《基礎化學》本科課件15.第十五章

1、第十五章苯和芳香烴目錄第一節(jié)：單環(huán)芳烴的結構、異構和命名第二節(jié)：單環(huán)芳烴的性質第三節(jié)：苯環(huán)上取代反應的定位規(guī)律及應用學習要求1.了解芳烴的分類，掌握芳烴及其衍生物的命名方法。2.熟悉單環(huán)芳烴的性質，掌握其在工業(yè)生產中的應用。3.掌握單環(huán)芳烴取代反應的定位規(guī)律及其應用。4.了解重要的稠環(huán)芳烴及其在生產實際中的應用。第1節(jié)單環(huán)芳烴的結構、異構和命名第一節(jié) 單環(huán)芳烴的結構、異構和命名單環(huán)芳烴的構造異構單環(huán)芳烴的結構一二單環(huán)芳烴的命名三 苯(Benzene, C6H6)在常溫下為一種無色、有甜味的透明液體，并具有強烈的芳香氣味。苯可燃，有毒，也是一種致癌物質。苯是一種碳氫化合物也是最簡單的芳烴。它難溶

2、于水，易溶于有機溶劑，本身也可作為有機溶劑。苯是一種石油化工基本原料。苯的產量和生產的技術水平是一個國家石油化工發(fā)展水平的標志之一。第一節(jié) 單環(huán)芳烴的結構、異構和命名單環(huán)芳烴的構造異構單環(huán)芳烴的結構一二單環(huán)芳烴的命名三一、單環(huán)芳烴的結構 苯是單環(huán)芳烴中最簡單又最重要的化合物，也是所有芳香族化合物的母體。了解苯的分子結構，對于理解和掌握芳烴及其衍生物的特殊性質具有重要意義。1.高度不飽和性 苯的分子式為C6H6，其碳氫原子比例為11，與乙炔相同，因此具有高度的不飽和性。第一節(jié) 單環(huán)芳烴的結構、異構和命名單環(huán)芳烴的構造異構單環(huán)芳烴的結構一二單環(huán)芳烴的命名三2.具有芳香性 實驗證明，在一般情況下，苯

3、既不與溴發(fā)生加成反應，也不被高錳酸鉀溶液氧化，卻能夠在一定條件下發(fā)生環(huán)上氫原子被取代的反應，而苯環(huán)不被破壞。苯的這種不易加成、不易氧化、容易取代和碳環(huán)異常穩(wěn)定的特性被稱為“芳香性”。第一節(jié) 單環(huán)芳烴的結構、異構和命名單環(huán)芳烴的構造異構單環(huán)芳烴的結構一二單環(huán)芳烴的命名三3.閉合共軛體系 苯的芳香性是由于苯環(huán)的特殊結構所決定的，苯分子中的六個碳原子都是sp2雜化的。各以兩個sp2雜化軌道彼此沿鍵軸方向重疊形成六個等同的CC鍵(環(huán)狀)，又各以一個sp2雜化軌道分別與六個氫原子的s軌道沿鍵軸方向重疊形成六個等同的CH鍵。第一節(jié) 單環(huán)芳烴的結構、異構和命名單環(huán)芳烴的構造異構單環(huán)芳烴的結構一二單環(huán)芳烴的命

4、名三 這六個CC鍵和六個CH鍵同在一個平面上，彼此間的夾角都是120，每個碳原子上還剩下一個沒有參與雜化的p軌道，它們垂直于鍵所在的平面，彼此平行從側面重疊形成一個環(huán)狀的閉合大鍵。第一節(jié) 單環(huán)芳烴的結構、異構和命名單環(huán)芳烴的構造異構單環(huán)芳烴的結構一二單環(huán)芳烴的命名三第一節(jié) 單環(huán)芳烴的結構、異構和命名單環(huán)芳烴的構造異構單環(huán)芳烴的結構一二單環(huán)芳烴的命名三二、單環(huán)芳烴的構造異構 單環(huán)芳烴的構造有兩種情況：一種是側鏈構造異構，另一種是側鏈在苯環(huán)上的異構。1.側鏈構造異構 苯環(huán)上的氫原子被烴基取代后生成的化合物叫做烴基苯，連在苯環(huán)上的烴基又叫側鏈。側鏈為甲基和乙基時，不能產生構造異構，當側鏈中含有三個或

5、三個以上碳原子時，則可能因碳鏈排列方式不同而產生異構體。第一節(jié) 單環(huán)芳烴的結構、異構和命名單環(huán)芳烴的構造異構單環(huán)芳烴的結構一二單環(huán)芳烴的命名三2.側鏈在環(huán)上的位置異構 當苯環(huán)上連有兩個或兩個以上側鏈時，可因側鏈在環(huán)上的相對位置不同而產生異構體。第一節(jié) 單環(huán)芳烴的結構、異構和命名單環(huán)芳烴的構造異構單環(huán)芳烴的結構一二單環(huán)芳烴的命名三三、單環(huán)芳烴的命名1.簡單烴基苯命名是以苯環(huán)作為母體，烴基作為取代基，稱為某烴基苯(“基”字可略去)。第一節(jié) 單環(huán)芳烴的結構、異構和命名單環(huán)芳烴的構造異構單環(huán)芳烴的結構一二單環(huán)芳烴的命名三2.苯環(huán)上連有兩個或兩個以上側鏈，命名時，可用阿拉伯數字標明側鏈的位次，也可用“鄰

6、”、“間”、“對”或“連”、“偏”、“均”等表示側鏈的相對位置。第一節(jié) 單環(huán)芳烴的結構、異構和命名單環(huán)芳烴的構造異構單環(huán)芳烴的結構一二單環(huán)芳烴的命名三3.當苯環(huán)上的側鏈為不飽和烴基或構造較為復雜的烷基時，也可將苯環(huán)作取代基，以側鏈為母體來命名。第一節(jié) 單環(huán)芳烴的結構、異構和命名單環(huán)芳烴的構造異構單環(huán)芳烴的結構一二單環(huán)芳烴的命名三4.如果側鏈為兩個及兩個以上不飽和烴基，則仍然以苯環(huán)作為母體來命名。苯環(huán)上去掉一個氫原子剩下的基團叫做苯基，常用ph-表示。甲苯分子中去掉甲基上的一個氫原子剩下的基團叫做苯甲基，也叫芐基。第2節(jié)單環(huán)芳烴的性質第二節(jié) 單環(huán)芳烴的性質單環(huán)芳烴的化學性質單環(huán)芳烴的物理性質一二

7、一、單環(huán)芳烴的物理性質 常溫下，苯及其同系物都是無色透明、具有芳香氣味的液體。單環(huán)芳烴具有強折光性、易揮發(fā)。 單環(huán)芳烴的沸點隨分子中碳原子數目的增加而升高。側鏈的位置對其沒有大的影響，例如二甲苯的三個異構體的沸點很接近，難于分離。第二節(jié) 單環(huán)芳烴的性質單環(huán)芳烴的化學性質單環(huán)芳烴的物理性質一二 單環(huán)芳烴的熔點變化與分子的對稱性有關，對稱性大的分子熔點高于對稱性小的分子。例如苯是高度對稱性的分子，它的熔點比甲苯、乙苯高得多；對二甲苯分子的對稱性比鄰二甲苯、間二甲苯的都好，因此其熔點也是三個異構體中最高的。 單環(huán)芳烴不溶于水，能與乙醇、乙醚、丙酮、四氯化碳、二硫化碳、冰乙酸和油類等物質任意比例的混溶

8、，因此常用這些溶劑來萃取芳烴。第二節(jié) 單環(huán)芳烴的性質單環(huán)芳烴的化學性質單環(huán)芳烴的物理性質一二二、單環(huán)芳烴的化學性質 單環(huán)芳烴的化學反應主要發(fā)生在苯環(huán)上。在一定條件下，苯環(huán)上的氫原子容易被其他原子或基團取代，生成許多重要的芳烴衍生物。在強烈條件下，苯環(huán)也可以發(fā)生加成和氧化反應，但這往往會使苯環(huán)結構遭到破壞。當苯環(huán)上連有側鏈時，直接與苯環(huán)相連的-C-H鍵表現出較大的活潑性，可以在一定條件下發(fā)生取代、氧化等反應。第二節(jié) 單環(huán)芳烴的性質1.取代反應 苯環(huán)上的氫原子在一定條件下可以被鹵素、硝基、磺酸基、烴基等取代，生成相應的衍生物。由于取代基的不同以及氫原子位置的不同、數量不同，可以生成不同數量和結構的

9、同分異構體。苯環(huán)的電子云密度較大，所以發(fā)生在苯環(huán)上的取代反應大都是親電取代反應。單環(huán)芳烴的化學性質單環(huán)芳烴的物理性質一二第二節(jié) 單環(huán)芳烴的性質(1)鹵代反應 芳烴與鹵素在不同條件下可發(fā)生不同的取代反應。在鐵粉或鹵化鐵催化作用下，苯可與氯或溴發(fā)生苯環(huán)上的鹵代反應，取代苯環(huán)上的氫原子，生成氯苯或溴苯，同時放出鹵化氫。單環(huán)芳烴的化學性質單環(huán)芳烴的物理性質一二第二節(jié) 單環(huán)芳烴的性質(2)硝化反應 濃硝酸和濃硫酸的混合物叫做混酸。苯與混酸作用時，硝基(-NO2)取代苯環(huán)上的氫原子，生成硝基苯。這一反應叫做芳烴的硝化反應。 此反應中濃硫酸的主要作用是催化劑，同時也是脫水劑。硝基苯一般不容易繼續(xù)硝化。但如果

10、提高反應溫度并用發(fā)煙硝酸和發(fā)煙硫酸作硝化劑，則可生成間二硝基苯。單環(huán)芳烴的化學性質單環(huán)芳烴的物理性質一二第二節(jié) 單環(huán)芳烴的性質(3)磺化反應 苯與濃硫酸或發(fā)煙硫酸作用，磺酸基(SO3H)取代苯環(huán)上的氫原子，生成苯磺酸，這類反應叫做芳烴的磺化反應。 磺化反應與鹵化、硝化反應不同，它是一個可逆反應，其逆反應是苯磺酸的水解。如果控制反應條件，可以使反應向需要的方向進行。單環(huán)芳烴的化學性質單環(huán)芳烴的物理性質一二第二節(jié) 單環(huán)芳烴的性質(4)傅克烷基化和?；磻?在催化劑作用下，芳烴可與烷基化試劑和?；噭┓磻江h(huán)上的氫原子被烷基或?；〈江h(huán)上的氫原子被烷基取代的反應叫做烷基化反應，被酰基取代的

11、反應叫做酰基化反應。 如在催化劑作用下，苯與溴乙烷或乙烯作用，生成乙苯。單環(huán)芳烴的化學性質單環(huán)芳烴的物理性質一二第二節(jié) 單環(huán)芳烴的性質2.加成反應 由于苯的特殊穩(wěn)定性，所以一般情況下難以發(fā)生像烯烴、炔烴那樣的加成反應。但如果在催化劑作用或紫外光照射下，苯也可與氫或氯發(fā)生加成，生成環(huán)己烷或六氯環(huán)己烷。單環(huán)芳烴的化學性質單環(huán)芳烴的物理性質一二第二節(jié) 單環(huán)芳烴的性質3.氧化反應(1)側鏈氧化 苯環(huán)比較穩(wěn)定，一般氧化劑不能使其氧化，但如果苯環(huán)上連有側鏈時，由于受苯環(huán)的影響，其-氫原子比較活潑，容易被氧化，而且無論側鏈長短、結構如何，最后的氧化產物都是苯甲酸。單環(huán)芳烴的化學性質單環(huán)芳烴的物理性質一二第二

12、節(jié) 單環(huán)芳烴的性質(2)苯環(huán)氧化 一般情況下，苯環(huán)不易發(fā)生氧化反應。但工業(yè)上采用較強烈的氧化條件，例如用五氧化二釩作催化劑,在450 ，用空氣氧化苯，則苯環(huán)發(fā)生破裂，生成順丁烯二酸酐。單環(huán)芳烴的化學性質單環(huán)芳烴的物理性質一二第3節(jié)苯環(huán)上取代反應的定位規(guī)律及應用第三節(jié) 苯環(huán)上取代反應的定位規(guī)律及應用 一、一元取代苯的定位規(guī)律1.定位基 當甲苯發(fā)生取代反應時，反應比苯容易進行，而且新基團主要進入甲基的鄰位和對位，生成鄰、對位產物，當硝基苯發(fā)生取代反應時，反應比苯難于進行，而且新基團主要進入硝基的間位，生成間位產物一元取代苯發(fā)生取代反應時，反應是否容易進行、新基團進入環(huán)上哪個位置，主要取決于苯環(huán)上原

13、有取代基的性質，苯環(huán)上原有的取代基叫做定位基。二元取代苯的定位規(guī)律一元取代苯的定位規(guī)律一二定位規(guī)律的應用三第三節(jié) 苯環(huán)上取代反應的定位規(guī)律及應用 2.定位效應 定位基有兩個作用：其一是影響取代反應進行的難易，其二又是決定新基團進入苯環(huán)的位置，定位基的這兩個作用叫做定位效應。3.定位基的分類 根據定位基的不同，可將常用定位基分為兩類：(1)第一類定位基(又叫鄰、對位定位基)(2)第二類定位基(又叫間位定位基)二元取代苯的定位規(guī)律一元取代苯的定位規(guī)律一二定位規(guī)律的應用三第三節(jié) 苯環(huán)上取代反應的定位規(guī)律及應用 二、二元取代苯的定位規(guī)律 二元取代苯發(fā)生取代反應時，反應進行的難易和新基團進入環(huán)上的位置，

14、由苯環(huán)上已有的兩個定位基的性質來決定。1.兩個定位基的定位效應一致，新基團進入兩個定位基一致指向的位置。例如下列化合物發(fā)生取代反應時，新基團進入箭頭箭頭所指向的位置。二元取代苯的定位規(guī)律一元取代苯的定位規(guī)律一二定位規(guī)律的應用三第三節(jié) 苯環(huán)上取代反應的定位規(guī)律及應用 2.兩個定位基的定位效應不一致 苯環(huán)上已有的兩個定位基定位作用不一致的情況通常有兩種：(1)兩個定位基屬于同一類 兩個同類定位基的定位作用發(fā)生矛盾時，一般由定位能力強的(也就是排在前面的)定位基決定新基進入環(huán)上的位置。二元取代苯的定位規(guī)律一元取代苯的定位規(guī)律一二定位規(guī)律的應用三第三節(jié) 苯環(huán)上取代反應的定位規(guī)律及應用 (2)兩個定位基不是同一類 當兩類不同的定位基定位作用發(fā)生矛盾時，一般由鄰、對位定位基決定新基團進入環(huán)上的位