芳香烃结构
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。
芳香烃的结构、性质和应用—稠环芳烃
萘
2020.12.20
萘与属性
分子中相邻两个苯环之间彼此通过共用两个碳原子稠合而成的 芳烃叫稠环芳烃。重要的稠环芳烃有萘、蒽、菲。
萘与属性
7.7 萘
萘是最简单的稠环芳烃，分子式为C10H8，是由两个苯环共用 两个相邻碳原子稠合而成的。与苯相似，萘分子中两个苯环在同一 平面内，每个碳原子都是以sp2杂化轨道与相邻的碳原子或氢原子形 成C-Cσ键或C-Hσ键。每个碳原子剩下的一个p轨道都垂直于萘环所 在的平面，且彼此相互平行，从侧面相互重叠，形成一个闭合的共 轭体系。
至165oC时可转变为β-萘磺酸。
60oC
SO3H + H2O
H2SO4
H2SO4 165oC
165oC
SO3H + H2O
萘
② 加成反应 萘比苯容易进行加成反应。用金属钠与乙醇反应 可使萘还原生成1，4-二氢化萘。
Na C2H5OH
1，4-二氢化萘
萘
用镍做催化剂，于一定温度和压力下，萘可加氢生成1,2,3,4-四 氢化萘（简称四氢化萘，也叫萘满）和十氢化萘（也叫萘烷）。
H2SO4 HNO3
NO2 + H2O
－硝基萘
α-硝基萘是黄色针状晶体，熔点61oC，不溶于水，溶于乙醇和 乙醚等有机溶剂，主要用于制造α-萘胺和染料等。
萘
萘的磺化与卤化、硝化不同，磺酸基进入萘环的位置与外界条
件有关。在较低温度（60oC）磺化时，主要生成α-萘磺酸；在较高
温度（165oC）磺化时，主要生成β-萘磺酸。α-萘磺酸与硫酸共热
萘
萘
与苯相似，萘分子中也没有典型的碳碳单键和碳碳双键，但与 苯分子不同的是，萘分子中碳碳键键长不相等。各个碳原子上电子 云的分布也各不相同，α位的电子云密度较大；β位的电子云密度较 小。如下图所示
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。
大学有机化学芳香烃
大学有机化学芳香烃在大学有机化学的学习中，芳香烃是一个非常重要的部分。
芳香烃，简单来说，就是一类具有特殊结构和性质的烃类化合物。
它们在有机化学中占据着独特的地位，不仅在理论研究中具有重要意义，而且在实际应用中也发挥着巨大的作用。
芳香烃的定义与特点，首先得从其结构说起。
芳香烃具有一个稳定的环状共轭体系，通常由若干个双键和单键交替排列形成。
最典型的例子就是苯环，它由六个碳原子组成一个平面的六边形，每个碳原子都与一个氢原子相连，碳原子之间通过交替的双键和单键相连接。
这种特殊的结构使得芳香烃具有一些独特的性质，比如较高的稳定性、不易发生加成反应等。
从物理性质方面来看，芳香烃通常是无色液体或固体，具有特殊的气味。
它们的沸点和熔点相对较高，这是由于其分子间的作用力较强。
在溶解性方面，芳香烃一般不溶于水，但易溶于有机溶剂，这是因为它们的分子结构与有机溶剂更为相似，遵循“相似相溶”的原理。
在化学性质方面，芳香烃表现出了一些独特的反应。
由于其环状共轭体系的稳定性，芳香烃不容易发生加成反应，而更倾向于发生取代反应。
例如，苯在一定条件下可以与卤素单质发生取代反应，生成卤代苯。
此外，芳香烃还可以发生氧化反应，不过条件相对较为苛刻。
芳香烃的分类也是我们需要了解的重要内容。
按照苯环的个数，可以分为单环芳香烃和多环芳香烃。
单环芳香烃就是只含有一个苯环的化合物，比如苯、甲苯等。
多环芳香烃则是含有两个或两个以上苯环的化合物，又可以分为稠环芳香烃和联苯类芳香烃。
稠环芳香烃如萘、蒽等，它们的苯环是共用相邻的碳原子的；联苯类芳香烃则是通过单键将两个或多个苯环连接起来。
芳香烃的来源非常广泛。
在自然界中，一些植物会分泌出含有芳香烃的物质，赋予它们特殊的气味。
在工业生产中，芳香烃主要通过石油的加工和煤的干馏等过程获得。
石油中含有多种芳香烃的前体物质，通过分馏、催化重整等工艺可以得到纯度较高的芳香烃。
煤的干馏则可以产生煤焦油，其中也含有丰富的芳香烃。
芳香烃
+
H3O+
+
H
HSO4 H+
SO3H
+
S
O
O
SO3
4．付瑞德—克拉夫茨（C.Friede —J.M.Crafts）反应 1877年法国化学家付瑞德和美国化学家克拉夫茨发现了制备烷基 苯和芳酮的反应，简称为付—克反应。前者叫付—克烷基化反应， 后者叫付—克酰基化反应。 （1） 烷基化反应 苯与烷基化剂在路易斯酸的催化下生成烷基苯的反应称为付—克烷 基化反应。 CH2CH3 AlCl3 + HBr
三个节面 ψ6 ψ4
ψ5
二个节面
E
ψ2 一个节面 无节面 ψ1 苯的π 电子分子轨道重叠情况 ψ3
苯分子的大π键是三个成键轨道叠加的结果，由于π电子都是 离域的，所以碳碳键长完全相同。
二、从氢化热看苯的稳定性
H2 2H2 3H2 H苯理=3x120=360KJ / mol
H=_120KJ / mol H=_232KJ / mol H=_208KJ / mol H苯实=208 KJ / mol
15O2
点燃
12CO2 + 6H2O
烷基苯（有α-H时）侧链易被氧化成羧酸。
CH2CH3 CH3 CH3
KMnO4/H+
CH
COOH
CH2CH2CH2CH3
不论烃基的长短，氧化 产物都为羧酸。
若两个烃基处在邻位，氧化的最后产物是酸酐。例如：
CH2CH3 CH（ 3）2 CH
O2， V2O5 350~450 ℃
NO2 NO2
混酸 60 ℃
发烟 HNO3+H2SO 4 95 ℃ 93.2%
CH3 NO2 NO2
芳香烃
CH3 CH3 CH3 连三甲苯
CH3 CH3 CH3
CH3
CH3
CH3
偏三甲苯
均三甲苯
3、苯环上连有多个烷基时，应使最小的基团有最 、苯环上连有多个烷基时， 小的编号。其余规则与脂环烃相似。 小的编号。其余规则与脂环烃相似。如：
CH3 CH2CH3
1－甲基－4－乙基苯 －甲基－ －
4、 较复杂的（-NH2、-OH、-CHO、-COOH及C4以 、 较复杂的（ 、 、 、 及 以 上R）把苯作为取代基，相应基团做母体。例如： ）把苯作为取代基，相应基团做母体。例如：
CH2CH3
CH2CH2CH2CH3
甲苯
CH3 CH3
乙苯
NO2
正丁苯
Br
对二甲苯
硝基苯
溴苯
2、 苯环上连有三个相同基团时，用连、偏、均 苯环上连有三个相同基团时，用连、 来表示相对位置。 来表示相对位置。 注意必须是三个相同基团才能用连、 注意必须是三个相同基团才能用连、偏、 均来表示此三基团的相对位置。 均来表示此三基团的相对位置。
• 注意：当引入的烷基为三个碳以上时，引入的烷基 注意：当引入的烷基为三个碳以上时， 会发生碳链异构现象。 会发生碳链异构现象。
AlCl3
CH3 CH3
+ CH3CH2CH2Cl
CH
+
CH2CH2CH3
） 正丙苯（35~31% 异丙苯（65~69% ）
原因：反应中的活性中间体碳正离子发生重排， 原因：反应中的活性中间体碳正离子发生重排，产生更稳定的碳正 离子后，再进攻苯环形成产物。？ 离子后，再进攻苯环形成产物。？
亲电取代反应历程( 亲电取代反应历程(以溴代 反应为例) 反应为例)
芳香烃--芳香烃的结构和性质
以下说法与事实不符合的是( BD)
A．利用蒸馏方法可以分离苯和邻二甲苯的混合物 B．甲苯的性质较苯活泼，在空气中被氧化为含氧的
有机物 C．甲苯在不同的特定条件下，苯环上的氢与甲基上
的氢都能与卤素发生取代反应 D．甲基环己烷是甲苯的氧化产物
能力扩展
①苯及其同系物的熔沸点，随着碳原子 数 增多 ，沸点逐渐升高，当碳原子数相同 时，支链越多，沸点越 低 ，当碳原子数 相同，支链也相同时，支链越对称，熔沸点 越低 。
②苯及其同系物中一氯取代物的同分异构体。 即苯及其同系物中 1 个氢原子被氯原子取代 的产物。 如甲苯中的一个氢原子被氯原子取代，生成 的产物有 4 种，其中苯环上发生的一氯取 代产物有 3 种
成苯胺（
）有强还原性，易被氧化。
A的结构简式：
。
反应Ⅱ和反应Ⅲ 不能，易被氧化的官能团一般 条件能否互换？ 最后生成，或先保护起来。
问题引导下的再学习 三、芳香烃的来源及应用
1、来源 (1)1845年至20世纪40年代 煤 是芳香烃的主要来源。 (2)20世纪40年代以后，通过石油化学工业中的
催化重整 等工艺可获得芳香烃。
的产物。 分子中含 1 个苯环，侧链须是 烃基 。 分子通式 CnH2n-6 。
一、苯的同系物 1、命名：
苯
甲苯
乙苯
间二甲苯 对二甲苯
丙苯
间甲乙苯
对甲乙苯 同分异构体 甲苯只有一种分子。 乙苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯是 同分异构体。
丙苯、异丙苯、邻甲乙苯、间甲乙苯、 对甲乙苯、连三甲苯、偏三甲苯、 均三甲苯是同分异构体。
第四章 芳香烃
HNO3
3．萘与浓硫酸反应
低温时，主要生成 －萘磺酸； 低温时，主要生成α－萘磺酸； 高温时，则主要生成 －萘磺酸。 高温时，则主要生成β－萘磺酸。
SO3H H2S O 4 165℃ β －萘磺酸 H2S O 4 60℃ α -萘磺酸 SO3H
三.萘的加成反应
萘比苯易发生加成反应，在不同条件下， 萘比苯易发生加成反应，在不同条件下， 生成不同的加成产物 。
Isopropylbenzene
二烷基苯有三种异构体
CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 邻二甲苯 （ 1 ， 2 -二 甲 苯 ） （ 0 -二 甲 苯 ） (o -xyle n e ) 间二甲苯 对二甲苯 （ 1 ， 3 -二 甲 苯 ） （ 1 ,4 -二 甲 苯 ） （ m -二 甲 苯 ） （ p -二 甲 苯 ） (m -xyle n e ) (p -xyle n e ) CH 3 CH 3
Br2
+
HBr
利用此反应的特点，可在苯环上引入卤原子。 利用此反应的特点，可在苯环上引入卤原子。
2、硝化反应(nitration) 硝化反应(nitration)
浓H2SO4
50 55 ℃
NO2
+
+
HNO3 (浓)
H2O
硝基苯 利用此反应的特点，可在苯环上引入硝基。 利用此反应的特点，可在苯环上引入硝基。
苯的取代反应分三步进行： 苯的取代反应分三步进行：
1、产生亲电试剂
ＡＢ ──→
Ａ＋
＋
Ｂ－
Br
Br + FeBr3
Br
+
+ [ FeBr4 ]
+ +
-
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芳香烃结构
第十章芳烃芳香性一、芳烃的特点与分类二、芳烃的构造异构和命名三、苯的结构四、芳烃的来源五、芳烃的物理性质六、单环芳烃的化学性质七、苯环上取代反应定位规则八、稠环芳烃九、芳香性十、富勒烯十一、多官能团的命名
一、芳烃的特点与分类1、芳烃的特点
芳烃是芳香族碳氢化合物的简称, 亦称芳香烃. 其显著特点是:
A、高度不饱和性
B、不易进行加成反应和氧化反应,易进行取代反应
C、成环原子间的键长趋于平均化
D、环型π电子离域体系由4n+2个π电子构成,即符合Huckel规则
E、环外质子的NMR信号出现在低场
2、分类a、单环芳烃b、多环芳烃c、稠环芳烃
苯邻二甲苯
1,2-二苯乙烷
萘
乙苯
叔丁苯
苯乙烯
(E)-1,2-二苯乙烯
1,3,5-三苯基苯
蒽菲二、芳烃构造异构和命名1、构造异构分侧链异构和位置异构
两种情况:
正丁苯
侧链异构
仲丁苯
异丁苯
叔丁苯
1,2,3-三甲苯连三甲苯
位置异构
1,2,4-三甲苯偏三甲苯
1,3,5-三甲苯均三甲苯
2、芳烃的命名a.单环芳烃常以苯环为母体,烷基作为取代基:
1-甲基-2-乙基苯
1,3-二甲苯(间二甲苯)
1-乙基-4-丙基苯
2-甲基-4-苯基戊烷
b. 多环芳烃或当侧链较复杂时, 也可以把苯环作为取代基: 2,3-二甲基-1-苯基-1-己烯
1,4-苯二乙烯1,4-二乙烯苯(对二乙烯苯) 对苯二乙烯
c.芳烃去掉一个氢原子剩下部分为芳基:
苯基(Phenyl) (Ph)
苯甲基(苄基)(Benzyl)( Bz)
2-甲苯基邻甲苯基o-tolyl
3-甲苯基间甲苯基m-tolyl
4-甲苯基对甲苯基p-tolyl
三、苯的结构
C6H6: 正六边形、共平面键角120°键长0.140nm(C-C: 0.154nm,C=C: 0.134nm)氢化热低(208.5<3x119.3)苯具有特殊稳定性
1、价键理论:
2、共振论:
3、分子轨道理论:
碳上6个2p轨道重新组合成6个分子轨道,其中3个分子轨道能量比原来的原子轨道即2p轨道能量低,称为成键轨道,另外三个比原子轨道能量低,构成反键轨道.
四、芳烃的来源1、从煤焦油中分离2、从石油裂解产物中分离3、芳构化
1、从煤焦油中分离:
酚油170-210℃:异丙苯、均四甲苯等
萘油210-230℃:萘、甲基萘、二甲基萘等
洗油230-300℃:联苯、苊、芴等
蒽油230-300℃:蒽、菲等
轻油<170℃: 苯、甲苯、二甲苯
2、从石油裂解产物中分离: 石油裂解产物:
气体组分(乙烯、丙烯等)裂解轻油(苯等)裂解重油(烷基苯、烷基萘等)
3、从芳构化反应得到:
烷烃、环烷烃在高温、高压和催化剂作用下经过环化、异构、脱氢形成芳烃
五、芳烃物理性质
芳烃为液体或固体; 密度小于1; 有特殊气味、有毒; 不溶于水,易溶于有机溶剂.
在二取代苯之中,
对位异构体对称性高、结晶能大,熔点高;因此可以利用结晶方法从邻间位异构体中分离对位异构体.
苯的核磁共振谱
甲苯的核磁共振谱
p-ethyltoluene
sec-butylbenzene
o-propyltoluene
hexylbenzene
甲苯的红外光谱
邻二甲苯的红外光谱
间二甲苯的红外光谱
对二甲苯的红外光谱
六、单环芳烃的化学性质
1、取代反应
2、芳环上亲电取代反应机理
3、加成反应
4、氧化反应
5、聚合反应
1、取代反应甲、卤化乙、硝化丙、磺化丁、Friedel-Crafts 反应戊、氯甲基化
甲、卤化反应
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>Ic.芳烃活性:烷基苯>苯>卤代苯
d. 烷基苯和卤代苯的卤代物主要为邻对位异构体
邻氯甲苯和邻溴甲苯的空间效应
乙、硝化反应
芳烃与混酸作用,芳环上H原子被硝基取代生成硝基取代芳烃
a. 硝化剂:浓HNO3 + 浓H2SO4(简称混酸)
b. 底物活性:烷基苯>苯>硝基苯
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
0℃43%53% 4%100℃13%79% 8%
丁、Friedel-Crafts 反应
在催化剂作用下,芳烃中芳环上氢原子被烷基或酰基取代的反应
b. 常用烷基化剂:卤代烃、烯烃(醇)
c. 常用酰基化剂:酰卤、酸酐(酸)
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
f. 烷基化时易发生多烷基化、可逆、重排反应
a. 常用催化剂:AlCl3、FeCl3、ZnCl2、(HF、BF3、H2SO4)
g. 酰基化不可逆,产物单一
戊、氯甲基化
在无水ZnCl2存在下,芳烃与甲醛及HCl作用,芳环上氢原子被氯甲基(—CH2Cl)取代
与烷基化反应相似,芳环上不能连有强吸电基.实际操作中可以用多聚或三聚甲醛代替甲醛
—CH2Cl 可以方便的转化为—CH3、—CH2OH、—CH2CN、—CH2COOH、—CH2N(CH3) 2
2、芳环上亲电取代反应机理甲、硝化乙、卤化丙、磺化丁、烷基化和酰基化戊、氯甲基化
π-络合物
σ-络合物
取代苯
甲、硝化反应机理
乙、卤化反应机理
丙、磺化反应机理
丁、烷基化和酰基化机理
戊、氯甲基化机理
3、加成反应甲、加氢乙、加氯
六六六有多少种立体异构体?
8种4、氧化反应
顺丁烯二酸酐(顺酐)
目前工业上常采用丁烯或丁烷催化氧化法制顺酐.顺酐是不饱和树脂工业的重要原料.
含有α-H的烷基苯进行氧化时,烷基侧链被氧化为羧基.常用氧化剂为KMnO4、浓HNO3、K2CrO4+H2SO4
甲苯或多甲基苯的氧化有重大工业意义.常用氧化剂为空气,催化剂为V2O5或Co2+、Mn2+的羧酸盐.
苯甲酸钠是常用食品、饮料防腐剂(国产可乐
、雪碧以及火腿中常添加之),易代谢,一般不产生永久毒性.但也有文献怀疑其有致癌作用!
对苯二甲酸是合成聚酯的重要工业原料
苯酐用于制备不饱和树脂,均苯四甲酸二酐用于制备聚酰亚胺树脂.
脱氢反应
苯乙烯是合成丁苯橡胶、聚苯乙烯等的重要单体,也是不饱和树脂的稀释剂与交联剂.
5、聚合反应
聚苯乙烯用于制备泡沫塑料
聚苯用于制备耐高温、导电、润滑材料.
七、苯环上取代反应定位规则
1、两类定位基
2、苯环上取代反应定位效应理论解释
3、二取代苯的定位规则
4、定位规则在合成中应用
1.两类定位基
理论上40%40%20%
实际结果并非如此,亲电试剂的位置与原取代基电子效应与空间效应有关.
a、第一类定位基—邻对位定位基(邻对位之和>60%):使亲电试剂进入其邻对位且使苯环活化(卤素除外).
—O-、—N(CH3) 2、—NH 2、—OH、—OR、—NHCOR、—OCOR、—Ar、—CH=CH 2、—R、—F、—Cl、—Br、—I 等.
b、第二类定位基—间位定位基(间位异构体>40%):使亲电试剂进入其间位且使苯环钝化.
—N+(CH3) 3、—N+H3、—NO 2、—CN、—SO3H—COR、—COOR、—CONH 2、—CONR 2等
取代苯硝化时相对速率与异构体分布。