2017-2018学年度高二化学《芳香烃》知识点归纳以及典例导析

芳香烃

【学习目标】

1、认识芳香烃的组成、结构；

2、了解苯的卤代、硝化及加氢的反应，知道苯的同系物的性质、苯的同系物与苯性质的差异；

3、结合生产、生活实际了解某些烃、烃的衍生物的重要作用及对环境和健康可能产生的影响，芳香烃类物质在有机合成和有机化工中的重要作用。

【要点梳理】

要点一、苯的结构和性质

分子中含有一个或多个苯环的碳氢化合物都属于芳香烃。我们已学习过最简单、最基本的芳香烃——苯。

1．分子结构。

苯的分子式为C 6H 6，结构式为或 。

大量实验表明，苯分子里6个碳原子之间的价键完全相同，是一种介于单键和双键之间的独特的键。苯分子里的所有原子都在同—平面内，具有平面正六边形结构，键角为120°，是非极性分子。

2．物理性质。

苯是无色有特殊气味的液体，不溶于水，密度比水小，熔点5.5℃，沸点80.1℃，苯用冰冷却可凝结成无色的晶体，苯有毒。

3．化学性质。

苯的化学性质比较稳定，但在一定条件下，如在催化剂作用下，苯可以发生取代反应和加成反应。

(1)取代反应。

(溴苯是无色液体，不溶于水，密度比水大)

(硝基苯是无色，有苦杏仁味的油状液体，密度比水大，不溶于水，有毒)

(2)加成反应。

(3)氧化反应。

①苯在空气中燃烧发出明亮的带有浓烟的火焰：

+15O 2???

→点燃

12CO 2+6H 2O ②苯不能使酸性KMnO 4溶液褪色；苯也不能使溴水褪色，但苯能将溴从溴水中萃取出来。

4．苯的用途。

苯是一种重要的化工原料，它广泛应用于生产合成纤维、合成橡胶、塑料、农药、医药、染料和香料等，苯也常用作有机溶剂。

特别提示：

(1)并不能反映苯的真实分子结构，只是由于习惯才沿用至今。实际上苯分子中的碳碳键是完全相同的。 (如与是同种物质)

(2)由于苯环结构的特殊性，在判断苯体现什么性质时要特别注意反应条件和反应物的状态。

要点二、苯的同系物

1．苯的同系物是苯环上的氢原子被烷基取代的产物，其结构特点是：分子中只有一个苯环，苯环上的侧链全部为烷基。甲苯、二甲苯是较重要的苯的同系物。

2．苯的同系物的分子通式为C n H 2n －6(n≥6，n ∈N)。苯的同系物由于所连侧链的不同和不同的侧链在苯环上的相对位置的不同而具有多种同分异构体，如分子式为C 8H 10的对应的苯的同系物有下列4种同分异构体。

3．简单的苯的同系物(如甲苯、二甲苯、乙苯等)，在通常状况下都是无色液体，有特殊的气味，不溶于水，密度比水小，易溶于有机溶剂，其本身也是有机溶剂。

4．由于苯环与侧链的相互影响，使苯的同系物与苯相比，既有相似之处也有不同之处。

(1)苯的同系物与苯在化学性质上的相似之处：

①都能燃烧，燃烧时发出明亮的带浓烟的火焰，其燃烧通式为：C n H2n－6+33

2

n-

O2???→

点燃nCO

2

+(n－3)H2O。

②都能与卤素单质(X2)、硝酸、硫酸等发生取代反应。

③都能与氢气等发生加成反应。

(2)苯的同系物与苯在化学性质上的不同之处：

①由于侧链对苯环的影响，使苯的同系物的苯环上氢原子的活性增强，发生的取代反应有所不同。

②由于苯环对侧链的影响，使苯的同系物的侧链易被氧化。在苯的同系物中，如果侧链烃基中与苯环直接相连的碳原子上有氢原子，它就能被热的酸性KMnO4溶液氧化，侧链烃基通常被氧化为羧基(—COOH)。

要点三、芳香烃的来源及其应用

1．通常煤是获取一切芳香烃的主要来源，现在还通过石油化学工业中的催化重整等工艺获得芳香烃。

2．一些简单的芳香烃，如苯、甲苯、二甲苯、乙苯等是基本的有机原料。可用于合成炸药、染料、农药、药品、合成材料等。

【典型例题】

类型一：苯及苯的同系物的结构

例1 下列分子中的14个碳原子不可能处在同一平面上的是( )

A．①②B．②③C．③④D．②④

【答案】D

【解析】②中—(CH3)3的中心碳位于一个四面体的中心，故—C(CH3)3的4个碳原子不可能在同一平面上。此外，④中同时连接两个苯环上的那个碳原子，如果它跟苯环共平面，与它连接的—CH3上的碳原子和H原子，必然一个在环前、一个在环后，因此该甲基碳原子不可能在苯环平面上。请注意③项中的两个甲基的碳原子是可以同时处在两个苯环所共有的平面上的。有人怀疑两个甲基过于拥挤，必须翘起一个，但如果我们以连接两个苯环的单键为轴旋转180°，由此“空间拥挤”现象就可以消除，也就是两个甲基一个在上、一个在下，都在苯环平面上。综上可知该题应选②④。

【总结升华】应注重知识的迁移，所有原子均共面，而有—CH3的有机物，所有原子均不共面；即一个C周围连接4个C原子，则这5个C原子不可能共面。

举一反三：

【变式1】苯环结构中不存在C-C单键与C=C双键的交替结构，可以作为证据的是( )

①苯不能使溴水褪色

②苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色

③苯在一定条件下既能发生取代反应，又能发生加成反应

④经测定，邻二甲苯只有一种结构

⑤经测定，苯环上碳碳键的键长相等，都是1.40×10-10m

A．①②④⑤B．①②③⑤

C．①②③D．①②

【答案】A

【变式2】关于苯的下列说法中，正确的是( )

A．苯分子中的所有原子处在同一平面上

B．苯分子含有6个σ键和1个大π键

C．苯能与氢气发生加成反应，表明苯中含有碳碳双键

D．苯不能使KMnO4酸性溶液褪色，表明苯不能发生氧化反应

【答案】A

【解析】苯分子中含有12个σ键(其中6个C—H键和6个C—C键)和1个大π键；苯能与氢气发生加成反应，是由于苯分子中含有的独特的碳碳键所致，但苯中不含碳碳双键；苯虽然不能使KMnO4酸性溶液褪色，但苯能在空气中燃烧生成CO2和H2O，苯的燃烧也属于氧化反应。

类型二：苯及其同系物的性质

例2 对于苯乙烯（）的下列叙述：

①能使酸性KMnO4溶液褪色；②可发生加聚反应；③可溶于水；④可溶于苯中；⑤能与浓硝酸发生取代反应；⑥所有的原子可能共平面，其中正确的是( )

A．仅①②④⑤B．仅①②⑤⑥C．仅①②④⑤⑥D．全部正确

【答案】C

【解析】物质的性质推测可根据其结构特征和物质的相似性来分析解答，苯乙烯分子中含有苯环和碳碳双键，其性质应与苯、乙烯有相似之处，从分子结构看，是两个平面结构的组合，而这两个平面有可能重合，故⑥的说法正确；苯环上可发生取代反应，故⑤的说法正确；碳碳双键可被酸性KMnO4溶液氧化，也可发生加聚反应，故①②说法正确；苯乙烯属于烃类，而烃类都难溶于水而易溶于有机溶剂，故③的说法不正确而④的说法正确。

【总结升华】解答本题需将苯、乙烯的性质迁移到对苯乙烯性质的预测上。

举一反三：

【变式1】美国康乃尔大学的魏考克斯(C．Wilcox)所合成的一种有机分子，就像一尊释迦牟尼佛，因而称为释迦牟尼分子(所有原子在同一平面)。有关该有机分子的说法正确的是( )

A．该有机物不属于芳香烃B．该有机物属于苯的同系物

C．该有机物分子中含有22个碳原子D．该有机物一氯代物只有3种

【答案】C

例3 请认真阅读下列三个反应：

利用这些反应，按以下步骤(试剂和条件已略去)可从某烃A合成一种染料中间体DSD酸：

请写出A、B、C、D的结构简式。

【答案】

【解析】本题主要考查苯和苯的同系物的取代反应(磺化反应和硝化反应)，同时考查学生对知识的迁移能力和题给新知识的运用能力。如苯胺具有弱碱性，易被氧化，所以必须在磺化反应后在NaClO的条件下合成1，2-

二苯乙烯后才能将还原成，否则易与磺酸基(—SO3H)反应或被NaClO氧化。根据DSD酸的结构写出A、B、C、D的结构简式，利用逆推法：

由反应②可知—NH2易被氧化，故该反应应在最后进行。由此推知D为

，由转化关系可知A→B应为硝化反应，由B→C应为反应①，故由C→D

应为反应③。从而再确定C的结构为。再进一步确定B为，A为

。

举一反三：

【变式1】请认真阅读分析下列四个反应：

利用这些有关反应原理，按以下步骤(反应条件及有关试剂已略去)，可以从某烃A合成甲基橙

[]指示剂：

(1)写出A、B、C的结构简式A________、B________、C________。

(2)写出反应①、⑤的化学方程式：①________、⑤________。

【答案】

类型三：苯及其同系物的同分异构现象

例4 苯的同系物中，有的侧链能被KMnO4酸性溶液氧化，生成芳香酸，反应如下：

(R、R＇表示烷基或氢原子)

(1)现有苯的同系物甲、乙，分子式均是C10H14。甲不能被KMnO4酸性溶液氧化为芳香酸，它的结构简式是________；乙能被KMnO4酸性溶液氧化为分子式为C8H6O4的芳香酸，则乙可能的结构有________种。

(2)有机物丙也是苯的同系物，分子式也是C10H14，它的苯环上的一溴代物只有一种，试写出丙所有可能的结构简式：________。

【思路点拨】并不是所有的苯的同系物都能被KMnO4酸性溶液氧化，只有当侧链与苯环直接相连的碳原子上含有氢原子时，才能被KMnO4酸性溶液氧化，且氧化产物中羧基数目等于苯的同系物中能被氧化的侧链数目。

【答案】

【解析】(1)根据题目信息，苯的同系物能被KMnO4酸性溶液氧化为分子式为C8H6O4的芳香酸(二元酸)，说明苯环上有两个侧链，可能是两个乙基，也可能是一个甲基和一个丙基，而丙基又有两种结构(—CH2CH2CH3和

)，两个侧链在苯环上的位置又有邻位、间位和对位3种可能，故分子式为C10H14有两个侧链且可被

KMnO4酸性溶液氧化为C8H6O4的苯的同系物有9种可能结构。

(2)分子式为C10H14的苯的同系物的苯环上的一溴代物只有一种，其苯环上可能只有2个相同侧链且处于对位，或4个相同的侧链。

【总结升华】有机物分子中，位置等同的氢原子叫等效氢，显然有多少种等效氢，其一元取代物就有多少种。这种通过等效氢来确定一元取代物同分异构体数目的方法，叫等效氢法。

等效氢的判断方法是：

(1)同一个碳原子上的氢原子是等效的。如分子中—CH3上的3个氢原子等效。

(2)同一分子中处于轴对称位置或镜面对称位置上的氢原子是等效的。如分子中，在苯环所在的平面内有两条互相垂直的对称轴，故有两类等效氢。

举一反三：

【变式1】某有机化合物A的结构简式如下：

(1)A的分子式是________；

(2)A在NaOH水溶液中加热反应得到B和C，C是芳香化合物。B和C的结构简式是B：________、C：________。该反应属于________反应；

(3)室温下，C用稀盐酸酸化得到E，E的结构简式是________；

(4)在下列物质中，不能与E发生化学反应的是(填写序号)________。

①浓硫酸和浓硝酸的混合物②CH3CH2OH(酸催化) ③CH3CH2CH2CH3④Na ⑤CH3COOH(酸催化)

(5)写出同时符合下列两项要求的E的所有同分异构体的结构简式。

①化合物1，3，5-三取代苯

②苯环上的三个取代基分别为甲基、羟基和含有结构的基团【答案】(1)C16H21O4N

(3)(4)③

(5)(有4个符合要求的E的同分异构体)