05第五章芳烃芳香性

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第五章 芳烃 芳香性

第五章 芳烃  芳香性

d、 速度控制(低温)和平衡控制(高温)
C
H 3
C H
3 C l,
0
A l C l 3
C
C
H 3
C
H 3
C
H 3
速度控制
平衡控制
烷基化试剂除卤代烃外还有:
+ CH3CH2OH H2SO4 CH2CH3 + H2 O CH2CH3
+ CH2
CH2
AlCl3/HCl 95 C AlCl3/HCl 95 C H2SO4
(1)苯环为母体情况
CH3 CH CH3 NO2 Cl
异丙基苯
叔丁基苯
硝基苯
氯苯
(2)苯环为取代基的情况 a、 -R(烷基)之后基团与苯环相连时; b、 带较长烷基或取代基复杂时; c、 分子中有多个苯环,以任何一个苯环为母体 命名都有困难时。
2、多取代苯的命名 (1) 二个取代基相同: 1,2-(邻、o-);1,3-(间、 m-);1,4-(对、p-)。
历程:
催化剂 Lewis酸: FeCl3、SnCl4、ZnCl2 、 HF、H2SO4、H3PO4、BF3 Cl 和 H2C CHCl 不能作为芳烃烷基化的试剂 C H 3C H 2C l + A l C l 3 C H 3 C H 2 A l C l
4
+
C H 3 C H 2
A l C l 4
C H 2 C H 3 H
Fe or FeX 3
CH 3
X
+ X
卤代反应机理(以溴代为例):
Br2 + FeBr3
R Br Br FeBr
Br Br
R
δ
δ
FeBr3

芳香烃,芳香性讲解

芳香烃,芳香性讲解

CH3
CH3
(1)单环芳烃
CH3
(2)多环芳烃 (3)稠环芳烃

连苯
甲苯
间二甲苯
C
H 三苯甲烷


菲5
5.1 芳烃的构造异构和命名
5.1.1 构造异构
苯及其同系物的通式为:CnH2n-6。
例如苯有六个碳和六个氢,其六个碳和六个氢 是等同的;
结构异构:
一元取代:只有一种
CH3
二元取代:有三种 三元取代:有三种
CH3
CH3 CH3
CH3
CH3
H3C CH CH3
CH CH2
CH3
H3C
CH3CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3 CH63
5.1.2 命名
(1)当苯环上所连烃基较简单时,以苯环为母体 来命名,叫做“ 某烷(基)苯 ”。如:
((m2-))、苯C对H环3(p上-连)表有示两C取H个2代C取H基3代的H基3相C时对C,H位可置C以H。3用邻(o-)、间
法制备。
39%
Cl
55%
6B%r
20
32.9%
65.8%
1.3%
(1)亲电取代反应
(b) 硝化
苯与混酸(浓硫酸与浓硝酸的混合物)于50~60℃下反应, 则环上的一个氢原子被硝基(-NO2)取代,生成硝基苯。 这类反应被称为硝化反应。
+
浓HNO3
浓H2SO4,50~60oC 75%~85%
NO2 + H2O
❖ 沸点 比相应的烷、烯烃要高,随分子量增加而有规律地变化,每 增加一个系差,则沸点增加30℃左右。苯的沸点为80℃。
❖ 溶解度 苯及同系物难溶于水,易溶于有机溶剂(二甘醇、环丁砜等 特殊溶剂),苯本身就是极好的有机溶剂。如:苯和乙酸异戊酯的混合 液,俗称“ 香蕉水 ”,是油漆的良好溶剂。

大学有机化学重点知识总结第五章 芳烃 芳香性

大学有机化学重点知识总结第五章 芳烃 芳香性

NH2
Cl
OCH3
2-甲 氧 基 -6- 氯 苯 胺
OH
CH3
1
COCH3
3-甲基-4-羟基苯乙酮
大学有机化学重点知识总结第五章 芳烃 芳香性
§5.2 苯的结构
3H2
208.5 kJ/mol
H2
119.3 kJ/mol
苯的氢化热:208.5 kJ • mol-1 环己烯氢化热的3倍:
3×119.3 =357.9 kJ•mol-1
* 5、芳烃侧链的反应
大学有机化学重点知识总结第五章 芳烃 芳香性
一、 芳环上亲电取代反应
试剂中的亲电部分从芳环上取代一个H原子
4–羟基–3–甲氧基苯甲醛
大学有机化学重点知识总结第五章 芳烃 芳香性
C O O H> SO 3H> C O O R> C O C l > C O N H 2> C H O> CO> O H> N H 2> CC >
COOH
1
CC> O R> C l > N O 2
对 -甲 酰 基 苯 甲 酸
CHO
轨道; 6 个π 电子离域在6个C原子上。
p6 6
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图 5.2 苯的闭合的π轨道 4.环状的共轭体系导致苯分子具有相当高的稳 定性。电子云完全平均化,故无单双键之分。
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苯分子中的骨架
大学有机化学重点知识总结第五章 芳烃 芳香性
CH3 C CHCH3
2–甲基–3–苯基戊烷 2–苯基–2–丁烯
PhC CH
苯乙炔
CH2

芳香性具体表现

芳香性具体表现
32
苯的溴化反应机理:
第一步:Br2分子的极化
Br Br + FeBr3
Br
Br

FeBr3
Br2 与FeBr3 的络合
第二步: 极化了的溴进攻苯环
+ Br
Br

FeBr3

Br H + Br FeBr3
生成苯碳正离子中间体。此步骤是 决定反应速率的一步。
33
烯丙基型正离子: p - π 共轭 π - 电子的离域产生共振杂化体:
浓50H~620S。OC4
NO2
例: NO2
+
浓 HNO 3
浓100H~12S10O。C4
CH3
混酸
30℃
CH3
NO2 混酸
60℃
CH3
混酸
60℃
NO2
NO2 NO2 +
NO2 +
NO2
6%
1%
NO2 NO2
93%
CH3
NO2 混酸 NO2
CH3 NO2
110℃
NO2
NO2
2,4,6-三硝基甲苯
(TNT) 38 2,4,6-Trinitrotoluene
轨道内,每个轨道都含有一对电子.最低的轨道1,环绕 全部六个碳,轨道2和轨道3具有不同的形状但有相 等的能量,它们两个在一起,使六个碳具有同样的电子 云密度. (4) 总的结果造成一个高度对称的分子,其 电子具有相当大的离域作用,从而使它们 能量比在三个孤立的 轨道中要低得多.
20
§5-2 单环芳烃及其衍生物的命名
供电体: 苯环 吸电体: E+, Lewis 酸
28
苯环上亲电取代反应机理

芳烃与芳香性

芳烃与芳香性

氢化热的三倍低得多(3×119.3-208.5=149.4 kj· -1),这 mol
149.4 kj· -1即为苯的共轭能。 mol
有机化学
芳香烃
23
由于苯形成了一个环状键,使6个碳-碳键、
6个碳-氢键都相同,其碳-碳键较烷烃中 短,比烯烃中碳-碳双键长,导致其性质与 烷烃、烯烃都有较大区别,苯的这种难加成、 难氧化、易取代的性质,就被称为芳香性。
芳香烃 33
有机化学
5.4 单环芳烃的化学性质
5.4.1 芳烃苯环上的反应
(一)亲电取 代 反 应 1. 卤代:
+ X2
FeX3 或 Fe
X
+
HX
F2 > Br2 > C l2 > I2 例: C H3 + Br2
FeB r3, CH3COOH
C H3 Br +
C H3 +
C H3
25℃
32.9 %
有机化学
芳香烃
30
苯中毒事件
2002年1月,浙江省温岭市制鞋企业发生苯中毒事件, 中毒28人,4人死亡。 2002年 3月,北京市某包装制品发 生苯中毒事件,13人中毒,两人死亡。2005年5月,山东 聊城时风集团公司共31人中毒,其中2人死亡。现存活 的29人(男28人,女1人;年龄18岁至39岁;工龄最 短的2个月,最长的4年)中,慢性重度苯中毒13人, 慢性中度苯中毒11人,慢性轻度苯中毒5人。…….
OH
Cl SO3H
NO2
间氯苯酚
对甲苯磺酸
邻氨基苯甲醛
间硝基甲苯
有机化学
芳香烃
12
三 1)三基团相同 1,2,3-(连) 取 代 2)三基团不同 苯 ① 先定主官能团并编号为1; ② 取代基位号尽可能小;

第章芳烃芳香性

第章芳烃芳香性
11
一、苯的结构
1、苯的凯库勒结构式
1886年Kekulè首先使用了苯的环状构造式。
H HCH
CC CC HCH
H
成功之处:说明了苯的六个碳原子是相同的, 六个 氢原子也是相同的, 苯的一元取代物只有一种。
12
但上述理论解释不了下列现象:
①苯的邻位二元取代物只有一种。
Br
Br 左边二元取代物的溴连接在
不易发生破坏稳定环 的加成反应
作为电子来源 可发生亲电取代
+ E+ 亲亲核电试试剂剂
sp2 E+
sp3E +H
Π-络合物 σ-络合物 中间体正离子
E + H+ 一元取代苯
第一步:生成σ-络合物,它有π54 (缺电子共轭体系) (由于亲电试剂E+ 从苯环上夺取一对π电子与苯环的一个碳原子结合形成σ键).
反应具有可逆性,在合成反应中可用磺酸基占位。
28
CH3 ?
CH3 Cl
浓 H2SO4
100ºC
CH3
Cl2 , Fe
CH3 Cl 稀H2SO4
Δ
ห้องสมุดไป่ตู้SO3H
SO3H
-SO3H是大基团, 与-CH3有空间位阻, 因此产物以对位
为主。同样, -NHCOCH3和 -C(CH3)也是大基团。
磺酸是强有机酸, 引入磺酸基可增加水溶性:
官能团母体资格优先次序:
O
OO
C OH
SO3H
C O CR
羧基 (羧酸) 磺酸基(磺酸) (酸酐)
O C OR
酯基 (酯)
O CX
(酰卤)
O
O
O
C NH2

第五章_芳烃_芳香性

第五章_芳烃_芳香性

23
O
CH2(CH2)3OH BF3 H
AlCl3 δ+ δ-
-H2O
CH2(CH2)3Cl BF3 H CH2CH2COCl
H
BF3
O
-HCl
2ClSO3H CCl4
SO3H + H2SO4 + HCl
24
AlCl3 -CuCl2 35~50℃, H2 Ni, △ 9O2 V2 O 5 Cl2 AlCl3 700~800℃
NH2
氨基活化苯环 K2Cr2O7 H2SO4
COOH COOH
49
萘环上二取代 α位: 原基团为第一类 进入同环上的α位
β位: 进入同环上的1位 α位: 进入异环上的α位,有2个 原基团为第二类 β位:进入异环上的α位,有2个
50
特殊
CH3
H2SO4
CH3
H H
C O C O
O
HO3S
CH3
HOOCH2CH2CC O
+
-CN, -SO3H , -NH3
29
-CO NH 2,
+
5.5.2 理论解释:甲苯取代定位机理 稳定 CH3 CH3 CH3 CH 3° 3 E E E E H H H H
CH3
CH 3
CH 3
CH3 3°
稳定
H
E
CH3 E H
H
CH3 E
E
H E CH 3
E H
H
CH 3 2° E H
E
不稳定
57
1984年,克罗托赴美国参加学术会议, 在莱斯大学参观,经化学系主任介绍, 认识了研究原子簇化学斯莫利教授, (R.E.Smally) 观看斯莫利教授和他研究生设计的激光超 团簇发生器,在氦气中用激光合碳化硅变成蒸 汽的实验,克罗托对这台仪器非常感兴趣,这 正是他所渴求的, 1985年8月-9月,三位科学家合作研究,用高 功率激光轰击石墨,使石墨中的碳原子汽化,

5第五章 芳烃 芳香性

5第五章 芳烃 芳香性
O CH3CH2CH2C Cl AlCl3
O CCH2CH2CH3 Zn—Hg HCl,
CH2CH2CH2CH3 73%
5、氯甲基化反应 、
在无水ZnCl2存在下,芳烃与甲醛及 存在下,芳烃与甲醛及HCl作用,芳 作用, 在无水 作用 环上氢原子被氯甲基( 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。 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
FeCl3 25 0 C
Cl
卤素活性: 卤素活性:F2 > Cl2 > Br2 > I2 芳烃活性:烷基苯>苯 卤代苯 芳烃活性:烷基苯 苯>卤代苯
Cl 90%
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl2 FeCl3
39%
Cl 55%
6%
CH3
Cl2, FeCl3 , CH3COOH 25 0C
CH3 Cl
CH3
CH3
浓HNO3 浓 H2SO4 50-60 C
NO 2
0
NO2 75-85%
NO2
NO2
NO 2 NO 2
浓 HNO3, 浓 H2SO4 100-110 C
93%
0
NO2
NO2
1%
6%
CH3
CH3
CH3
浓 HNO 3, 浓H 2SO 4 30 C
0
CH3
NO2
NO2
59%
NO2
37%
4%
硝化反应机理
O2N OH
简并轨道
6 p 6个p轨道
三、共振论对苯分子结构的解释
Kekulé 结构式 结构式:
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1
(d) Friedel–Crafts 烷基化反应 (e) Friedel–Crafts 酰基化反应 (f) 氯甲基化 5.4.2 芳烃侧链烃基上的反应 (1) 卤化反应 (2) 氧化反应 (3) 聚合反应 5.5 苯环上亲电取代反应的定位规则 5.5.1 两类定位基 5.5.2 芳环上亲电取代反应定位规则的
25
活性: 烷基苯﹥苯﹥苯磺酸;
位置:烷基苯o、p
苯磺酸m
烷基苯反应的位置与温度有关:邻位效应
反应特点:可逆的,可溶性增大 应用: * SO3H增加化合物的酸性和水溶性,鉴别,分离,提纯
* 合成及定位合成
CH3
CH3
CH3 Cl H2O
CH3 Cl
2020/8/9
SO3H
SO3H
26
(d) Friedel–Crafts 烷基化反应
键角: 120 ° 苯分子中的碳碳键长: 0.140 nm C-C 单键键长: 0.154 nm C C 双键键长: 0.134 nm Kekulé结构式:
两个或多个经典结构的共振杂化体:
其共振能为:149.4 kJ·mol
环状的共轭体系导致苯分子具有相当高的
稳定性。 2020/8/9
14
5.3 单环芳烃的物理性质:无色液体有毒
制备直链烷烃:
O
O
+ CH3CH2CH2CCl AlCl3
2020/8/9
CCH2CH2CH3 + HCl
1–苯基–1–丁酮 (86%31 )
Clemmensen 还原: 醛、酮在锌汞齐和浓盐酸作用下,经
回流,羰基被还原为亚甲基:
O
CCH2CH2CH3
HCl
Zn(Hg), △
CH2CH2CH2CH3
22
(b).硝化反应
条件:混酸
CH3
浓H2SO4
+ HNO3 30℃
应用:合成
CNHOO2
强心急救药 阿拉明的 重要原料
2020/8/9 NO2
CH3 NO2
+
CH3
活性>苯>
位置: o、p
NO2
苯硝基<苯 位置:m
23
(c) 磺化 (sulfonation)
苯与发烟H2SO4反应,生成苯磺酸:
70%
30%
CH3CH2CH2
CH3CHCH3
亲电试剂烷基碳正离子往往因为重排而发生异构化
例如:写出2-甲基-1-氯丙烷与苯在在三氯化铝作用下的主要产物
(4)酰基化反应催化剂用量大
∵试2020剂/8/9和产物络合Lewis酸如AlCl3
34
(f) 氯甲基化 无水ZnCl2 芳烃 甲醛 HCl
环上的氢被-CH2Cl取代
O
OO
O
CH2CH3 +
N Br PhCOOCPh
O
CCl4, 80°C
乙苯 N–溴代丁二酰亚胺
CHCH3 + N H
1–苯B基r –1–溴乙O烷
(N-bromosuccinimide)
CH3CHCH3
CH3 CH3
异丙(基)苯 邻二甲苯
CH2
二苯基甲烷
6



(4) 非苯芳烃具有芳香性但无苯环的烃类, 18[轮烯]
5.1 芳烃的构造异构和命名 5.1.1 构造异构
苯环有一侧链(取代)时,当C原子为3 个以上时,产生取代基构造异构:
CH2CH2CH3
CH3CHCH3
丙苯 2020/8/9
CH3 CH

2020/8/9
CH3
CH3
CHCH3 决定反应速率的一步
H
Hale Waihona Puke 27第三步 失去质子,生成烷基苯:
CH3
CHCH3 H + Cl
AlCl3

CHCH3 + HCl + AlCl3 CH3
• C生H成3X络和合R物CH:2X 不形成碳正离子,而是
RCH2 X AlX3
• 发生重排:
H
+
(CH3)2CHCH2Cl
1. d<1,溶于有机溶剂比水轻不溶于水, 2. 对位异构体的mp较高熔点与分子对称性成正比。 3. 取代基增多,稳定性增大沸点有规律变化。
4. NMR:4-7ppm,IR 3030cm-1 伸缩 1625-1575 cm-1 1525-1475(S)两个峰, 指纹区:环上邻接C—H的特征
5.4 单环芳烃的化学性质
异丙苯(枯烯) 7
2020/8/9
8
• 当苯环上连有两个以上取代基时,需标明 取代基位次或取代基间的相对位置
二取代苯的3个异构体:
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
1,2–二甲苯
邻二甲苯
o–二甲苯
(o-Xylene)
1,3–二甲苯
间二甲苯
m–二甲苯
1,4–二甲苯
对二甲苯
p–二甲苯
o– : ortho-; m– : meta-; p– : para-
第五章 芳烃 芳香性
5.1 芳烃的构造异构和命名
5.1.1 构造异构
5.1.2 命名
5.2 苯的结构
5.2.1 价键理论
5.2.2 分子轨道理论
5.2.3 共振论对苯分子结构的解释
5.3 单环芳烃的物理性质
5.4 单环芳烃的化学性质
5.4.1 芳烃苯环上的反应
(a) 卤化
(b) 硝化
(c) 磺化 2020/8/9
2020/8/9
Br + HBr + FeBr3
19
第一步: Br2的极化
2020/8/9 图 5.5 溴分子的极化
20
第二步:极化了的溴进攻苯环
图 5.6 2020/8/9 芳正离子的形成
21
第三步:失去质子恢复芳香体系
图 5.7 恢复芳香体系
应用:制备卤代芳烃(在苯环上引X)
2020/8/9
Br22020与/8/9 FeBr3 的络合
18
第二步: 极化了的溴进攻苯环
+ Br Br FeBr3 慢
Br H + Br FeBr3
生成苯碳正离子中间体。此步骤是决定
反应速率的一步。
烯丙基型正离子: p,π–共轭 π电子的离域产生共振杂化体:
Br
Br
Br
H
H
H
第三步:失去质子恢复芳香体系
Br H + Br FeBr3
理论解释
5.5.3 二取代苯亲电取代的定位规则 5.5.20420/8亲/9 电取代定位规则在有机合成上的应2 用
5.6 芳香族亲电取代反应中的动力学和
热力学控制
5.7 稠环芳烃
5.7.1 萘
(1) 萘的结构
(2) 萘的性质
(3) 萘环上二元亲电取代反应的定位规则
5.7.2 其它稠环芳烃
5.7.3 微波辐射有机合成
H + Br2
Fe

Br + HBr
(75%)
催化剂通常使用的Lewis 酸: FeCl3, FeBr3 和 AlCl3
2Fe + 3X2 2FeX3
反应活性:F2 > Cl2 > Br2 > I2 烷基苯﹥苯 >溴苯
苯的溴化反应机理:
第一步:Br2分子的极化
Br Br + FeBr3
Br Br FeBr3
BF3 60 °C
(56%)
C(CH3)3 C(CH3)3
+ (CH3)3CCl AlCl3
+
+
2020/8/9
C(CH3)3
主要产物 次要产物 29
(e) Friedel–Crafts酰基化反应 (acylation)
在苯在环A上lC引l3入等酰作基用:下,苯与酰卤反应,
O
O
H + CH3C Cl
生成烷在基Al苯Cl:3等催化下,苯与卤代烷反应,
+ CH3CHCH3 AlCl3
反应机理: Cl 第一步 碳正离子的生成:
CHCH3 CH3 + HCl
异丙苯
CH3
CH3
CH Cl + AlCl3
CH + Cl AlCl3
第二CH步3 碳正离子作为CH亲3 电试剂进攻苯环,
形成 新的C-C 键:
H +
H
O慢
+S
SO3
H 决定反应速率的一步
OO
第三步: 失去氢,恢复芳香体系
SO3 H
+
HSO4

SO3 + H2SO4
第四步: 质子转移,生成苯磺酸
SO3 + H2SO4 快
SO3H + HSO4
磺化反应是可逆的
强酸利于磺化反应进行,热的稀酸水
溶液利于脱磺基反应进行。
2020/8/9
+ H2SO4
SO3H + H2O
5.8 芳香性
5.8.1 Hüchel 规则
5.8.2 非苯芳烃 芳香性的判断
(1)轮烯 2020/8/9
3
(2) 芳香离子
(3) 并联环系 5.9 富勒烯 5.10 芳烃的工业来源 5.10.1 从煤焦油分离 5.10.2 从石油裂解产品中分离 5.10.3 芳构化 5.11 多官能团化合物的命名 思考题与作业
AlCl3 0 °C
C(CH3)3 + HCl
H
(66%)
CH3 C CH2 Cl AlCl3 CH3 C CH3 + Cl AlCl3
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