10.2: 醇和酚的物理性质

醇是其中羟基连接到饱和碳上的有机化合物。 酚是一类含有连接至芳环的羟基的醇。 醇和酚的物理性质受到羟基官能团中的氧-氢偶极子造成的氢键以及醇和酚分子的烷基或芳基区域之间的分散力的影响。

由于分子间氢键，醇比相似分子量的脂肪烃具有更高的沸点。 与碳氢化合物一样，分散力是碳链长度增加时沸点升高的原因。

羟基和水之间的氢键有利于醇在水中的溶解度。 然而，水溶性还取决于分子的烷基或非极性区域的长度。 烷基区域最多含三个碳原子的醇可与水混溶。 随着链长的增加，非极性区域表面积的增加阻碍了水分子的溶剂化。

支链醇的溶解度比相似分子量的直链醇高。 支化减少了非极性区域之间分子间相互作用的表面积; 因此，疏水性非极性区域较小。 由于分子间相互作用较弱，支链醇的沸点低于相应的直链醇。

一个分子中存在多个氢键位点会提高沸点; 因此，二醇和氨基醇比醇具有更高的沸点和更好的水溶性。

与直链醇相比，由于空间限制，环状醇只能以有限数量的构象存在。 与直链醇相比，由于液相中环状醇的紧密堆积而产生的分子间相互作用增加导致沸点更高。

分子间氢键在决定酚类的高沸点和水中溶解度方面也发挥着重要作用。 由于酚分子紧密堆积，大的平面芳环之间的 π-π 堆积相互作用促进了酚的沸点高于相应的脂肪醇。 紧密堆积的芳环增加了液相中非极性区域的表面积并限制了酚的溶解度（100 g H₂O 中为 9.3 g）。 然而，由于相邻吸电子芳环引起的氧-氢键偶极子极性增加，这种溶解度高于具有相似分子量的醇。

结构	名称	分子量（克/摩尔）	沸点 (oC)	溶解度 (克/100克H2O)
	1-丁醇	74	118	9.1
	异丁醇	74	108	10
	叔丁醇	74	83	可混溶 (∞)
	戊烷	72	36	不溶解
	丙烷-1,2-二醇	76	188	可混溶 (∞)
	1-己醇	102	156	0.6
	环己醇	100	162	3.6
	苯酚	94	182	9.3
	甲苯	92	110	不溶解

醇由于其抗菌特性而被广泛用作防腐剂。 异丙醇或乙醇是洗手液的主要成分。 理想的抗菌剂应具有显着的非极性区域或烷基区域，能够穿透微生物的细胞膜并消灭它们。 同时，它在传输介质（即水）中应该具有高溶解度。 在较小的醇中，这两个条件之间达到了最佳平衡。

在醇类和酚类中，氧相对于碳和氢的高电负性导致氧上带部分负电荷，而氢和碳上带部分正电荷。

相邻醇或酚分子中氧-氢键偶极子的相反部分电荷在氢键相互作用中相互吸引。在水溶液中，醇类和酚类与水分子形成大型氢键网络，从而提高了它们在水中的溶解度。

苯酚或醇分子的非极性区域被色散力吸引，就像观察到的碳氢化合物之间的相互作用一样。

除了分散力外，破坏氢键所需的额外能量会导致醇类和酚类的沸点与相似分子量的碳氢化合物相比增加。

醇的沸点随着烷基区的大小而增加，因为通过分散力相互作用的表面积更大。

然而，非极性区域的表面积增加，其中水的溶剂化是不利的，导致醇在水中的溶解度降低。

链中具有支化的醇比其线性等效物更易溶于水，因为支化减少了非极性区域的接触表面。然而，支链醇的沸点低于其线性类似物，这与较弱的分散力一致。

其他氢键位点，例如二醇中的第二个羟基，会增加醇的沸点和水溶性。

环醇的沸点高于其线性类似物，这与液相中堆积更密集的趋势有关。

由于平面芳香环之间的 π-π 堆叠相互作用，酚类的沸点甚至更高。相对较大的芳香环限制了它们在水中的溶解度，但酚类比相应的醇表现出更好的溶解度。

在酚类中，连接到吸电子芳香环的氧-氢键偶极子的较高极性增强了氢键。