6.1-6.4 芳烃结构，命名，物性
大学芳烃知识点总结
大学芳烃知识点总结一、芳烃的结构芳烃是一类含有苯环结构的碳氢化合物，其分子结构可以使用分子式(CnH2n-6)表示。
若n=6，则为苯，苯是最简单的芳香烃。
芳烃的分子结构稳定，具有特殊的共振结构。
在芳烃分子中，每个碳原子都与邻近的碳原子形成σ键，同时其中的3个sp2杂化碳原子上还存在一个与此共面的π键，形成单独的共轭环结构。
二、芳烃的性质1. 燃烧性能：芳烃在空气中燃烧时，产生的热量非常大，燃烧完全时生成的气体中只有水和二氧化碳。
因此具有高热值和热稳定性。
2. 溶解性：芳烃在非极性溶剂中溶解度较高，但在极性溶剂中溶解度较低。
这是因为芳烃分子中存在苯环结构，是由于共轭结构形成了大量的π键，因此芳烃分子呈现非极性特性。
3. 化学反应：芳烃具有很强的亲电性，与强亲电试剂发生亲电取代反应。
在苯环中存在的共轭结构会进一步增强芳烃的亲电性。
除此之外，芳烃还可以发生加成反应、氢化、氧化、取代、芳香核聚合等化学反应。
三、芳烃的制备1. 从石油中提炼：芳烃是石油加工过程中的重要产品之一。
石油中含有大量的芳烃类物质，通过裂化、裂解、加氢处理等工艺流程，可以从石油中提取得到芳烃。
2. 有机合成：芳烃可以通过有机合成的方法进行制备。
常见的合成方法包括芳基烷基化、芳基取代反应、芳基硝化和还原等。
3. 光照反应：一些有机化合物在光照条件下会发生光敏反应，而芳烃类物质对光敏反应具有一定的敏感性，通过光照反应也可以制备芳烃。
四、芳烃的应用1. 化工生产：芳烃在化工生产中有着广泛的应用。
如苯乙烯，苯甲酸，邻苯二甲酸二丁酯，对苯二甲酸等都是重要的芳烃类化合物。
这些物质广泛用于制备高分子材料、染料、颜料等。
2. 燃料与能源：芳烃具有高燃烧热值和热稳定性，因此在燃料和能源领域有着广泛的应用。
如苯、甲苯等可用于制备合成油、燃油、航空燃料等。
3. 医药领域：芳烃类化合物在医药领域也有着重要的应用。
许多药物的合成过程中都要用到芳烃类原料。
例如，水杨酸、草酸、间苯二酚等。
芳香烃的结构简式
芳香烃的结构简式芳香烃是指无定形的烃，它们的分子结构中必须包含至少一个共价环。
它们往往具有有机物的特殊气味，分子中的碳和氢原子以不同的结构排列，能够做为有机物的特征结构特性。
一、环状芳香烃：1、萘（C6H4）─∙分子结构：H— C — C — C — C — C ─ H2、苯（C6H6） ─∙分子结构：H ─ C ─ C ─ C ─ C ─ C ─ H3、甲苯（C7H8）─∙分子结构：H ─ C ─ C ─ C ─ C ─ C ─ C ─ H4、二甲苯（C8H10） ─∙分子结构：H ─C ─ C ─ C ─ C ─ C ─ C ─ C ─ H5、3-甲基苯（C8H9）─∙分子结构：H ─C ─ C ─ C ─ C ─ C ─ C ─ C ─ CH36、三氯甲烷（CCl3）─∙分子结构：Cl─ C ─ Cl ─ Cl7、辛烷（C8H16） ─∙分子结构：H ─ C ─ C ─ C ─ C ─ C ─ C ─ C ─ H8、1,2-二甲苯（C7H8）─∙分子结构：H─ C ─ C ─ C ─ C ─ C ─ C ─ H二、非环状芳香烃：1、1-甲基苯（C7H7）─∙分子结构：H ─ C ─ C ─ C ─ C ─ C ─ CH32、芳腈（C6H4Cl2）─∙分子结构：H ─ C ─ C ─ C ─ C ─ Cl ─ Cl3、甲基苄（C7H9）─∙分子结构：H ─ C ─ C ─ C ─ C ─ C ─ CH24、1-己烷（C6H14）─∙分子结构：H ─ C ─ C ─ C ─ C ─ C ─ H5、乙烷（C2H6）─∙分子结构：H ─ C ─ C ─ H6、乙腈（C2H5Cl）─∙分子结构：H ─ C ─ C ─ Cl芳香烃是一类烃，拥有独特的气味特性、化学稳定性和生物活性，并具有多种应用。
根据其分子结构的特点，芳香烃可以分成环状芳香烃和非环状芳香烃两大类。
环状芳香烃主要有萘、苯、甲苯、二甲苯、三氯甲烷、辛烷、1,2-二甲苯等，它们的最小分子结构中都必须包含一个共价环；而非环状芳香烃主要有1-甲基苯、芳腈、甲基苄、1-己烷、乙烷、乙腈等，它们的分子结构中没有共价环。
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第六章芳烃芳烃是芳香族碳氢化合物的简称。
一般情况下，把苯及其衍生物称为芳香族化合物。
其中分子中只含一个苯环的芳烃叫做单环芳烃。
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）。
第一节单环芳烃的结构、异构和命名一、单环芳烃的结构苯是单环芳烃中最简单最重要的化合物，也是所有芳香族化合物的母体。
1. 凯库勒构造式根据元素分析得知苯的分子式为C6H6。
仅从苯的分子式判断，苯应具有很高的不饱和度，显示不饱和烃的典型反应—加成、氧化、聚合，然而苯却是一个十分稳定的化合物。
通常情况下，苯很难发生加成反应，也难被氧化，在一定条件下，能发生取代反应，称为“芳香性”。
1865年凯库勒从苯的分子式出发，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，提出了苯的环状结构。
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，它不能说明苯既然含有三个双键，为什么苯不起类似烯烃的加成反应？环己烯的氢化热为119.6kJ/mol,如果苯的构造式用凯库勒式表示的话，苯的氢化热为环己烯氢化热的三倍。
119.6×3=358.8KJ/mol 。
实际上苯的氢化热是208.4KJ/mol,比预计的数值低150.4KJ/mol。
2.闭合共轭体系根据现代物理方法（如X射线法，光谱法等）证明了苯分子是一个平面正六边形构型，键角都是120℃ ,碳碳键的键长都是0.1397nm。
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-C σ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-H σ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。
第七章 芳烃
甲、卤化反应
Cl2
FeCl3 25 0 C
Cl 90%
芳烃与卤素作用生成卤代芳烃
a．催化剂：FeCl3 、FeBr3 、AlCl3等 b．卤素活性：F>Cl>Br>I c．芳烃活性：烷基苯>苯>卤代苯
卤化反应机理
Br Br FeBr3
0
NO2 75-85%
硝化反应机理
O2N OH
+ O2N OH2
HOSO3H
HOSO3H
+ O2N OH2
OSO3H
O2N
H3O+
NO2
OSO3H
O2N
H NO2
+
slow
H
NO2
OSO3H fast
HOSO3H
丙、磺化反应
芳烃与浓H2SO4作用，芳环上H原子被磺（酸）基 -SO3H取代生成芳磺酸 a. 磺化剂： 浓H2SO4 或 发烟H2SO4 b. 底物活性：烷基苯>苯>苯磺酸
CH3CH2Br
AlCl3, 850C
CH2CH3
74%
c. 常用酰基化剂：酰卤、酸酐（酸）
(CH3CO)2O
AlCl3, 40 C CS2
0
O CCH3
90%
d. 芳环上不能连有强吸电基(-NO2、-CN、-COR、-SO2R)
e. 烷基化对吸电基更敏感
烷基化和酰基化机理
CH3CH2CH2Cl
AlCl3
HOOC
C(CH3)3
思考题：如果另一反应物为NBS，产物是什么？
六、苯环上取代反应定位规则
当苯环上有一个以上取代基时，将面临两个重要的问题： ※取代基对苯环上的亲电反应速率有何影响？ ※取代基对苯环上的亲电反应有何定位效应？
芳烃
第一节 芳烃的分类与命名 第二节 多官能团化合物的命名 第三节 苯的结构 第四节 单环芳烃的物理性质 第五节 单环芳烃的化学性质 第六节 苯环上亲电取代反应的定位规则
1
芳烃，也叫芳香烃， 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。 含苯环结构的碳氢化合物。 芳香烃具有其特征性质——芳香性 芳香性 芳香烃具有其特征性质 （易取代，难加成，难氧化）。 易取代，难加成，难氧化）。
7
第二节 多官能团化合物的命名
1．按照“官能团的优先次序”表，选择优先官能 按照“官能团的优先次序” 团为母体， 团为母体，将与母体官能团相连的苯环上的碳原子 编号为1 编号为1； 根据“最低系列”原则， 2．根据“最低系列”原则，给苯环上的其他碳原 子编号； 子编号； 最后按“较优基团后列出” 3．最后按“较优基团后列出”将取代基的名称和 位次写在母体名称之前即得全名。 位次写在母体名称之前即得全名。例
1. 指导选择合成路线
例1 ：
CH3 COOH NO2
必须先氧化后硝化
CH3
KMnO4 H
+
COOH
混酸
COOH NO2
,
32
例2 ：
C2H5 NO2
C2H5
C2H5Cl AlCl3 H2SO4
C 2H 5
混酸
C 2H 5 NO2 SO3H
水解
C2H5 NO2
SO3H
33
命名下列化合物
34
用化学方法区别下列各组化合物
（10） 10）
（11） ）
43
29
一、一元取代苯的定位规律 1．邻、对位定位基 ．
使新引入的取代基主要进入原基团邻位和对位 （邻对位产物之和大于60%）。且多数使苯环活化， 使取代反应比苯易进行。
第5章 芳 烃
NO2
H HOSO2O- +HO NO2
+
H2O + +NO2
硝化反应中 E1 >> E2 不可逆
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2 磺化反应——可逆
+ HO-SO3H(浓) 60 ℃
SO3H H2SO4 SO3(60%) 90 ℃
SO3H + H2O
HO3S
SO3H
5.3 单环芳烃的物理性质
1 一般的物理性质 熔沸点： 常见烷基苯的沸点每相 差一个CH2，沸点相差 约25～30 ℃。 熔点一般较低。
bp 144.4 oC mp -25.5 oC
139.1 oC -47.9 oC
138.2 oC 13.3 oC
bp 80.1 oC mp 5.5 oC
110.6 oC -95 oC
5.4.2 亲电取代反应类型
硝化、磺化、卤代、烷基化、酰基化、氯甲基化。
1、 硝 化 反 应 E+= +NO2
+ HO N+ O2
H2SO4 55 ℃
混酸：一份硝酸三份硫酸
NO2 + H2O
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NO2+ HO-NO2
浓H2SO4 110 ℃
136.1 oC 159.3 oC
-95 oC
-99 oC
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2 红外与核磁特征 (1) IR谱
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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。
芳烃
形成的π电子云像两个连续的面包圈，一个位于平面上面，一个位
于平面下面。 键长完全平均化，体系能量降低，分子趋于稳定。
6
苯的特征和芳香性
分子式为C6H6，丌饱和度 ＝ 4
所有的氢是等价的，6个碳碳键等长
H H 0.108nm 120 C C H
o
C C
H
稳定性高——可由煤在1000oC制叏
14
2. 硝化反应——在混酸（浓HNO3+浓H2SO4）作用下生成硝基苯
＋ H2SO4 (浓) HNO3 (浓) 30 ~ 40 C 95 % yield
o
NO2
机理：
σ络合物
15
3. 磺化反应——在浓硫酸或収烟硫酸作用下生成苯磺酸
H2SO4 , H2O（大量）,
Ar SO3H Ar H
发烟 H2SO4，40 oC
CH3
邻二甲苯
间二甲苯
CH3
1,4-二甲苯 对二甲苯
9
③
苯环上有多个丌同叏代基的化合物
官能团优先次序：-COOH, -SO3H, -CHO, -CR(H), -OH,
苯环加适当的官能团为母体，其它为叏代基
-NH2, -OR, -R，-X, -NO2
按编号规则编号，先使官能团位次最低，然后使叏代基位次最低
31
32
3. 定位效应的理论解释
原叏代基的电子效应对亲电叏代反应活性的影响
诱导效应和共轭效应的影响： 活化基团 钝化基团
33
4. 二叏代苯的定位效应
定位规则
同类定位基，服从能力强者
位阻大的产物难生成
OH
少
CH3
34
能力接近，得混合物
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《有机化学》
第六章芳烃
1
本章讲解的主要内容
6.1芳香烃的来源、苯的结构式及表达式 6.2苯衍生物的异构和命名
6.3苯的亲电取代反应
6.4苯环上取代反应的定位效应及反应活性 6.5烷基苯芳香侧链的反应
6.6烯基苯
6.7联苯
6.8稠环芳烃
6.9芳香性，休克尔规则
6.10非苯芳香化合物
芳香烃的分类：
6.1 芳烃的来源、苯的结构及表达式
5
6.1.1 芳香烃的来源
自从1845年从煤焦油内发现苯及芳香族化合物后，很长时间煤焦油是一切芳香族化合物的主要来源。
自20 世纪40年代以来，许多石油工业发达的国家，逐渐研究出由石油加工制取芳香族化合物的方法。
石油馏分中主要含有环烷烃和链烃，将它们转化为芳烃的主要方法是重整和芳构化。
6.1.2苯的结构及表达式（凯库勒（Kekulé）式）
Kekul é1865年提出苯（C 6H 6）是碳碳链首尾相连的环状结构，环中三个单键、三个双键相间。
H
H
H H
H
H 6.1 凯库勒（Kekul é）式
Kekul é提出苯环上的六个氢是等同的，因此只有一种一取代物，一种邻二取代物。
H
H
H H
H
H H H
H H
H
H 凯库勒（Kekul é）式
苯环中的双键没有固定的位置，它在平衡位置不断的摆动，因此下列两个邻二卤代物是等同的。
H
X
X H
H
H H X
X H
H
H 凯库勒（Kekul é）式
Kekulé式能解释苯的一些现象：
苯的一取代物只有一种；
苯可以加氢还原为环己烷；
在光照条件下，苯可以和三分子氯气加成。
Kekulé式不能解释苯的现象：
苯容易发生取代反应，却难于发生加成和氧化反应； 按照Kekule结构式，邻位二取代应该有两个异构
体，但实际上只有一个；
苯的氢化热远低于想象中的环己三烯结构（苯更稳定）。
实际上是一个化合物！
苯的特征引起化学家的浓厚兴趣：
分子式C6H6，C:H=1:1，不饱和程度高（4） 稳定性好：可由在1000℃制取；不被高锰酸
钾氧化，不易发生加成反应
芳香族化合物的特性－芳香性：
苯环易发生取代，难发生加成反应
不易氧化
苯环具有特殊稳定性
6.2 苯的稳定性，苯的结构
14
120 kJ/mol 120 kJ/mol 231 kJ/mol
231 kJ/mol 208 kJ/mol 208 kJ/mol 360 kJ/mol
360 kJ/mol 3 x Cyclohexene
苯比设想的环己三烯稳定，
能量差约为150Kj/mol
苯的结构及表达式（凯库勒式）
近代物理方法对苯结构的研究结果：
¾苯的六个碳原子形成平面正六边形；
¾碳－碳键长均等，为1.39 Å；
¾所有键角均为120o。
¾根据共振论，苯可视为二个等价的Kekule结构式的共振杂化体。
H H
H H H H
H H H H H H 苯的共振式
苯环的稳定性是由于苯是由两个完全等价的共振式杂化而成。
两个共振式稳定性相同，对杂化体参与程度也相等，所以共振引起的稳定作用应是很大的
苯的共振式
苯也可用一个带圆圈的正六边形表示。
其中直线表示单键，圆圈表示六个离域的π电子。
六边形每一个角上连有一个氢原子。
CH 3CH 3
芳烃的共振式
单双键交替的共振式仍被广泛用于研究苯取代反应机理，这时共振式已不再代表已三烯的结构，而是共振式的简写。
CH 3代表
苯的结构
用现代技术测定苯的结构，证明苯是一个平面分子，它有六个等长的键，六个键组成正六边型，键角120º。
键长
0.139nm ，键长介于碳碳单键和碳碳双键之间，完全平均化
1.39 Å 1.39 Å1.39 Å 1.39 Å1.39 Å
1.39 Å 1.46 Å
1.34 Å
苯环中的六个碳均为sp 2杂化，
杂化，未参与杂化的p 轨道带着一个电子垂直于环平面，形成一个闭合的大π键。
苯的杂化轨道模型
每个碳剩下的p 轨道垂直于环所在的平面，相互平行，可在各个方向上进行重叠，重叠的结果形成一个闭合的环状的大π键。
苯的杂化轨道模型
形成的π电子云像两个连续的面包圈，一个位于平面的上面，一个位于平面的下面。
苯的杂化轨道模型
苯的分子轨道描述：
6.3 苯衍生物的命名
25
6.2 苯衍生物的异构和命名6.2.1 苯的一元衍生物命名
其命名方法有两种：
（a）以苯为母体
（b）苯为取代基
6.21苯的一元衍生物命名
（a）以苯为母体命名
，简一取代苯无异构。
苯环作为母体：－X，－NO，-NO
2
单烷基作为取代基命名。
如：
顺序规则中排在R 之前的基团（优先基团）与苯环相连时；
带较长烷基或取代基较复杂时；
分子中有多个苯环，以任一苯环为母体命名都有困难时；
取代基带官能团时。
（b ）以苯为取代基命名
苯为取代基的一元衍生物命名
取代基为烯或炔等不饱和基团，一般作为取代烯或炔来命名
6.2.1 苯的一元衍生物命名
1,2 = ortho (缩写为o-)1,3 = meta
(缩写为m-)
邻o 间m 对p
Ortho, Meta, 和Para
二取代苯的命名（邻间对） 二甲苯：xylene
苯甲醛Benzaldehyde
CH
O 常见苯的衍生物命名法
苯甲酸Benzoic acid
COH
O 常见苯的衍生物命名法
苯乙烯Styrene CH2
CH
常见苯的衍生物命名法
甲苯Toluene CH3
常见苯的衍生物命名法
苯甲酮
Acetophenone CCH 3
O
常见苯的衍生物命名法
苯酚
Phenol OH
常见苯的衍生物命名法
苯甲醚Anisole OCH3
常见苯的衍生物命名法
苯胺
Aniline
NH 2
常见苯的衍生物命名法
NO2
苯甲醚Anisole 对硝基苯甲醚p-Nitroanisole 4-Nitroanisole 4-硝基苯甲醚
苯的衍生物的名字作为母体
溴苯Bromobenzene
叔丁基苯
tert-Butylbenzene
硝基苯
Nitrobenzene
NO2
C(CH3)3
Br
把苯作为母体命名
苯基phenyl
苯酚
phenol
苄基
benzyl
OH
CH2—
容易迷惑的几个名字
CH3—
对甲苯基
p-tolyl
4-氟-1-氯-2-溴苯（按原子量从小到大排列）2--1-chloro -4-fluoro benzene （按字顺排）Cl
F
命名练习。