＋OH－ (aq) 類似。 (3) 胺具毒性，不論是吸入或接觸都可能引起中毒，有些芳香胺，如萘胺具致癌性。 (4) 分子量較大的胺會影響生理的作用，例如：咖啡因及安非他命、大麻、古柯鹼、鴉片、 嗎啡、海洛因等毒品，都是胺類化合物。 (六) 常見的胺類： 名稱 苯胺(Aniline) 1,5-戊二胺 安非他命（苯異丙胺） 結構 性質 與用 途 (1)性質： ①重要的胺類化合物，具有特殊臭味的 無色油狀液體，久置於空氣中逐漸氧化 呈褐色。 ②苯胺難溶於水，但可溶於鹽酸（因為 產生可溶性的銨鹽，苯胺對水之溶解度 為 3.7 g／100 g 水）。 (2)用途： ③能用以製造藥物，如解熱藥「乙醯苯 胺」。 ④也可用來製造染料、色素以及酸鹼滴 定用指示劑，例如甲基橙。 腐壞的肉和魚的腥臭即是 來自 1,5-戊二胺所造成的 氣味，所以 1,5-戊二胺又 稱為腐胺。 可作為中樞神經興奮劑 及抗憂鬱症藥，因具有 成癮性被列為毒品。
八、醯胺(Amides)： (一) 定義：醯胺是酸的羥基被胺基取代而得， 其中稱為醯胺鍵。 (二) 通式與命名： 1. 通式：醯胺的結構中含有醯基（ ）及胺基（－NH2），其通式為 。 2. 命名： (1) 醯胺類是羧酸分子的羥基被胺基取代而成的化合物。故命名時所對應的羧酸名稱字尾由 「酸」改成「醯胺」即可。 (2) 與胺類似，如果氮原子上接有其他取代基時，則以「N-」表示其位置。 甲醯胺 乙醯胺 N-甲基甲醯胺 N, N-二甲基乙醯胺 乙醯胺苯 (乙醯胺苯) 2-甲基丁醯胺 (三) 異構物： 1. 原則：類似酯類和胺的畫法。 (1) 先算 DBN。 (2) 以 C=O 為分界，將剩下的碳數分為兩邊。 (3) 將兩邊進行碳鏈異構，而 NH2 上進行一取代、二取代。 2. 如 C4H9NO： (1) DBN = 2×4+3−9 2 = 1，有一雙鍵或一環。 (2) 畫法： 步驟 畫法 結構 步驟 1 C=O 左邊 3 個 C，進行碳鏈 異構 步驟 2 C=O 左邊 2 個 C，進行碳鏈 異構，剩下 1 個 C 放 NH2 上 步驟 3 C=O 左邊 1 個 C，進行碳鏈 異構，剩下 2 個 C 放 NH2 上 步驟 4 C=O 左邊 0 個 C，進行碳鏈 異構，剩下 3 個 C 放 NH2 上
3. 醯胺類異構物： 碳數 二 三 四 分子式 C2H5NO C3H7NO C4H9NO 1° 醯胺 1 1 2 2° 醯胺 1 2 4 3° 醯胺 0 1 2 異構物總數 2 4 8 (1) 1° 醯胺：醯胺基上的 N 接 2 個 H，如 。 (2) 2° 醯胺：醯胺基上的 N 接 1 個 H，如 。 (3) 3° 醯胺：醯胺基上的 N 沒有接 H，如 。 (四) 性質： 1. 物性： (1) 熔、沸點：醯胺具有分子間氫鍵（分子間氫鍵數的平均個數為 2），熔點、沸點很高， 除了甲醯胺為液體外，其他的醯胺都是固體。由於醯胺分子間的氫鍵結合作用力強，其 沸點比分子量相近的羧酸、醇都高。 ① 分子量相近時，大致上沸點：醯胺＞羧酸＞醇＞胺＞酯、醛、酮＞醚＞烷。 物質 乙醯胺 乙酸 1-丙醇 正丙胺 甲酸甲酯 甲乙醚 正丁烷 分子量 59 60 60 59 60 60 58 沸點 220 ℃ 118 ℃ 97.1 ℃ 49 ℃ 32 ℃ 11 ℃ －0.45 ℃ ➊ 醯胺因生成較多分子間氫鍵，故沸點較高。 ➋ 羧酸中的 C=O 可加強 OH 中的 O 吸 H 的電子，故 RCOOH 分子間的氫鍵強於 ROH 分子間的氫鍵。 ➌ 在 ROH 中的 O 電負度比 RNH2 中的 N 電負度大，∴O 較 N 易搶 H 的電子， 故 ROH 的氫鍵強於 RNH2 的氫鍵。 ➍ 羰基的極性大，烴和醚的極性小，故酯、醛和酮的沸點比分子量相近的烴和醚高。 (2) 溶解度：碳數少於 5 的醯胺易溶於水，隨著相對分子量的增加，溶解度逐漸降低。 2. 化性： (1) 酸鹼性：羰基會降低氮原子上的電子雲密度，使其結合氫原子的能力大大減弱，故鹼性 減弱。因此「醯胺的水溶液視為中性」。 (2) 若涉及蛋白質或胜肽的結構，醯胺鍵可稱為「胜肽鍵」或「肽鍵」。 (3) 在酸或鹼中不穩定，會發生「水解反應」。
(五) 常見的醯胺： 名稱 甲醯胺 乙醯苯胺 尿素 結構 性質 與用 途 (1) 性質： ① 分子量最小的醯胺。 ② 透明液體，具有與氨氣 (NH3)相似 的氣味。 ③ 醯胺類分子中唯一為液體，其他的 醯胺都是固體。 ④ 可溶於水，水溶液呈中性。 (2) 用途： ① 甲醯胺或乙醯胺常用於製造磺胺類 藥物及維生素。 ② 做紙和紡織物的柔軟劑。 ③ 若離子化合物不溶解於水，甲醯胺 也許可作為這些離子化合物的溶劑。 (1) 性質： ① 亦稱「乙醯胺苯」， 系統名「N-苯基乙醯 胺」。 ② 白色晶體，熔點為 113～115℃。 ③ 有止痛與退燒的功 能。 ④ 難溶於冷水而易溶於 熱水及有機溶劑中。 (2) 用途：在醫藥上作為 鎮痛劑。 (1) 性質： ① 白色結晶或粉末，熔 點 132.7 ℃。 ② 幾乎無臭，有鹽味， 易溶於水，溶於水呈中 性。 ③ 尿素是人和哺乳類動 物體內蛋白質代謝的最 終產物。 (2) 用途： ① 常用作肥料。 ② 熱固性塑膠－尿素甲 醛樹脂的原料之一。 名稱 對乙醯胺基苯酚 N,N-二甲基甲醯胺 (DMF) 結構 性質 與用 途 (1) 性質： ① 具退熱和止痛功能，但是不具消炎 的功能。 ② 較不傷胃，但「傷肝」。 (2) 用途：在醫藥上作為鎮痛劑，為 「普拿疼」（Panadol) 的主成份。 透明液體，工業界常用的 高沸點溶劑。 【範例19】胺與醯胺的異構物 分子式為 C3H9N 的異構物有多少種？ 解 、 、 、 [類題 19] 寫出下列化合物的名稱： (1) HCONHCH2CH2CH3 (2) 答 (1) N-正丙基甲醯胺 (2) N,N-二甲基乙胺 【範例20】胺與醯胺 下列有關胺或醯胺的敘述，何者正確？ (A)兩者均含有氮原子 (B)乙胺分子含有兩個氮原子 (C)甲醯胺含有醛基 (D)甲醯胺具有醯胺鍵 (E)乙胺易溶於水，溶液呈鹼性。 答 (A)(C)(D)(E) 解 (B) 乙胺分子為 CH3CH2NH2，含有 1 個氮原子。(C)
[類題 20] 下列何者含有醯胺鍵？ (A) （尿素） (B) （安非他命） (C) （阿司匹靈） (D) （對胺基苯磺醯胺，磺胺） (E) （乙醯胺苯） (F) 。 答 (A)(E) 【範例21】N,N–二甲基甲醯胺（DMF）是一種透明液體，在工業上用於丙烯纖維及塑料的製造 上。它也用於製造殺蟲劑、接著劑等，但可能是一致癌物。下列有關 DMF 的敘述，何者正確？ (A)分子中的氮原子連接二個碳原子 (B)其分子式為 C3H7NO (C)不溶於水 (D) DMF 為一種有機鹼 [答案] Ｂ （DMF），(A)氮接三個碳原子；(C)可溶於水；(D) DMF 不呈鹼性。 [類題 21] 對乙醯胺基酚（acetaminophen）是一種常用的退熱和止痛 藥物，是普拿疼中的主成分，其分子結構如右所示。下列 有關對乙醯胺基酚的敘述，何者錯誤？ (A)是一種醯胺類 (B)是一種酚類 (C)可溶於強鹼溶液中 (D)水解的產物為乙醯胺和苯酚： [答案] D (D) ＋ 。）
