大学有机化学芳香烃
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。
大学有机化学课件第四章 芳香烃
定条件下还是能加成的。
加氢：
加氯： 3．氧化反应 苯环侧链的氧化： 烃基苯侧链可被高锰酸钾或重铬酸钾的酸性或碱性溶液或稀硝酸所氧化，并在与苯环直接相连 的碳氢键开始，如果与苯环直接相连的碳上没有氢时，不被氧化。氧化时，不论烷基的长短，最后 都变为羧基，苯环不容易氧化。
苯环的氧化：
第四节 苯环的亲电取代定位规律 一、定位规律 1. 定位基在苯环上引入新的取代基时,其进入苯环的位置,主要决定于原有取代基的性质。这个原有 的取代基称为定位基。 2． 定位基类型 第一类：邻、对位定位基，使反应容易进行，并使新导入基主要进入苯环的邻、对位。 如：－NH2、－ph、－ N(CH3)2 、－NHCOCH3 、－OH、－ OCH3 第二类：间位定位基,使反应难于进行,并使新导入基进入苯环的间位。 ＋ 如：－COOH 、－NO2 、－ N(CH3)3 、－CF3 第三类：使反应较难进行，又使新基导入邻位或对位。 如：－F、－ Cl、－ Br 、－CH2Cl 二、定位规律的解释 1. －COOH 、－NO2 、－ N(CH3)3 、－CF3等。 这类定位基与苯环直接连接的原子都具有一定的正电荷，吸引苯环上的电子，使苯环上的电子 云降低，使亲电取代反应较难进行。以硝基为例，硝基的π轨道和苯环构成π－π共轭体系，由于 氧、氮的电负性强于碳，使共轭体系的电子云移向硝基。诱导效应和共轭效应协同作用的结果，降 低了苯环的电子云密度，其中以邻、对位为甚，而间位相对来说降低的少一些。
+ 3H 2
二、近代物理方法测定苯的结构
+Q
应该 Q＝120×3＝360KJ/mol，而实际上苯的氢化热=208 KJ / mol，比理论值低 152 KJ / mol 。
1．近代物理方法测定苯的结构： （1）6 个碳组成一个平面正六边形，6 个氢与 6 个 碳都在同一个平面上。 （共平面性） （2）所有键角都是 120° （3）碳碳键键长为 0. 139nm. 2．轨道杂化理论： 苯环所有碳原子都是采用 SP2 杂化，每个碳原子以三个杂化轨道分别与相邻的碳原子和氢原子形成 三个σ键。每个碳原子的未参与杂化的 P 轨道都垂直于碳环的平面。相邻的两个 P 轨道彼此从侧面 重叠，形成一个封闭的共轭体系，这个封闭的共轭体称为大π键，由于π电子高度离域，从而使键 达到完全平均化。
有机化学第六章芳香烃
Y
可见，凯库勒式并不能确切地反映苯的真实情况
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0.1397nm。图 示如下：
杂化轨道理论解释
苯分子中的碳原子都是以sp2杂化轨道互相沿对称轴方向重叠形成6个C-Cσ键组成一个 正六边形，每个C各以一个sp2杂化轨道分别与H的1s轨道沿对称的方向重叠，形成六 个C-Hσ键，由于是sp2杂化，所以键角都是120。所有原子均在同一平面上。 每个C还有一个未参与杂化的垂直于与碳环平面σ键的P轨道，彼此侧面重叠，形成一 个封闭的共轭体系，每个P轨道上有一个P电子，组成了π66大π键。由于共轭效应使π 电子高度离域，电子云完全平均化，故无单双键之分。 因此，苯的电子云是一个整体，分布在环的上、下方，并且是完全平均的，所以苯分 子中每个C-C键都有π键的性质，并且是完全相同的，故邻位二元取代物也应当只有一 种。 应当注意且要牢记，苯环中并没有一般的C-C单键和C=C双键。
（ 2 ）体系能量降低，氢化热（208.5 kJ·mol-1）比环己烯氢 化热的三倍低得多（ 3×119.3－208.5 = 149.4 kj·mol-1 ），这 149.4 kj·mol-1即为苯的共轭能。
苯现在的表达方式
价键式
分子轨道离域式
共振式
自旋偶合价键理论 （1986年Copper等提出）
+ Cl2 + Br2
Fe 或 FeCl3 55~60℃
Fe 或 FeBr3 55~60℃
+ 2Cl2 Fe 或 FeCl3
反应历程：
Cl
+ HCl
Br
+ HBr
Cl
+
有机化学-芳香烃
CH3
HNO3
HOAc
CH3
CH3 CH3
NO2 +
+
NO2
NO2
63% 34% 3%
Cl
Cl
Cl
Cl
HNO3
H2SO4
NO2 +
+ NO2
30%
NO2
69% 1%
(2) 第二类定位基─间位定位基
使新进入苯环的取代基主要进入它的 间位，并使苯环致钝。
例如： −CF3, −N(CH3)3+, −NO2, −CN, −SO3H, −CHO, −COCH3, −COOH, −COOCH3, −CONH2, −NH3+。
NO2
NO2
CH3 C CH3 CH3 无 α-H
KMnO4 H+
COOH
氧化剂： KMnO4 铬酸等
4.2.4 苯环上亲电取代反应的定位规则
Y
一取代苯：
芳环上的取代基既影响亲电 取代反应的速率又决定着亲电试 剂进入芳环的位置。
1. 两类定位基
芳环上的取代基分为两类：
(1)第一类定位基 ─ 邻、对位定位基 使得新进入苯环的取代基主要进入它的
均化，闭合共轭
苯
苯的分子结构 体系(环状大π键)
6 个C–C σ键: sp2–sp2相互交盖，6 个C –H σ键: sp2–1s 相互交盖。 6 个2p 轨道的对称轴垂直于环所在平面， 彼此相互平行，两侧进行侧面交盖，形成闭合的π轨道。 6个π电子离域在六个C原子上。由此形成一个闭合的
共轭体系。
2. 苯的构性相关分析
CH3
CH3
CH3
CH3
1,2-二甲苯 邻二甲苯 o-二甲苯
有机化学基础知识点整理芳香烃的特性与应用
有机化学基础知识点整理芳香烃的特性与应用有机化学基础知识点整理芳香烃的特性与应用有机化学是研究有机化合物的性质、结构、合成和反应的学科。
芳香烃是有机化合物中一类特殊的化合物，具有独特的特性和广泛的应用。
本文将对芳香烃的特性与应用进行整理。
一、芳香烃的特性芳香烃是由苯环组成的化合物。
苯环由六个碳原子构成，每个碳原子与一个氢原子结合。
芳香烃的特性如下：1. 稳定性：芳香烃的化学性质相对稳定，不容易与其他物质反应。
这使得芳香烃在许多领域有广泛的应用，如医药、材料科学等。
2. 共轭体系：芳香烃的苯环中存在共轭体系，使得芳香烃具有特殊的光学性质。
例如，芳香烃可以吸收紫外光，并发生共振增强的荧光或磷光现象。
3. 电子云分布：芳香烃中的π电子云分布均匀，电子云的分布导致了芳香烃的共振稳定性，使其具有较低的反应活性。
二、芳香烃的应用芳香烃由于其特殊的性质，具有广泛的应用领域。
以下是芳香烃在一些领域的应用实例：1. 医药领域：芳香烃是许多药物的重要组成部分。
例如，水杨酸是一种常用的非处方药，其结构中含有苯环。
许多抗生素和抗癌药物也包含芳香烃结构。
2. 化妆品领域：许多香水和香料中都含有芳香烃。
香水的芳香烃成分可以通过挥发扩散出来，给人以愉悦的感觉。
3. 染料领域：芳香烃可以用于染料的合成。
例如，苯胺和二硝基苯可以反应生成偶氮染料，用于纺织品的染色。
4. 材料科学领域：芳香烃可以作为合成高分子材料的原料。
例如，聚苯乙烯是一种常见的塑料材料，其结构中含有苯环。
5. 燃料领域：芳香烃可以作为燃料的成分。
在石油加工过程中，芳香烃会被分离出来，用于生产机车燃料和航空燃料。
6. 环境领域：由于芳香烃的稳定性和难降解性，芳香烃的污染成为环境问题之一。
研究如何高效地去除芳香烃的方法对环境保护具有重要意义。
通过对芳香烃的特性与应用进行整理，我们可以看到芳香烃在医药、化妆品、染料、材料科学、燃料和环境领域等各个方面都有着广泛的应用。
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。
大学有机化学芳香烃教案
课时：2课时教学目标：1. 了解芳香烃的定义、结构特点和分类。
2. 掌握芳香烃的命名规则和同分异构体。
3. 理解芳香烃的物理性质、化学性质及反应类型。
4. 培养学生分析问题和解决问题的能力。
教学重点：1. 芳香烃的结构特点和分类。
2. 芳香烃的命名规则和同分异构体。
3. 芳香烃的化学性质和反应类型。
教学难点：1. 芳香烃的结构特点和分类。
2. 芳香烃的化学性质和反应类型。
教学过程：一、导入1. 引入芳香烃的概念，让学生了解芳香烃在生活中的应用。
2. 提问：什么是芳香烃？芳香烃有哪些特点？二、讲解1. 芳香烃的定义：芳香烃是指具有芳香性的烃类化合物，其特点是分子中含有共轭π电子体系。
2. 芳香烃的结构特点：芳香烃分子中碳原子形成共轭π电子体系，使分子具有稳定的芳香性。
3. 芳香烃的分类：根据分子结构，芳香烃可分为单环芳烃、多环芳烃和稠环芳烃。
4. 芳香烃的命名规则：以苯为母体，其他取代基作为取代基进行命名。
5. 芳香烃的同分异构体：包括二元取代物、三元取代物等。
6. 芳香烃的物理性质：具有较低的熔沸点、较高的密度和不易溶于水的特点。
7. 芳香烃的化学性质：易发生亲电取代反应、加成反应、氧化反应等。
三、案例分析1. 以苯、甲苯、萘等为例，分析其结构、性质和反应类型。
2. 引导学生分析苯环上取代基的位置对分子性质的影响。
四、课堂练习1. 命名下列化合物：1-甲基苯、1,2,3-三甲基苯、1,2,3,4-四甲基苯。
2. 分析下列化合物的结构、性质和反应类型：苯、甲苯、萘。
五、总结1. 回顾本节课所学内容，强调芳香烃的结构特点、分类、命名规则、物理性质和化学性质。
2. 鼓励学生在课后进一步学习芳香烃的相关知识。
六、作业1. 阅读教材相关章节，巩固所学知识。
2. 完成课后习题，检验学习效果。
教学反思：本节课通过讲解、案例分析、课堂练习等方式，使学生掌握了芳香烃的结构特点、分类、命名规则、物理性质和化学性质。
有机化学4第四章芳香烃
（1）、闭合离域体系
（2）、具有平面结构或接近平 面
（3）、参与共轭的π电子数符合 4n+2
轮烯
[8]轮 烯
HH
[10]轮 烯
HHHH
[14]轮 烯
[18]轮 烯
盆形
不共平面
π电子数8 不符合4n+2
π电子数10 符合4n+2
无芳香性 无芳香性
不共平面
π电子数12 不符合4n+2
无芳香性
共平面
π电子数18 符合4n+2
COCH3
HO
COOH
COOH NH2
HO
CH3CH2CCH2CHCHO O Cl
3-丁烯-2-醇 4-氧代-2-氯乙醛
4-羟基环己烷甲酸
4-羟基-3-甲氧基苯甲醛 2-氨基-5-羟基苯甲酸
3-硝基-4-羟基苯乙酮
官能团的优先顺序 见教材P93
1
α
891
7
2β
6
3
5
10
5
4
α
SO3H
2β
萘 1,5-二甲基萘 2-萘磺酸 或 β-萘磺酸
―O-， ―NH2，―NR2， ―OH（强烈活化） > ―OR，―OCOCH3， ―NHCOCH3（中等活化） > ―R， ―C6H5 >（弱活化） ― F， ―Cl， ―Br， ―I（弱钝化）
2、第二类定位基（间位定位基）
-N+R3， -NO2，-CN， -SO3H， -CF3，-CHO，COCH3，-COOH，-COOCH3， -CONH2（强烈钝化）
Cl
H
Cl
Cl
E
O
δδ
N
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CH3 CH3
邻二甲苯 1,2-二甲苯 o-二甲苯 o-xylene
CH3
CH3
间二甲苯 1,3-二甲苯 m-二甲苯 m-xylene
CH3
CH3
对二甲苯 1,4-二甲苯 p-二甲苯 p-xylene
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(二、名)
具有三个相同烃基的取代苯也有三种异构体。如:
CH3 CH3
CH3 NO2
邻硝基甲苯
CH3
Cl
间氯甲苯
NH2
OH
COOH
SO3H Br
NH2 Br
OH CH3
苯胺 苯酚 苯甲酸 苯磺酸 2,6-二溴苯胺 邻甲基苯酚
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(二、命名)
芳烃分子去掉一个氢原子剩下来的原子 团叫芳基，可用 Ar－ 代表。
或 C6H5
苯基(phenyl)，Ph-或φ-
多环芳烃
联苯
非苯系芳烃
环戊二烯负离子 薁 环庚三烯正离子
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(一、苯的结构)
第一节 苯及其同系物
一、苯的结构 (一) 苯的 Kekulé结构式
1865年凯库勒(Kekule)从苯的分子式C6H6出发， 提出了苯的结构式，即苯的凯库勒式：
H HCC C H
或 HCCCH
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(三、性质)
化学性质 —— 芳香性
难氧化，难加成，易发生亲电取 代反应，芳环稳定。
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(三、性质)
(一) 苯的亲电取代反应(electrophilic substitution)
苯环π电子的高度离域形成一个富电子体系, 对亲 电子试剂能起提供电子的作用,易发生亲电取代反应。
第四章 芳香烃
第1节 苯及其同系物
一 苯的结构 二 命名 三 性质 四 定位效应
第2节 稠环芳香烃
一萘 二 蒽和菲 三 致癌芳香烃
第3节 Hückel 规则
第四章 芳香烃
具有“芳香性”的碳氢化合物称芳香烃。
芳香性：环稳定，难加成、难氧化，易发生亲电取代
CH3 CH CH2
单环芳烃
苯系芳烃
苯 甲苯 苯乙烯
(二) 苯分子结构的现代解释
环状大π键
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(一、苯的结构)
结构及性质特征： 所有原子共平面； 形成环状大π键 碳碳键长全相等; 环稳定、难加成、 难氧化、易取代
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(一、苯的结构)
虽然苯的结构在今天已得到完全阐明,但 苯的结构式仍然采用当初Kekulé提出的式子。 或用圆圈代表环闭大π键的苯结构式。
EH
催化剂 快
E + H+
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(三、性质)
1.卤代反应
苯在三卤化铁或铁粉等催化剂作用下, 与氯 和溴作用, 分别生成氯苯和溴苯以及卤化氢。
+ Cl2
FeCl3或Fe 55~60℃
Cl + HCl
氯苯(chlorobenzene)
+ Br2 FeBr3或Fe
Br + HBr
CH2 或 C6H5CH2
苯甲基或苄基 (benzyl)，用Bz-表示
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(三、性质)
三、苯及其同系物的性质
苯及其同系物均不溶于水，易溶于乙醚、 四氯化碳或石油醚等有机溶剂。
相对密度几乎都小于1。 苯及其同系物一般都有毒性，长期吸入它们
的蒸气，会损害造血器官及神经系统，因 此在操作时需注意采取防护措施。
溴苯(bromobenzene)
活性次序：氟 > 氯 > 溴 > 碘
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(三、性质)
反应机制 (1) 产生亲电试剂Br+：
Br2 + FeBr3
Br+ + FeBr4
H
O
X
CR
卤代反应
NO2
SO3H
R 酰基化 反应*
硝化反应 磺化反应 烷基化反应
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(三、性质)
1. 亲电试剂(E+)带正电性的部分进攻苯环, 生成 σ络合物。中心碳由sp2转为sp3, 芳香结构被破坏。
EH
+ E+
催化剂 慢
s络合物
2. H+离去, 形成取代产物，这时中心碳 由 sp3 又转为 sp2, 恢复芳香结构。
CH3
H3C CH3 CH
异丙苯 甲苯(toluene) (isopropylbenzene)
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(二、命名)
苯环上连接复杂烷基或不饱和烃基时, 则可把 侧链当作母体, 苯环当作取代基, 称作“苯某”。
C HC H2C H2C HC H3
C H3
CH3
2-甲基-5-苯基己烷
CH2CH3
1
3
CH3CH2CH2
5
CH(CH3)2
1-乙基-3-丙基-5-异丙基苯
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(二、命名)
另外，IUPAC还规定，保留俗名的芳烃如 甲苯、二甲苯、苯乙烯等作为母体来命名。
CH3
C(CH3)3
对叔丁基甲苯 4-t-butyltoluene
NO2
硝基苯
Br
溴苯
CH CH2 苯乙烯 (phenylethene)
CH3
H3C CHCH2
CH3 (E)-5-甲基-2-苯基-2-己烯
CC
(E)-5-methyl-2-phenyl-2-hexene
H
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(二、命名)
二烃基苯有三种异构体，用邻或1,2-；间 或1,3-；对或 1,4- 表示；
苯的结构也可以用两个Kekulé结构 式的共振式或共振杂化体表示。
两个共振式
共振杂化体
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(二、命名)
二、苯及其同系物的命名
苯环上的氢原子被烃基取代后，所得产物为苯的 同系物。可分为一烃基苯、二烃基苯和多烃基苯等。
命名时，一般以苯作母体，将其它烃基作为取 代基，称“某苯”。
CH3 CH3
CH3
CH3
连三甲苯
偏三甲苯
1,2,3-三甲苯 1,2,4-三甲苯
(1,2,3-trimethylbenzene)
CH3
H3C
CH3
均三甲苯 1,3,5-三甲苯
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(二、命名)
4
C H3C H2C H2
C H2C H3 2 1 CH(CH3)2
2-乙基-4-丙基-1-异丙基苯
H
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(一、苯的结构)
有人提出质疑: 按照这个结构, 苯的二溴代物应有两种.
Br
结构式
溴代
Br
Br
和
Br
但实际上只得到一种!
预期的 1,3,5-环己三烯键长数据
134pm
147pm
实际键长完全相等 (139pm)
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(一、苯的结构)