大学化学 单环芳烃
单环芳烃的分类命名
3 3
CH3 COOH
OH
CH3 CH3CHCH2CHCH3 CH3 C6H5 CH3 CH3
CH3 CHCH CH2 H3C CH3
CH3
1，2，3– 2–甲基–4–苯基戊烷 1，2，4– 1 –丁烯 3–苯基– 或连三甲苯 偏三甲苯
1，3，5– 邻羟基苯甲酸 均三甲苯
三、单环芳烃的异构现象和命名
CH3 CH2CH3
简单结构，以烷基为取代基，苯为母体命名。
二元烷基苯：用邻、间和对表示取代基的相对位置。
一元烷基苯： CH3
CH3
CH3
CH3
甲苯
CH3
乙苯
CH3
1，2– 或邻二甲苯
1，3– 间二甲苯
1பைடு நூலகம்4– 对二甲苯
三元烷基苯： 3个相同取代基，用连、偏和均 表示其相对位置。
讨 （1）写出符合分子式C9H12的各种异构体，并命名。 论
芳香烃
(aromatic hydrocarbons )
“芳香”即“芳香性”指比较稳定，难加成 和氧化，易取代的特性。芳香烃简称芳烃 , 具有芳香性。
单环芳烃 如苯、甲苯、苯乙烯 苯系芳烃 芳烃 多环芳烃 如联苯 稠环芳烃 如萘、蒽、菲
薁 非苯系芳烃 如环戊二烯负离子、
苯 的 结 构
sp2杂化 H 0.109nm 0.140nm C 0.140nm H C C H 120 。 H C C H C H
大学化学 之单环芳烃
H O
+
SO3
SO 3
－
H SO4
+ H 2S O 4
•常用的磺化剂还有三氧化硫和氯磺酸等.
例1
+ ClS O 3 H SO3H
+
HCl
例2
S O 2 Cl
+
2
ClS O 3 H
+
H 2S O 4 +
HCl
•该反应是在苯环上引入一个氯磺酸基(-SO2Cl),因此 叫做氯磺化反应.
甲苯比苯容易磺化，与浓硫酸在常温下就可以起反应， 主要产物是邻甲苯磺酸和对甲苯磺酸。
• 煤焦油中含有大量的芳香族化合物,分馏煤焦油可得 各种馏分. • 苯及其同系物主要存在于低沸点馏分中(轻油). • 苯和甲苯等一部分轻油馏分未能立即冷凝成液体,仍 以气态被煤气带走,用重油洗涤煤气(吸收苯和甲苯), 再蒸馏取得苯和甲苯.
6.3.2 石油的芳构化
• 主要将轻汽油中含6~8个碳原子得烃类,在催化剂铂 或钯等存在下,于450~500℃进行脱氢,环化和异构化 等一系列复杂反应转变为芳烃(工业上称此过程为 铂重整).
2 苯的结构
价键理论
六个碳原子都是以sp2杂化， 六个碳碳σ键：sp2-sp2，
六个碳氢σ键：sp2-1s， 六个p轨道从侧面互相重叠形成 Π 6。
6
·
· ·
0.110nm
·
Π
6 6
120°
0.1397nm
· ·
苯的大π键 Π 6 。
6
3 苯的结构表示方法
广泛使用的是Kekulè 式。 也有用六边形加一个圆圈来表示，圆圈表示苯环中的π 电子云为一个整体。缺点是无法表示环上的p电子数，有 时甚至能造成误解。
有机化学-单环芳烃
+R +
+H RA 4 -lX
R +H + X A 3 l
以醇、烯烃为烷基化试剂时，往往采用酸催化：
= + CH2 CH2
H+
CH2CH3
OH H+ +
2、 F－C酰基化：
=O
RC + A3 lX X
=O
RC+ A lX 4-
=O
+ RC+ A lX 4-
H + CRA lX 4-
COR + HX +A3 lX
键轨道。
反键轨道
E 成键轨道
3. 共振论
Ⅰ
Ⅱ
贡献大
键长，键角完全 相等的等价结构
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
贡献小
键长、键角不等 的不等价结构
单环芳烃的异构和命名
一、异构现象
1．烃基苯有烃基的异构
C2 H C2 H C3 H
C3 H CH
C3 H
2．二烃基苯有三种位置异构
R R'
R
R
R'
3、三取代苯有三中位置异构
R'
C3H CH
N2O
Cl
C3H
异 丙 基 苯
叔 丁 基 苯 硝 基 苯
氯 苯
b 当苯环上连有-COOH，-SO3H，-NH2，-OH，-CHO，-CH=CH2或 R较复杂时，则把苯环作为取代基。
COOH
SO3H
CHO
OH
NH2
苯甲酸
苯磺酸
CH=CH2
苯甲醛
苯酚
CH3
CH3-CH2-CH-C-CH2-CH3 CH3
(完整版)单环芳烃的命名
（二）苯分子结构的价键观点
现代物理方法（射线法、光谱法、偶极距的测定） 表明，苯分子是一个平面正六边形构型，键角都是 120°，碳碳键长都是0.139nm。图示如下：
按照轨道杂化理论，苯分子中六个碳原子都以sp2杂 化轨道互相沿对称轴的方向重叠形成六个C-Cσ键，组成一 个正六边形。每个碳原子各以一个sp2杂化轨道分别与氢 原子1s轨道沿对称轴方向重叠形成六个C-Hσ键。由于是 sp2杂化，所以键角都是120 °,所有碳原子和氢原子都在 同一平面上。每个碳原子还有一个垂直于σ键平面的p轨道， 每个p轨道上有一个p电子，六个p轨道组成了大π键。
萘
蒽
第一节 单环芳烃
Single Ring Aromatic Hydrocarbon
异构现象
1．烃基苯有烃基的异构
CH2CH2CH3
CH3 CH
CH3
2．二烃基苯有三种位置异构
例如：
R
R'
R
R'代苯有三种位置异构
例如：
R R''
R
对
R
R' R''
R''
R'
R'
一、命名
1．芳基的命名 芳基：从芳烃分子的芳环上去掉一个或几个氢原
目前一般仍采用凯库勒式，但在使用时不能把它误作 为单双键之分。也有用一个带有圆圈的正六角形来表示 苯环，在六角形的每个角上都表示每个碳连有一个氢原 子，直线表示σ键，圆圈表示大π键。
三、苯及其同系物的物理性质
Physical Properties of Benzene and Homologous Compounds
π络合物
σ络合物
有机化学单环芳烃
所以上述表示法不能准确反映1,3-丁二烯
的真实结构。
有机化学
芳烃
9
6-1 苯的结构
基本要点
苯的共振式和共振论
✓ 当一个离子、分子或自由基按照价键理论可以
写出两个以上的经典结构式时，这些结构式共振
(或重叠)成一个共振杂化体，共振杂化体接近实
际分子。 如醋酸根是由下列式子参加共振的：
O
O
H3C C O
H3C C O
为共振符号，与表示平衡的
不同.
共振杂化体绝非混合物, 它只具有单一结构.
有机化学
芳烃
10
6-1 苯的结构
共振论基本要点
✓共振结构式对分子的贡献大小与它们的稳 定性大小成正比。关于共振结构能量的比较， 有如下经验规则：
[1] 共振结构式中，共价键越多，能量越低， 则更稳定。
√
有机化学
芳烃
[3] 键角和键长有改变的结构不稳定。
[4] 满足八隅体的共振结构式稳定。
+ .. CH2 O.. H
+
CH2=O..H
贡献较大
有机化学
较芳稳烃 定(八隅体)
14
6-1 苯的结构
共振论基本要点
✓共振结构能量比较的经验规则：
[3] 键角和键长有改变的结构不稳定。 [4] 满足八隅体的共振结构式稳定。
② 烷基相对位置不同引起的位置异构
H3C CH2CH3
CH3CH2
CH3
CH2CH3
CH3
有机化学
CH3 CH3
CH3
CH3
H3C
芳烃
CH3
H3C H3C
CH3
21
6-2 单环芳烃的构造异构和命名
第六章 单环芳烃
芳香族化合物最初是指从树脂或香精油等天然物质中提取得到的具有芳香气味的化合物，故称芳香族化合物。
后来发现此类化合物都含有苯环，自此以后，芳香族化合物即指含有苯环的化合物。
但实际上，含有苯环的化合物并不都具有芳香气味，具有芳香气味的化合物也不一定都含有苯环，所以“芳香族化合物”系指含有苯环的化合物并不太确切。
但由于历史原因，这一名称至今仍然沿用，不过它的含义已经不同了。
如今芳香族化合物的新含义，系指含有苯环结构及性质类似于苯（芳香性）的一类化合物。
芳香烃根据分子中所含苯环的数目和结合方式分为单环芳烃、稠环芳烃和多环芳烃。
单环芳烃：指分子中仅含一个苯环的芳烃，包括苯、苯的同系物和苯基取代的不饱和烃。
例如：苯 甲苯 乙苯 苯乙烯稠环芳烃：指分子中含两个或两个以上苯环，且苯环之间共用两个相邻的碳原子结合的芳烃。
例如：萘 蒽 菲多环芳烃：指分子中两个或两个以上苯环通过单键或碳链连接的芳烃。
例如：二联苯 1，4-联三苯 二苯甲烷本章重点讨论单环芳烃和稠环芳烃。
6.1 苯的结构苯的分子式为C 6H 6，碳氢数目比为1：1，应具有高度不饱和性。
事实则不然，在一般条件下，苯不能被高锰酸钾等氧化剂氧化，也不能与卤素、卤化氢等进行加成反应，但它却容易发生取代发应。
并且苯环具有较高的热稳定性，加热到900℃也不分解。
象苯环表现出的对热较稳定，在化学反应中不易发生加成、氧化反应，而易进行取代反应的特性，被称之为芳香性。
苯具有的特殊性质——芳香性，必然是由于它存在一个特殊的结构所决定的。
1865年，凯库勒（Kekule’）提出了苯的环状对称结构式：CH 3CH 2CH 3CH=CH 2CH 214简写式此式称为苯的凯库勒式，碳环是由三个C=C 和三个C —C 交替排列而成。
它可以说明苯分子的组成及原子相互连接次序，并表明碳原子是四价的，六个氢原子的位置等同，因而可以解释苯的一元取代产物只有一种的实验事实。
但是凯库勒式不能解释苯环在一般条件下不能发生类似烯烃的加成、氧化反应；也不能解释苯的邻位二元取代产物只有一种的实验事实。
chem-06单环芳烃
+ CH3CH2CH2Cl
AlCl3
CHCH3 CH3 65~69%
+
CH2CH2CH3 30~35%
16
原因
CH3CH2CH2Cl + AlCl3 CH3CH2CH2+ + AlCl4-
CH3CH2CH2+
重排
+ CH3CHCH3
付氏烷基化反应中，碳正离子中间体的重排是普遍现象。
2
1)
苯的Kekulé 式
1865年凯库勒从苯的分子式C6H6出发,根据苯的一元取代物 只有一种说明六个氢原子是等同的事实，提出了苯的环状 构造式。 H
H C H C
C C H
C C
H H
或简写为
2) 苯的稳定性，氢化热
3
苯容易发生取代反应，而不易加成，说明苯环具有特殊的稳 定性。苯稳定性可从氢化热上定量计算。
1
第六章 单环芳烃
有机化合物可分为脂肪族化合物(aliphatic compounds)和芳 香族化合物(aromatic compounds)。芳香族化合物是指苯及 化学性质类似于苯的化合物。
1. 苯的结构
•苯是芳香族化合物的母体, 分子式为 C6H6 , r + db = 4
无色液体, 不溶于水, 溶于烃类、醚类等有机溶剂。 •芳香性: 苯环容易发生取代反应, 不易发生加成反应, 对 氧化剂稳定, 对热稳定的特性。
CH3 + H3C H3C CHCH2Cl
AlCl3
C CH3 CH3 CH2CH
+ HO NO2
历程
2H2SO4 + HNO3
单环芳烃的命名和性质
高分子材料和工程塑料
高分子材料
一些单环芳烃的衍生物，如苯乙烯和苯酚甲 醛树脂，可用于合成高分子材料，如合成橡 胶和合成纤维。
工程塑料
单环芳烃可以与其他化合物共聚，生成工程 塑料，如聚酰胺、聚酯和聚碳酸酯等，这些 塑料具有优良的机械性能、耐热性和化学稳 定性，广泛应用于汽车、电子、航空航天等 领域。
02 单环芳烃的物理性质
沸点
沸点
单环芳烃的沸点随着分子量的增加而升高。例如，苯的沸点为80.1℃，而甲苯 的沸点为110.6℃。
影响因素
沸点主要受到分子间作用力的影响，包括范德华力和氢键。
熔点
熔点
单环芳烃的熔点通常较高，因为芳香 烃分子间的范德华力较强。
影响因素
熔点还受到分子内共轭效应的影响， 共轭效应可以增强分子内的稳定性， 提高熔点。
衍生物命名法
衍生物命名法是以苯环为母体，将其 他基团作为取代基来命名。例如，甲 苯、乙苯等。
衍生物命名法能够表达出芳烃的结构 特征，但命名较为繁琐。
构造异构体的命名
对于具有相同碳架但氢原子分布不同的单环芳烃，构造异构体的命名是根据碳原 子的排列顺序来命名的。例如，邻、间、对二甲苯。
构造异构体的命名能够准确表达出芳烃的结构特征，但需要掌握生物，如酞菁颜料，具 有鲜艳的颜色和良好的稳定性，常用于涂 料、油墨和塑料制品的着色。
农药和医药中间体
农药
一些单环芳烃的化合物可以作为农药的合成原料，如苯酚和苯胺可以用于生产除草剂、 杀虫剂等农药。
医药中间体
单环芳烃在医药工业中常作为合成药物的中间体，用于生产抗癌药物、抗生素、镇痛药 等。
反应过程中，芳烃的π电子云会向取代基的正电部分 偏移，使碳原子带有部分正电荷，有利于亲电试剂的
单环芳烃
··1第六章 单环芳烃一．学习目的和要求：1．掌握苯分子的结构，杂化轨道理论和分子轨道理论的定性解释。
2．掌握单环芳烃的同分异构和命名法。
3．掌握单环芳烃的化学反应，包括亲电取代反应，加成反应及芳烃侧链反应。
4．掌握苯环取代定位规则、给电子基团、吸电子基团及其理论解释和应用。
5. 理解亲电取代反应的可逆性和不可逆性。
6. 理解共振论的要点，会写共振式，区别Lewis 式与共振式。
7．了解单环芳烃的来源、制法及物理性质。
二．本章节重点、难点：苯分子的结构，共振论，苯的化学性质及应用，亲电取代反应历程，定位规则引言：芳烃，也叫芳香烃，一般是指分子中含苯环结构的碳氢化合物。
芳香二字的来由最初是指从天然树脂（香精油）中提取而得、具有芳香气的物质。
现代芳烃的概念是指具有芳香性的一类环状化合物，它们不一定具有香味，也不一定含有苯环结构。
芳香烃具有其特征性质——芳香性（易取代，难加成，难氧化）。
芳烃按其结构可分类如下：2CH 3CHCH 32CH 3CH 2苯系芳烃非苯芳烃单环芳烃多环芳烃联苯稠环芳烃多苯代脂烃苯乙苯异丙苯苯乙烯联苯对三联苯萘蒽二苯甲烷6.1 苯的结构6.1.1 苯的凯库勒式苯加氢可以生成环己烷，说明苯具有六碳环的骨架，而苯的一元取代物只有一种，证明苯分子中六个氢原子是等同的。
因此，1865年凯库勒从苯的分子式出发，提出了苯的环状结构：为了保持碳的四价，凯库勒在环内加上了三个双键，便是苯的凯库勒式：简写为：这个式子虽然可以说明苯分子的组成以及原子间连接的次序，但这个式子仍存在着缺点，它不能说明下列问题：第一、既然含有三个双键，为什么苯不起类似烯烃的加成反应？第二、根据上式，苯的邻二元取代物应当有两种，然而实际上只有一种。
·· 2··3 为了解释这个问题，凯库勒又假定，苯分子中的双键不是固定的，而是不停地迅速来回移动：但是，凯库勒式并不能说明为什么苯具有特殊的稳定性以及苯分子中碳碳键的键长完全等同等事实。
有机化学芳烃(单环芳烃)
合成芳香 族化合物
4.2 侧链上的反应 加成反应和 4.3 加成反应和氧化反应
9
4.1 亲电取代反应
A A+ B+ A B + B 一取代苯 二取代苯(o,m,p) 二取代苯(o,m,p) B + A A
取代试剂： 取代试剂： –X 卤化 –NO2 硝化 –SO3H 磺化 –R 烷基化
O –C–R －CH2Cl 酰基化 氯甲基化
、－SO 、－ 、－COOR、－ 、－COCl、－ 、－CONH2、－ 、－ 、－CN、－ 、－CHO、 －COOH、－ 3H、－ 、－ 、－ 、－ 、 >C=O、－ 、－OH、－ 2、 —Ph、－ 、－ 、－ 、－NH 、－R、－ 、－NO 、－ 、－ 、－ 、－X、－ 2 CHO Cl SO3H 2-氯苯甲醛 2-甲酰基-3-氯苯磺酸 甲酰基CH3 3-硝基-1-溴苯 硝基Br CH3O COOH NO2 COOH 2-甲氧基苯甲酸 4-甲氧基-1,3-苯二甲酸 甲氧基-1,31-甲基-3-硝基-5-溴苯 甲基- 硝基-
有机化学
山东大学化学与化工学院 刘嘉丽
第 4章 芳 烃
Hydrocarbon） （Aromatic Hydrocarbon）
单环芳烃 苯 苯系芳烃 乙苯 联苯 联苯 对三联苯 蒽 CH 2 二苯甲烷 多环芳烃 稠环芳烃 萘 多苯代脂烃 非苯芳烃 环戊二烯 环庚三烯 正离子 负离子 薁
2
CH CH 2 3
7
§2 苯的结构
实验测定：平面分子，完全对称；每一个键角： 实验测定：平面分子，完全对称；每一个键角：1200 每一个C—C键长：0.140nm 键长： 每一个 键长 离域使分子内能降低， 离域使分子内能降低，使体系 趋于平均化，更稳定。 趋于平均化，更稳定。