芳烃的构造异构和命名共56页文档
芳香烃的结构与命名
【知识拓展】
芳香烃的结构与命名
一、苯的结构
1、凯库勒构造式
2、芳香烃：含有苯环的烃，通式：CnH2n-6
二、单环芳烃的构造异构和命名
根据分子中所含苯环的数目和连接方式，芳香烃可分为如下几类：
单环芳烃例如：（苯）
芳香烃多环芳烃例如：（联苯）
稠环芳烃例如：（萘）
（一）单环芳烃的构造异构
1．苯环上的支链不同，产生的构造异构
当苯环上连有不同的支链时，产生异构现象。
如：
当苯环支链有三个以上碳原子时，可能出现碳链排列方式不同，产生异构现象。
如：
正丙苯异丙苯
2．支链在环上的位置不同，产生的位置异构。
芳烃
CH3 高锰酸钾
COOH
CH2CH3 高锰酸钾
COOH
CH3 CH(CH3)2 高锰酸钾
COOH COOH C(CH3)3 高锰酸钾 不反应
烷基被氧化成羧酸，而且不论烷基的碳链长短，一般都氧化成苯甲酸
2013-7-25 19
烷基苯的烷基可进行脱氢
乙苯经催化脱氢生产苯乙烯：
CH2CH3 Fe2O3 高温 CH=CH2
凯库勒结构式
2013-7-25
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2. 分子轨道理论
3. 共振论对苯分子结构的解释
苯的真正结构可以由多种假设的结构共振（或叠加）而形成的共振杂化体来
表示。这些参与了结构组成的价键结构式叫做共振结构式.
三、单环芳烃的物理性质
a. 苯及其同系物一般为无色液体，相对密度小于1，但比相对分子质量相近
的烷烃和烯烃的相对密度大。不溶于水，可溶于有机溶剂。单环芳烃具有
+ HBr + FeBr3
磺化反应的试剂可能是三氧化硫（SO3 )
H2SO4 O 慢 SO3 + H3O+ + HSO4 H SO3 SO3 快
+ S
O H
O
SO3 + HSO4
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+ H2SO4
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d. 烷基化反应的机理
烷基化反应的亲电试剂是碳正离子，当所用烷基化试剂具有三个碳以上的 直碳链时，碳正离子易发生重排，得到由于碳正离子重排而生成的异构化产物
SO3H 浓硫酸 25℃ H2SO4 SO3 H2SO4 SO3 200~230℃ SO3H SO3H
CH3 + H2SO4 25℃
CH3 SO3H +
芳烃构造异构和命名
仪器测得： 苯分子中12个原子共平面。所有的C-C键长为0.140nm，所
有的C-H键长为0.108nm，键角∠CCH及∠CCC均为120º。
H
H 0.108nm
H
120 。
H
H
H
0.140nm
锲而舍之，朽木不折。锲而不舍，
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5.2 苯的结构
5.2.1 价键理论
(4) Friedel-Crafts反应
(i) 烷基化反应
+ RX AlCl3
5.4.1 亲电取代反应
R + HX (X=Br、Cl)
常用催化剂：无水AlCl3(Liews酸)或H2SO4(Brφsted酸) 。
例1：
+
C2H=CH2
AlC3l or2HSO4
CH2CH3 (乙苯)
CH3CH2+首 先 进 攻
第五章 芳烃 芳香性
第五章 芳烃 芳香性
芳烃——芳香族碳氢化合物。含有苯环的一大类C、H化合物。
“芳香”二字的含义： 过去：天然产物中许多有香味的物质分子中都含有苯环。 现在：环流效应、Hückel 4n+2规则、以及特殊的化性。
芳香性——易进行离子型取代反应，不易加成、氧化，并具有 特殊的稳定性。
单环芳烃的NMR谱图特征：
δ苯氢≈7.25
例：甲苯、异丙苯的NMR谱图。
锲而舍之，朽木不折。锲而不舍，
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第五章 芳烃 芳香性 5.4 单环芳烃的化学性质
5.4.1 取代反应 5.4.2 苯环上亲电取代反应机理 5.4.3 加成反应 5.4.4 氧化反应 5.4.5 聚合反应(自学)
芳烃的分类、命名和异构
H2SO4 SO3
30-50℃
SO3H 180℃ H2O
该性质被广泛用于有机合成及有机物的分离和提纯。
4.5.2.3 磺化反应
常用的磺化试剂除浓硫酸，发烟硫酸外，还有三氧化硫和氯磺酸(ClSO3H)等。
SO3H + ClSO3H + HCl
如果氯磺酸过量，产物为苯磺酰氯：
SO2Cl + 2 ClSO3H + HCl + H2SO4
4.2.1.2 离域结构
H H H H H H
理论基础：分子轨道理论（20世纪30年代） 没有孤立双键；六个p轨道形成了一个包含六个碳原子在内的闭 合共轭体系；六个碳原子和六个H原子等同；六个碳碳键等同；所 有碳和H原子在一个平面上。 该结构能解释以上所有现象。
4.2.1.2 离域结构
π 6* π 5* π 4*
NO2
4.1.2.3 稠环类化合物的命名
稠环类化合物以萘或蒽或菲为母体来命名。
8 7 6 5
1 2 3 4 1，4，5，8位又称α 位； 2，3，6，7位又称为β 位。
萘
例如：
NO2
NO2
α -硝基萘
NO2 1，5-二硝基萘
8 7 6 5
9
1 2 3
1，4，5，8位为α 位 2，3，6，7位为β 位 9，10位为γ 位 7
Cl hv + Cl2 Cl Cl Cl
六六六
Cl Cl
4.4.2 芳烃的氧化反应
CH3 KMnO4 COOH
C(CH3)3
C(CH3)3
当苄基碳原子上没有H原子时，一般不能被氧化；苄基碳原子上只要有一个H 原子，无论碳链多长，氧化最终产物总是苯甲酸衍生物。 但如果控制反应条件，可以氧化烷基苯制备醛或者酮。
有机化学--第八章芳烃
课件
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(I)和(Ⅱ)是键长和键角完全相等的等价结构，贡献大， 故苯的极限结构通常用(I)和(Ⅱ)式表示。共振使苯的能 量比假想的1，3，5-环己三烯低149.4 kJ· mol-1，此即苯 的共振能或离域能，因此苯比较稳定。 由于共振的结果，苯分子中的碳碳键，既不是单键也
不是双键，而是介于两者之间，六个碳碳键完全相等，
课件
29
8.4.1取代反应
1.卤化
在三卤化铁等催化剂作用下，苯与卤素作用生成 卤(代)苯，此反应称为卤化反应。例如：
课件
30
对于不同的卤素，与苯环发生取代反应的活性次序
是：氟>氯>溴>碘。其中氟化反应很猛烈；碘化反应不
仅较慢，同时生成的碘化氢是还原剂，从而使反应成为 可逆反应，且以逆反应为主。因此氟化物和碘化物通常
课件
62
SO3因为极化使硫原子显正性，通过硫原子进攻苯环。磺 化反应是可逆的。在浓硫酸中，磺化反应机理可能如下：
课件
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4.烷基化和酰基化反应的机理
①烷基化反应的机理 例如，用1-氯丙烷作烷基化试剂时,其反应机理如下：
sp2杂化轨道，分别与一个氢原 子的1s轨道相互交盖，构成六 个相同的碳氢σ 键。
课件
14
这六个碳原子和六个氢
原于是共平面的。每一个碳
原子剩下的一个p轨道，其 对称轴垂直于这个平面，彼
此相互平行，并于两侧相互
交盖，形成一个闭合的π轨 道，如图 (Ⅱ)所示。
课件
15
这样处于该 π 轨道中的 π
电子能够高度离域，使π电子
第八章 芳烃 芳香性
一般把苯及其衍生物总称为芳香族化合物。芳烃是 芳香族碳氢化合物的简称，亦称芳香烃。
芳烃的命名与结构
第十章 芳烃第一节 芳烃的命名与结构一、苯衍生物的命名与苯的结构 1.苯衍生物的命名a.常见基团的命名优先顺序常见基团的命名优先顺序：COOH>SO 3H>COOR>CONH 2>CN>CHO>CO>OH>NH 2>C ≡C>C=C>C 6H 5（苯环）>R （烷基）>X ，NO 2（这两种官能团在命名时总是作为取代基）。
当分子中存在多种官能团时物质的类名由命名优先的官能团决定而其它官能团只看作取代基。
b.确定母体名称苯的同系物、卤代物和硝基化合物以苯作为母体名称。
对结构复杂或侧链带有官能团的化合物将侧链当母体而苯环作为取代基。
当苯环上有命名优先的官能团时将苯环与优先官能团一起作为母体其它作为取代基。
c.编号当苯环上有两个基团时可用词头—“邻”、“间”和“对”表示两个基团在环上的位置但也可用编号数来表示，当苯环上有多个基团时基团在环上的位置只能用编号数来表示，编号遵循官能团最小位次（如果有的话）规则和（优先级最低的）取代基最小位次规则。
d.从左至右按先取代基后母体的顺序书写名称。
e.当存在多种取代基时取代基按优先级增大的顺序从左至右排列，即取代基按CIP 次序规则依次写出。
例如，OHCH 3OHCO 2H这两个化合物可以分别命名为：邻羟基苯甲酸和2-甲基-5-氯苯酚。
2.苯的结构苯是一个平面分子，六个碳原子以SP 2杂化轨道相互重叠形成六个碳碳σ键组成一个平面正六边形，每一个碳原子未参与杂化的P 轨道相互平行重叠组成闭合的离域大π键（一个六中心六电子π键）。
如果采用共振论，苯的结构可以写成如下两个Kekule 式的杂化体：由此苯具有大的共振稳定性，根据燃烧热或氢化热数据得到苯的共振能是150kJ/mol 。
可以用如下的非Kekule 式表示苯的结构，其中圆圈表示离域π电子：但也常常用一个Kekule 式：或作为苯杂化体的简写，但必须牢记π键不是孤立的而是离域的。
有机化学第五章芳烃
芳香族化合物(aromatic compounds): 芳香族化合物 含有苯环的化合物 C6H6 具有较低的碳氢原子数目比例
CH3
甲苯 (toluene) 苯(benzene)
芳烃的分类： 芳烃的分类： (1) 单环芳烃
CH3 Cl CH3CHCH3
CH3 CH3
甲苯 (2) 多环芳烃
氯苯
异丙(基)苯 邻二甲苯 异丙 基 苯
苯环上有给电子基团或苯环存在P-π共轭 苯环上有给电子基团或苯环存在 共轭 效应时，亲电取代都得到邻、对位取代产物。 效应时，亲电取代都得到邻、对位取代产物。 单环芳烃亲电取代反应活性： 单环芳烃亲电取代反应活性：
B 给 电基 A
吸 电基
(b) 硝化反应
+ 浓 HNO3 。 50 60 C
浓 H2SO4
CH 3CH 2CH
CHCH 3 CH 3
CH 3 C CHCH 3
2–甲基 苯基戊烷 甲基–3–苯基戊烷 甲基
PhC CH
CH 2
2–苯基 丁烯 苯基–2–丁烯 苯基
CH 2 Cl
苯乙炔
二苯基甲烷
多官能团取代苯命名： 多官能团取代苯命名：
苄基氯 苄基氯 (苯基氯代甲烷 苯基氯代甲烷) 苯基氯代甲烷
CH3
NO2 37 %
NO2
硝化反应活性： 硝化反应活性：
CH3
(c) 磺化 (sulfonation)
苯与发烟H 反应，生成苯磺酸： 苯与发烟 2SO4反应，生成苯磺酸：
浓 H2SO 4/ 78 80 。 C 或 H2SO4 10 % SO3
SO3H
.
25 C
。
H2SO4. 10 % SO3/ 245。 C 或 H2SO4 . 20 % SO3/45 。 C
芳烃芳香性学习
芳烃的分类：
CH3
(1) 单环芳烃
Cl
CH3CHCH3
CH3 CH3
甲苯 氯苯 异丙(基)苯 邻二甲苯
(2) 多环芳烃 (3) 稠环芳烃
联苯
CH2
二苯基甲烷
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萘 蒽 第2页/共85页
菲
1
一. 芳烃的构造异构和命名
1 构造异构
当苯环侧链上的碳原子为3个以上时，产生构造
16
第17页/共85页
四 单环芳烃的化学性质
(2)若反应条件强烈，可得二元取代产物。
SO3H
+
H2SO4 SO3
200-230 0C
问题：为什么没有邻、对位产物？
SO3H
+ H2SO4
SO3H
应用: (1)鉴别芳烃、苯（现象：溶于H2SO4，不分层）；
(2) 有机合成中 “占位”,如：
OH
H2SO4
一. 芳烃的构造异构和命名
3）复杂芳烃的命名
命名时，通常以烃链为母体，以苯作为取代基。
CH3CH2CH CHCH3 CH3
CH3 C CHCH3
2–甲基–3–苯基戊烷
2–苯基–2–丁烯
PhC CH
苯乙炔
CH2
二苯基甲烷
CH2 Cl
苄基氯
课堂练习：P153 习题5.3
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CH3
CH3
C H3
CH 3
CH 3
CH 3
CH3
连三甲苯
均三甲苯
偏三甲苯
（1,2,3- 三甲苯） （1,3,5-三甲苯） （1,2,4-三甲苯）