第6章芳香烃

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第6章 芳香烃

第6章 芳香烃

Cl2
FeCl3 or Fe
55~60 ℃
Cl
Br2 FeBr3 or Fe
Br

卤素的活性顺序是:F2>Cl2>Br2>I2。
(一)、亲电取代(electrophilic substitution)
2. 硝化反应(nitration)
混酸——浓H2SO4与浓HNO3混合
HNO3
H2SO4
55~60 ℃
+ CH3CH2Cl
无水 AlCl3 25 ℃
CH3COCl AlCl3
CH2CH3
+ HCl
O C CH3
傅-克反应局限性
①当环上有-NO2、-SO3H、-CN、羰基时,芳环活性 降低,傅-克反应不能发生。
②由卤代烷产生的正碳离子会发生重排,导致引入芳 环的烷基不是原卤代烷的烷基。如:
+ CH3CH2CH2Cl
四、苯及其同系物的化学性质
苯环是一个稳定的共轭体系,其化学性质与不饱和烃有显 著的不同,具有特殊的“芳香性”。
芳香性:难加成;难氧化;易取代。
四、苯及其同系物的化学性质
(一)、亲电取代(electrophilic substitution) 1. 卤代反应(halogenation)
卤 素:Cl2 、Br2 催化剂: FeX3
Cl NO2 H
反应在邻对位时有四个共振结构;而在间位时只有三个共 振结构。
五、苯环亲电取代的定位效应
4. 空间效应对产物含量的影响.
CH3
理论上: 邻位=2×对位
实际上: 邻位/ 对位< 2
4.1 原定位基大小影响
OH
Cl
40%
30%

有机化学第六章芳香烃

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
+

第六章芳香烃

第六章芳香烃

一 苯的芳香性(共七条)
1 苯具有一个平面结构,键长完全平均化 2 苯的分子式为C6H6,C/H=1:1 3 芳环上的氢有特征的NMR光谱
4 苯具有特殊的稳定性 5 难以发生加成反应
(1) 其它不饱和键优先发生加成
CH =CH -CH =CH 2 H2/催
CH =CH -CH 2CH 3
(2) 三个双键同时打开
ONa
OH
H2SO4
NaOH
NaOH
H+
300oC
*2 在某些反应中帮助定位
CH 3
H2SO4
CH 3
X2/Fe
SO 3H
CH 3 X
稀H2SO4 150oC
CH 3 X
SO 3H
邻氯甲苯(bp159oC) 对氯甲苯(bp162oC) 邻溴甲苯(bp181oC) 对溴甲苯(bp184oC)
*3制备工业产品(如:苦味酸,合成洗涤剂)
4%
38%
C l +H N O 3( 浓 ) + H 2S4 O ( 浓 )
60-70oC
Cl NO2
+
Cl
Cl
+
NO2
NO2
30%
~ 0%
70%
取代基分类的依据
分类
分类的依据
苯 、硝基苯、甲苯、氯苯的 硝化的对比实验表明:
硝基是一个致钝的间位定位 基。
甲基是一个致活的邻对位定 位基
氯是一个致钝的邻对位定位 基。
芳香化合物粗制品
(煤的0.3%)
(1845年-1940年期间)
2 石油 分馏
60-150oC C5-C7组份
500oC, 加压 重整
芳香化合物

第六章 芳香烃

第六章  芳香烃

氯磺酸
SO3H
200~230℃
SO3H SO3H
+ H2SO4.SO3
间苯二磺酸
CH3 + H2SO4 CH3 SO3H + SO3H CH3
邻甲苯磺酸
对甲苯磺酸
③反应历程:目前认为亲电试剂是三氧化硫
2 H2SO4 SO3 + H3O +
+
HSO4
-
O
+
H SO3SO3-
+S O
O-

+
H SO3-
碳原子和 6个氢原子在同一平面上(平 面结构),6个碳原子构成平面正六边形, 碳碳键键长均为 0.140nm,比碳碳单键 0.154nm短,比碳碳双键0.134nm长, 各键角都是 120°。
(1)价键理论
在苯分子中,每个碳原子都是sp2杂化,以 sp2杂化轨道与相邻碳原子的sp2杂化轨道相互交 盖,构成六个等同的碳碳σ键。同时,每个碳原 子以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 。
C12 H25
SO3Na
对十二烷基苯磺酸钠
(4) Fridel-Crafts反应 Ⅰ. 傅-克烷基化反应
①定义: 苯环上的氢被烷基取代的反应,这样的 反应叫傅-克烷基化反应。 ②反应式:
+ CH3CH2CI
AlCl3
CH2CH3 + HCl
③烷基化试剂和催化剂: 烷基化试剂:凡能产生R+的试剂都可以作 为烷基化试剂,例如:卤代烷、烯烃和醇。
①定义:苯环上的氢被卤素取代,这样 的反应叫卤化反应。 ②反应式:
+ Cl2
FeCl3
Cl + HCl

有机化学第六章(高职高专)

有机化学第六章(高职高专)

键体系。
α 8
β7
α 1

β6 5 α
3β 4α
萘的一元取代物只有两种,二元取代物两取代 基相同时有10种,不同时有14种。
2.萘及衍生物的命名
C2H5
CH3
C2H5
SO3H
1,6-二乙基萘 ; 4-甲基-1-萘磺酸
Br Br
1-溴萘 2-溴萘 α-溴萘 β-溴萘
3.萘的性质
(1) 取代反应 萘的取代反应较易发生在α位。
⑤烷基化试剂也可是烯烃或醇。例如:
+ CH2 CH2 AlCl3 + CH2CHCH3 H+
OH
C2H5 CH(CH3)2
(2) 酰基化反应
O + CH3C
Cl
AlCl3
O CH3 + CH3 C O AlCl3
CH3 C O
C CH3 + HCl O
CH3
C CH3 + CH3COOH
O 甲基对甲苯基酮
环的α位。如:
NO2
混酸
ห้องสมุดไป่ตู้NO2 NO2
NO2
+
NO2
二、其它稠环芳烃
8 91
7
2
9 10
8
1
6
37
2
5 10 4
65 43

3,4-苯并芘


所以,也可用下式表示苯的结构:
第四节 单环芳烃的物理性质
苯和同系物一般为无色液体,不溶于水,易溶 于有机溶剂,相对密度大多为0.86~0.93。
熔点除与相对分子质量有关外,还与结构的对 称性有关,通常结构对称性高的化合物,熔点较高。 芳香烃一般都有毒性,长期吸入它们的蒸气,会损 害造血器官及神经系统。

第6章 芳香烃

第6章 芳香烃
第六章
芳香烃
第六章 芳香烃
一、苯的结构 二、芳香烃的分类与命名 三、芳香烃的物理性质 四、芳香烃的化学性质 五、稠环芳烃
一、苯的结构
Kekul’e 式
H H H C C C C H C H C H
Kekul’e 不能说明的现象: (1)邻二取代苯只有一个。 Cl Cl
Cl Cl
(2)苯环具有特殊的稳定性。
O -CH,
酯 烃氧羰基
酰卤 卤甲酰基
酰胺 氨基甲酰基
官能团
3-羟基苯甲酸
C=O, -OH, -OH, -NH2
Cl
2 1
2-氨基苯甲醛
OH
-CN,
官能团
2
醛 官能基 睛 取代基 氰基 甲酰基
-OR, -R,
酮 氧代
醇 羟基
酚 羟基
胺 氨基
NO
OCH3
官能团
1
OCH3
-X( F, Cl, Br, I), -NO2,
1 3
5
4
CH3
SO3H
NH2
Br
3-硝基-2-氯苯磺酸
2-氨基-5-羟基 苯甲醛
1 1 2 3 2
3-氨基-5-溴苯酚
CH3
2-甲基-3-苯基戊烷
2-(4-甲苯基)己烷
3'
(4) 联苯及取代联苯
2
CH3
1 3
1
3
2 1 1'
2'
3'
2'' 3''
O2N
4' 5'
O2N 2 2' 1' 1 6' 6
Cl 2>Br2>I2

有机化学 第六章 芳香烃

有机化学 第六章 芳香烃
第六 章 芳烃 芳香性
(一) 芳烃的构造异构和命名 (二) 苯的结构 (三) 单环芳烃的来源 (四) 单环芳烃的物理性质 (五) 单环芳烃的化学性质 (六) 苯环上取代反应的定位规则 (七) 稠环芳烃 (八) 芳香性 (九) 富勒烯
第六章 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:
1,2,4,5-四甲苯
(2) 命名
命名时,一般以芳环为取代基,也可以芳环为母体。具
体情况,具体对待:
CH=CH2
CH=CH2
苯乙烯
对二乙烯基苯 CH=CH2
CH2Cl
CH2OH
苯氯甲烷 氯苄
苯甲醇 苄醇
• C6H5- 苯基(Ph-) ;
C6H5CH2- 苄基 ;
Ar- 芳基(芳环上去掉一个氢后,所剩下的原子团);
O

H
SO3-
快 HSO4-
+
σ-络合物
SO3- 快
H3O+
SO3H + H2O
(丁) 烷基化反应机理
苯环烷基化反应中,AlCl3的作用是与卤烷起反应, 加速R+的生成:
RCl + AlCl3
R+ + AlCl4-
亲电试剂
+ R+
R
+H
σ-络合物
AlCl4-
R + HCl + AlCl3
苯环烷基化反应时,产生异构化的原因:
Br
p-二溴苯
注意:第二个卤素原子进入第一个卤素原子的邻、对位。
(乙) 硝化
+ HNO3
浓H2SO。4
50-60 C

第六章芳香烃

第六章芳香烃

第六章 芳香烃● 教学基本要求1、掌握单环芳香烃的同分异构及命名;2、掌握单环芳香烃的化学性质和芳环亲电取代反应历程;3、掌握苯环取代定位规律并能初步应用在合成上;4、了解多环芳烃和Huckel 规则。

● 教学重点单环芳香烃的化学性质和芳环亲电取代反应历程;苯环取代定位规律并能初步在合成上的应用。

● 教学难点单环芳香烃的化学性质和芳环亲电取代反应历程;苯环取代定位规律并能初步在合成上的应用。

● 教学时数: ● 教学方法与手段 1、讲授与练习相结合;2、传统教学方法与与现代教学手段相结合;3、启发式教学。

● 教学内容第一节 单环芳烃在化学反应中不易发生加成、氧化反应,而易进行取代反应的特性,被称之为芳香性。

具有芳香性的烃,统称为芳香烃,简称芳烃。

芳烃有苯系芳烃和非苯系芳烃之分。

1.1苯的结构 1、苯的结构苯的分子式为C 6H 6,碳氢数目比为1:1,应具有高度不饱和性。

事实则不然,在一般条件下,苯不能被高锰酸钾等氧化剂氧化,也不能与卤素、卤化氢等进行加成反应,但它却容易发生取代发应,并且苯环具有较高的热稳定性,加热到900℃也不分解。

苯具有芳香性,必然是由于它存在一个特殊的结构所决定的。

1865年,凯库勒(Kekule’)提出了苯的环状对称结构式: 简写式HCCC CC C H HH此式称为苯的凯库勒式,碳环是由三个C=C 和三个C —C 交替排列而成。

它可以说明苯分子的组成及原子相互连接次序,并表明碳原子是四价的,六个氢原子的位置等同,因而可以解释苯的一元取代产物只有一种的实验事实。

但是凯库勒式不能解释苯环在一般条件下不能发生类似烯烃的加成、氧化反应;也不能解释苯的邻位二元取代产物只有一种的实验事实。

按凯库勒式推测苯的邻位二元取代产物,应有以下两种:显然,凯库勒式不能表明苯的真实结构。

近代物理方法测定证明,苯分子中的六个碳原子和六个氢原子都在同一平面上,碳碳键长均相等(0.1396nm ),六个碳原子组成一个正六边形,所有键角均为120°。

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CH3
CH2 CH3
CH CH2

甲苯
乙苯
苯乙烯
CH3 CH CH3
CH3 CH2 CH3
异丙苯
3-乙基甲苯
2020/8/12
7
2. 多环芳烃
分子中含有两个或两个以上独立苯环构造的芳烃,称为多环芳 烃。例如:


CH
三苯甲烷
联苯
CC
二苯乙烯
2020/8/12
8
3. 非苯芳烃
分子中不含有苯环,但含有结构及性质与苯环相似的芳环, 并具有芳香化合物的共同特性。例如:
H3C
CH3
CH2CH3
CH2CH2CH3
CH CH3
甲苯
乙苯
正丙苯
H3C CH CH2 CH3
异丙苯
H3C H3C C CH3
2020/8/12
仲丁苯
叔丁苯
13
当苯环上连有两个或两个以上取代基时,可用阿拉伯数字标
明其相对位次。若苯环上仅有两个取代基,也常用邻或 o-
(ortho)、间或 m-(meta)、对或 p-(para)等字头表示。
2020/8/12
习题答案
2
教学要求
1.熟悉苯的结构。 2.掌握芳香烃、多官团化合物的命名。 3.掌握芳香烃的化学性质及休克尔规则。 4.掌握苯环取代的定位规律及其应用。 5.了解芳香烃的分类方法及其主要同系物。 6. 稠环芳烃。
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3
第一节 苯的结构和芳香性
一、 芳烃的分类 二 、苯的结构 三、 芳香性概念的发展和芳香性的判据
CH3 H3C CH2 CH HC CH3 HC CH2
C CH H3C C CH CH3
2-甲基-3-苯基戊烷 苯乙烯 苯乙炔 (乙烯基苯)
但例外情况也是有的,例如:
2-苯基2-丁烯
HC CH2
对二乙烯基苯
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HC CH2
15
(3) 多取代基的命名
当苯环上接有三个以上的基团时,它们的位置一般都是用编
H
H
-
CH+
C+
C
环丙烯基正离子 1,3-环戊二烯基负离子 1,3,5-环庚三烯基正离子
HC+ CH+
2-
环丁烯二价正离子 1,3,5,7-环辛四烯二价负离子
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9
一、单环芳烃的构造异构
苯及其同系物的通式是CnH2n-6。由于苯分子中的六个 碳原子和六个氢原子是等同的,所以苯及一取代苯只有一 种,而无构造异构体(不包括取代基的异构)。例如:
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4
芳烃是芳香族碳氢化合物的总称,亦称芳香烃(arene or aromatic compounds))。“芳香”二字,它最早是指那些从各种 天然香树脂、香精油中提取得到且有香味的物质。随着有机化 合物的增多,在这类化合物中,有些不仅没有香味甚至还有不 愉炔的气味,因此,只凭气味作为分类依据并不合适。现在仍 称芳香烃是历史沿用下来的。后来发现,这类化合物都含有由 六个碳原子和六个氢原子(C6H6)组成的特殊碳环—苯环结构, 因此,把苯及其衍生物总称为芳香族化合物。
因此,可以这样认为,芳烃是一类符合休克尔规则的 碳环化合物,但通常所说的芳烃,一般仍指分子中含有 苯环结构的烃,而不含环结构的称为非苯芳烃。
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6
一、芳烃(aromatic hydrocarbon or arene)的分类
芳烃根据构造的不同可分为三类。 1. 单环芳烃 分子中只有一个苯环的芳烃,称为单环芳烃。例如:
CH3 H3C
CH3
H3C
CH3Biblioteka CH3CH2 CH311
第二节 苯衍生物的命名及物理性质
一、单环芳烃的构造异构 二、苯衍生物的命名 三、苯及其同系物的物理性质
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12
二、 命名
单环芳烃的命名有两种方法。
(1)以苯环为母体,烃基作为取代基,称为某烃基苯(“基” 字常省略)。例如:
CH3
CH3
CH3
CH2
苯基
邻甲苯基
间甲苯基 对甲苯基
H2C Cl
H2C OH
苄基
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CH3
CH CH2
Cl
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5
这类化合物虽然不饱和程度大,但与烯烃和炔烃不同, 它较易进行取代反应,而较难进行加成反应和氧化反应。
随着有机化学的进一步发展,发现一些不具有苯环结 构的环状烃也有这类化合物的特征,即其电子构型和性 质与芳烃相似,环上的π电子数符合休克尔(Huckel) 规则。
号来命名,选做母体的基团次序和在脂肪族化合物中时一样,一 般参照下表进行。即比较各官能团在表中的优先次序,以其中最 优者(在表中最靠前者)为母体命名。是:-COOH(酸) →C= O(醛,酮) →-OH(酚),烯基(-C=C)或炔基(-C C),NH2(胺),烷 氧基(-OR), →-R(烃) →-Cl,-NO2,亚硝基(-NO) 。例如:
CH3
CH3
CH3
CH3
邻二甲苯 (1,2-二甲苯)
H3C CH3
CH3
间二甲苯
H3C
对二甲苯
(1,3-二甲苯) (1,4二甲苯)
CH3 CH3
CH3
CH3
1,2,3-三甲苯
CH3
1,2,4-三甲苯
H3C
CH3
1,3,5-三甲苯
(连三甲苯)
(偏三甲苯)
(均三甲苯)
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14
(2)当苯环上连接较复杂的烃基,或连接不饱和烃基时, 则通常以苯环作为取代基命名。例如:
CH3
CH2CH3
CH2CH2CH3
H3C CH CH3
当苯环上的取代基(也叫侧链)含有三个或三个以 上碳原子时,由于碳链异构,也产生构造异构体。
例如:
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10
CH3 CH3 H3C CH3 CH3
H3C CH2 CH3
CH3
CH3 CH3
CH3
CH3 CH3
H2C CH3
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OH
O2N
Cl
CHO NH2
对硝基氯苯
COOH
间羟基苯甲酸
邻氨基苯甲醛
2020/8/12
H2C
2
3
CH3 1 CH3
4
6
5
2-乙基甲苯
H3C CH CH2CH3
3
4
2
5
1
6
CH3
3-仲丁基甲苯
16
芳烃从形式上去掉一个氢原子剩下的原子团,称为芳基(常用 Ar表示)。最常见的一价芳基是苯基C6H5-(常用 Ph(phenyl 的缩写)表示)和苄基或叫苯甲基C6H5CH2-(或PhCH2-)。
有机化学 Organic Chemistry
教材: 陆涛 主编 人民卫生出版社
第六章 芳香烃
制作:李清寒 副教授
20西20/8/12南民族大学化学与环境保护工程学院 1
第六章 芳香烃
➢ 第一节 苯的结构和芳香性 ➢ 第二节 苯衍生物的命名及物理性质 ➢ 第三节 芳烃的化学性质 ➢ 第四节 多环芳烃的化学性质 ➢ 第五节 非苯芳烃的性质
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