第7章 多环芳烃和非苯芳烃

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徐寿昌主编《有机化学》(第二版)-课后1-13章习题答案

徐寿昌主编《有机化学》(第二版)-课后1-13章习题答案
(6)聚丙烯腈
(7)环氧氯丙烷
11.某烯烃催化加氢得2-甲基丁烷,加氯化氢可得2-甲基-2-氯丁烷,如果经臭氧化并在锌纷存在下水解只得丙酮和乙醛,写出给烯烃的结构式以及各步反应式:
解:由题意得:
则物质A为:
12.某化合物分子式为C8H16,它可以使溴水褪色,也可以溶于浓硫酸,经臭氧化,锌纷存在下水解只得一种产物丁酮,写出该烯烃可能的结构式。
顺,顺-2-4-庚二烯
(Z,Z)-2-4-庚二烯
顺,反-2-4-庚二烯
(Z,E)-2-4-庚二烯
反,顺-2-4-庚二烯
(E,Z)-2-4-庚二烯
反,反-2-4-庚二烯
(E,E)-2-4-庚二烯
6.3-甲基-2-戊烯分别在下列条件下发生反应,写出各反应式的主要产物:
7.乙烯、丙烯、异丁烯在酸催化下与水加成生成的活性中间体和稳定性及分别为:
14.解:低温反应,为动力学控制反应,由中间体的稳定性决定反应主要产物,为1,2-加成为主。高温时反应为热力学控制反应,由产物的稳定性决定主要产物,1,4-加成产物比1,2-加成稳定。
15.解:10mg样品为0.125mmol,8.40mL氢气为0.375mmole。可见化合物分子中有三个双键或一个双键,一个叁键。但是根据臭氧化反应产物,确定化合物分子式为:CH2=CHCH=CHCH=CH2;分子式:C6H8;1,3,5-己三烯。
3-己烯
有顺反异构
2-甲基-1-戊烯
有顺反异构
2-甲基-2-戊烯Fra bibliotek有顺反异构4-甲基-2-戊烯
有顺反异构
4-甲基-1-戊烯
3-甲基-1-戊烯
有顺反异构
3-甲基-2-戊烯
有顺反异构
2,3-二甲基-1-丁烯

第七章芳香烃

第七章芳香烃
第七章 芳香烃
目的和要求:
了解和掌握:1.苯的结构,休克尔规律,芳香性 ;2.苯衍生物的异构命名和物性;3.苯的亲电取 代反应和机理;4.苯环上亲电取代反应的定位规 律和解释;5.烷基苯侧链的反应;6.手性芳烃和 多环芳烃。
教学重点:
一、苯的结构 1 凯库勒(Kekule)结构式,2 分子轨道理论,3 共振论,
二、化学性质
1 亲电取代反应 :(1) 反应历程,(2) 卤代反应,(3) 硝化反应,(4) 磺 化反应 (5) 傅瑞德尔—克拉夫茨(Friedel—Crafts)反应
2 加成反应,3 链氧化
氧化反应,4
环上侧链的反应:(1) 侧链卤化,(2) 侧
三、苯环亲电取代的定位规律 1 取代基的分类,2 定位效应的理论解释,3 取代定位规律的应用
根据文献中的计算,即使略去
键的超共扼作用不计,叔
丁基总的共扼效应指数(一0.1186)还是要比甲基总的共扼效应指 数(一0.0791)大得多。所以综合考虑烷基的诱导效应,超共扼效 应(包括 )和同共扼效应,叔丁基对苯环的致活作用
应该比甲基强。它们的核磁共振13c值也证实了这一点,
不论是邻对位还是间位,13c化学位移值叔丁苯都比甲苯小,这
Br
虽然凯库勒假设存在共振结构,但实验证明不存在。
3,氢化热实验
+
H2
-119.6KJ/mol
+
2 H2
-2*119.6KJ /mol
+
2 H2
-3*119.6KJ/mol
实验测的苯的氢化热为 -208.4KJ/mol,所以苯不 是简单的单双键相间的1,3,5-环已三烯。
4,分子轨道理论计算苯的共振能
表明叔丁基增加苯环碳原子的电子云密度比甲基增加苯环碳原 子的电子云密度大。

第七章 芳 烃

第七章  芳  烃

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苯中的P轨道
P轨道的重叠
2、 分子轨道理论解释 、 分子轨道理论认为, 分子中六个P轨道线 分子轨道理论认为 , 分子中六个 轨道线 形组合成六个π分子轨道 , 其中三个成键规定, 形组合成六个 分子轨道, 其中三个成键规定 , 分子轨道 三个反键轨道。 在基态时, 苯分子的六个π电 三个反键轨道 。 在基态时 , 苯分子的六个 电 子成对填入三个成键轨道, 子成对填入三个成键轨道,其能量比原子轨道 所以苯分子稳定, 低,所以苯分子稳定,体系能量 较低 。
CH3 CH CH3 NO2 Cl
异丙基苯
叔丁基苯
硝基苯
氯苯
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当苯环上连有 -COOH、 -SO3H、-NH2、-OH、-CHO、 、 、 、 、 较复杂时, -CH=CH2或R较复杂时,则把苯环作为取代基。例如: 较复杂时 则把苯环作为取代基。例如:
COOH SO3H CHO OH NH2
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反键轨道 E 原子轨道 成键 轨道 苯的分子轨道能级示意图
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三个节面 ψ6
ψ4
二个节面
ψ5
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 电子都是离域的 电子都是离域的, 苯分子的大 键是三个成键轨道叠加的结果,由于π电子都是离域的, 键是三个成键轨道叠加的结果 所以碳碳键长完全相同。 所以碳碳键长完全相同。
一、 苯的凯库勒式 1865年凯库勒从苯的分子式 6H6出发 根据苯 年凯库勒从苯的分子式C 出发,根据苯 年凯库勒从苯的分子式 的一元取代物只有一种( 的一元取代物只有一种(说明六个氢原子是等同 的事实),提出了苯的环状构造式 ),提出了苯的环状构造式。 的事实),提出了苯的环状构造式。

第7章 芳烃-1

第7章 芳烃-1

HF
HO
0°C 62%
BF3 60°C
56%
注意事项:
⑴ 当苯环上具有吸电子基(二类定位基)时不能进行付克反应。如: -+NR3 -NO2、 -CF3 -CCl3 -CN、 -SO3H、 -CHO、 -COR、 -COOH、-COOR …….
O -CCH3 +CH CH Cl 3 2
AlCl3
⑵ 乙烯基与芳基卤不能作为烃基化试剂。
-CH2CH2CH3
O O O AlCl3
COOH
COOH
=
O
PPA
Zn-Hg HCl
HO CH3
S(或Pd)
(1)CH3MgX (2)H2O CH3 1.-H2O
PPA:多聚磷酸 Pd~C:低温催化加氢,高温催化脱氢。
2.Pd/C, -H2
=
O
Zn-Hg HCl
氯甲基化
3
无水ZnCl2 + (HCHO)3 + 3 HCl △
连苯四甲酸
催化氧化:这是工业上合成顺丁烯二酸酐的方法
O
+ 9O2
V2O5 385°~400°C
O O
顺丁烯二酸酐 (马来酸酐)
43
2. 侧链卤代.
CH3 Cl2 -CH2Cl 自由基取代 CH3 亲电取代 Cl
CH3 Cl Fe
-CH2CH3
Br2光照 或NBS
-CHCH3 Br
Cl
Cl , PCl5 CH3 2 h ,△ υ
卤代烷的活性: RI > RBr > RCl
3°> 2°> 1° > CH3X
常用烷基化试剂:R—X RCH=CH2
AlCl3 FeCl3 ZnCl2 SnCl4 AlCl3 H2SO4 H3PO4 HF

第七章芳香烃资料.

第七章芳香烃资料.

§7.1 芳香族化合物的分类
芳烃
单环 芳烃
分子中含一个苯环
联苯 苯环各以环上 一个碳原子直 接相连。
CH3
联苯 mp.70.5
多环 芳烃
多苯代 脂肪烃
CH2
二苯甲烷 mp.27
芴 CmHp2.116
苯环共用相 稠环芳烃 邻两个以上
碳原子稠合 而成。
萘 mp.80.2
蒽 mp.218
单环芳烃
§7.2 苯的结构

E
节面
反键轨道
节面
成键轨道
苯的分子轨道模型
▪ 由于苯的大体系结构是封闭成环的,所以其电子 具有完全的离域性,分子内能进一步降低,因此具 有特殊的稳定性,即所谓的“芳香性”。
§7.3 单环芳烃的异构现象及命名
单环芳烃可看作是苯环上的氢原子被烃基取 代所得的衍生物,分为一烃基苯、二烃基苯、三烃 基苯等等。
一、一烃基苯
例:
只有一种,而无异 构体。命名时,以 苯环作母体,烃基 作取代基,称为某 烃(基)苯。
CH3
甲苯 methylbenzene
Bp. 111
CH2CH3
乙苯 ethylbenzene Bp. 136.2
二、二烃基苯
二烃基苯有三种异构体, 用数字或邻、间、对 (o-, m-, p-)表示取代基位置。 例如:
CH3 CH3
CH3
CH3
1,2-二甲苯 邻-二甲苯
o-二甲苯
CH3
1,3-二甲苯 间-二甲苯
m-二甲苯
CH3
1,4-二甲苯
对-二甲苯
p-二甲苯
o– orther
m– meta
p- para
三、三烃基苯 若三个相同烃基的三烃基苯也有三种异构体,例如:

《有机化学》第7章 芳香烃

《有机化学》第7章 芳香烃
若把反应步骤颠倒一下,先氧化,后硝化,那么所得的产物是单一的间硝基苯甲酸。
所以如果希望获得所需的产物,使用正确的反应步骤是重要的。
2023/6/13
18
第三节 稠环芳烃
一、 萘
萘,分子式C10H8,光亮的片状结构,熔点80.2 ℃,沸点218 ℃,有特殊气味,易 升华,不溶于水,易溶于乙醇、乙醚、苯等有机溶剂。其化学性质与苯相似。
2023/6/13
11
⑷ 傅-克(Friedel-Crafts)反应 ① 烷基化反应 凡在有机化合物分子中引入烷基的反应,称为烷基化反应。反
应中提供烷基的试剂叫烷基化剂,它可以是卤代烷、烯烃和醇。
当烷基化剂含有三个或三个以上直链碳原子时,产物发生碳链异构。
② 酰基化反应 凡在有机化合物分子中引入酰基(
①若原有两个取代基不是同一类的,则第三个取代基进入的位置一般受邻、对 位定位基的支配,因为邻、对位基反应的速率大于间位基。
②若原有两个取代基是同一类的,则第三个取代基进入的位置主要受强的定位基 的支配。
2023/6/13
17
⑵ 选择适当的合成路线
例如:由甲苯制备对硝基苯甲酸。
比较这两个结构,反应步骤必须是先硝化,后侧链氧化。
1.取代反应
在萘环上,p电子的离域并不像苯环那样完全平均化,而是在α-碳原子上的电子 云密度较高,β-碳原子上次之,中间共用的两个碳原子上更小,因此亲电取代反应 一般发生在α位。
⑴ 卤化反应
在Fe或FeCl3存在下,将Cl2 通入萘的苯溶液中,主要得到α-氯萘。α-氯萘为无 色液体,沸点259 ℃,可做高沸点溶剂和增塑剂。
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6
苯分子去掉一个氢原子后的基团(C6H5―)叫做苯基,也可以用Ph―代 表。芳烃分子的芳环上去掉一个氢原子后的基团叫做芳基,可用Ar―代表。甲 苯分子中苯环上去掉一个氢原子后所得的基团CH3C6H5―称甲苯基;如果甲苯 的甲基上去掉一个氢原子,C6H5CH2―称苯甲基,又称苄基。

有机化学第七章 芳烃


1
一、教学目的和要求 通过对本章的学习,掌握芳烃的定义、分类、苯的结构、 闭合共轭体系、芳香性及苯的同系物的命名,掌握苯环上 的亲电取代反应及定位规则,侧链卤代和氧化反应,掌握 萘的结构及命名,萘的亲电取代反应、氧化反应;熟悉休 克尔规则及非苯芳烃的芳香性判断;了解联苯、蒽、菲的 结构及命名以及苯及其同系物的主要物理性质(易燃性)。 二、教学重点内容 芳烃的结构、闭合共轭体系、命名、亲电取代反应及其定 位规律、侧链氧化、萘的结构、命名及亲电取代反应、非 苯芳烃芳香性的判断是本章的重点。
CH3 CH3 CH3
(1)单环芳烃
苯 甲苯 间二甲苯
(2)多环芳烃
连 苯 三
C H 苯 甲

(3)稠环芳烃
萘 蒽 菲
4
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 CH CH2 H3C CH CH3


(a)
(b) (c) (d) (e)
卤化
硝化 磺化 Friedel-Crafts反应 氯甲基化
17
(1)亲电取代反应
(a) 卤化
苯环上和卤代反应较困难,常用FeX3(Lewis酸)作催化剂。
+ Cl2
FeCl3,25oC 90%
Cl + HCl
控制苯过量,不要太激烈,避免二卤代。 因是亲电反应,所以苯的同系物(甲苯)比苯更易反应。 Cl 卤代活性: F2>Cl2>Br2>ICH CH3 CH3 CH3 2。 3
14
5.3

单环芳烃的物理性质

第七章芳香烃


7.1.2 按苯环数目和结合方式分类
按苯环数目分类:单环芳烃、 多环芳烃 、非苯芳烃
CH(CH3)2
CH3

间甲基异丙苯




苯并芘 (强效致癌物质)
3
联苯 三苯基甲烷
反-二苯乙烯
[18]-轮烯 富勒烯 (非苯芳烃)
4
7.2 苯的结构 7.2.1 苯的结构研究历史
1825年,Faraday从路灯照明燃气凝结液中 分离出来,测定实验式CH。 1833年,确定分子式C6H6,有下列反应。
OCH3 CH3
主要产物
COOH NO2
主要产物
CH3 CI
混合物
36
(3)苯环上原有两个取代基对引入第三个取代基的定 位作用不一致,两个取代基属不同类定位基时,这时 第三个取代基进入苯环的位置主要由第一类定位基定 位:
NHCOCH3 COOH O2N CH3
在考虑第三个取代基进入苯环的位置时,除考虑 原有两个取代基的定位作用外,还应该考虑空间位 阻,如 3-乙酰氨基苯甲酸的 2 位取代产物很少。
Ⅰa
CH3
+
H E
+
CH3
Ⅰc
Ⅰb
+
H E
CH3
CH3 或 H E
+
进攻对位:
CH3
+
CH3 H E
Ⅱc
+
H E

H E
Ⅱb
Ⅱa
CH3
CH3
+
CH3
+
进攻间位:
+ H或 E
CH3 H +E
Ⅲc
H
E

07第7章_芳烃


+
R
C X
注意:
每类反应的特点; 比较苯、甲苯和硝基苯的反应活性; 反应机理。
总目录
1. 硝化反应
注意1:反应 温度、试剂浓 度的差别!
注意2: 引入取代基的位置!
总目录
两个取代基定位作用一致
两个取代基定位作用不一 致,致活基团起主导作用
总目录
思考
(1)浓硫酸起什么作用? (2) 从反应条件(试剂浓度、反应温度),看几种 单环芳烃的硝化活性。

6个Csp2— Csp2键 6个C—H键
Csp2杂化(垂直的p 轨道未画出)
总目录
(2)6个p 轨道平行重叠形成大π键
碳原子的p轨道
苯分子的大π 键
总目录
苯环所有键示意图
总目录
2. 分子轨道理论解释
(1)苯的骨架结构(同上) (2)6个p 原子轨道线性组合成6个分子轨道:
反键轨道 原子轨道 成键轨道
第四节 苯环的亲电取代定 位效应 一、定位效应 二、定位效应的解释 三、定位效应的应用 第五节 多环芳烃 一、联苯 二、稠环芳烃 第六节 非苯系芳烃 一、芳香性的几个特征 二、休克尔规则 三、非苯芳烃 四、大环芳烃 第七节 富勒烯与C60
ห้องสมุดไป่ตู้
总目录
脂肪烃
aliphatics

芳香烃
aromatic hydrocarbons
+
总目录
(2)反应机理—— 亲电加成-消除反应历程
σ 络合物 (该中间体亲电取代都经历) 亲电加成 消除
说明σ 配合物的生成决速步骤
总目录
σ 配合物: 碳原子杂化态从sp2转化为sp3,大π
键被破坏,4个π电子离域于环上5 个碳原子上,使苯环呈正电荷。

第七章 芳烃

甲、卤化 乙、硝化 丁、Friedel-Crafts 反应 丙、磺化
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?
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