有机化学PPT课件第六章芳香烃.ppt
第六章第六章 芳芳 香香 烃烃学习目的与要求学习目的与要求1.熟练掌握芳烃的命名；2.理解苯的结构及大键的形成；3.熟练掌握苯及其同系物的化学性质；4.掌握苯环上的亲电取代反应的定位规 律及其应用；5.了解萘的结构及其化学性质。第一节第一节 芳烃的结构、分类与命名芳烃的结构、分类与命名第二节第二节 多官能团化合物的命名多官能团化合物的命名第三节第三节 单环芳烃的物理性质单环芳烃的物理性质第四节第四节 单环芳烃的化学性质单环芳烃的化学性质第五节第五节 苯环上亲电取代反应的定位规则苯环上亲电取代反应的定位规则第六节第六节 稠环芳烃稠环芳烃第七节第七节 芳烃的工业来源芳烃的工业来源 芳烃，也叫芳香烃，一般是指分子中含苯环结构的碳氢化合物。 芳香烃具有其特征性质芳香性（易取代，难加成，难氧化）。第六章第六章 芳芳 香香 烃烃 第一节第一节 芳烃的结构、分类和命名芳烃的结构、分类和命名一、苯的结构一、苯的结构 1865年凯库勒从苯的分子式C6H6出发,根据苯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。HHHHHHCCCCCC或简写为1. 苯的凯库勒结构式苯的凯库勒结构式 现代物理方法表明，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。 1. 苯结构的现代观点苯结构的现代观点 HHHHHH1201200.1397nm0.1397nm0.110nm正六边形结构所有的原子共平面C-C键长都是0.1397nm C-H键长都是0.110nm 所有键角都是120 杂化轨道理论解释杂化轨道理论解释 苯分子中的碳原子都是以sp2杂化轨道成键的，故键角均为120，所有原子均在同一平面上。苯中的苯中的p p轨道轨道p p轨道的重叠轨道的重叠苯的分子模型苯的分子模型1、单环芳烃、单环芳烃2、多环芳烃、多环芳烃3、稠环芳烃、稠环芳烃如：如：如：联苯苯萘二、芳烃的分类二、芳烃的分类 （1）当苯环上连的是简单烷基或环烷基（R-），-NO2，-NO， -X等基团时，则以苯环为母体，叫做” 某某苯”。 例如：例如： 1.一元取代苯的命名一元取代苯的命名CH2CH2CH3CH3NO2Cl正丙苯甲苯硝基苯氯苯三、芳烃的同分异构和命名三、芳烃的同分异构和命名（2）当苯环上连有-COOH，-SO3H，-NH2，-OH， -CHO，-CH=CH2或较复杂-R等基团时，基团为母体，则把苯环作为取代基，叫做“苯某某”。 例如：例如： CH3SO3HCOOHCH3CH2CHCH2CHCH3CH CH22-甲基-4-苯基己烷苯甲酸苯磺酸苯乙烯CH3SO3HCOOHCH3CH2CHCH2CHCH3CH CH22-甲基-4-苯基己烷苯甲酸苯磺酸苯乙烯CH3SO3HCOOHCH3CH2CHCH2CHCH3CH CH22-甲基-4-苯基己烷苯甲酸苯磺酸苯乙烯 取代基的位置用邻、间、对或取代基的位置用邻、间、对或1,2-； 1,3-； 1,4-表示。表示。 例如：2. 苯的二元取代物苯的二元取代物1,2-二甲苯 1,3-二甲苯 1,4-二甲苯 3-叔丁基甲苯（邻二甲苯） （间二甲苯） （对二甲苯） （间叔丁基甲苯）CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3C(CH3)33. 苯的三元取代物苯的三元取代物: “连”，“偏”，“均”。4. 芳基芳基邻甲苯基（2-甲基苯基) CH3CH3苯基，用Ph表示。（C6H5CH2-）苄基（苯甲基）1按照“官能团的优先次序”表，选择优先官能团为母体，将与母体官能团相连的苯环上的碳原子编号为1；2根据“最低系列”原则，给苯环上的其他碳原子编号；3最后按“较优基团后列出”将取代基的名称和位次写在母体名称之前即得全名。第二节第二节 多官能团化合物的命名多官能团化合物的命名 “母体官能团优先次序母体官能团优先次序”表（递增）：表（递增）： -NO 、-NO2 、 -X、 -R、 -OR、CC、 -CC- 、-NH2、 -SH、 -OH、-OH（醇）、 -COR、-CHO、 -CN、-CONH2（酰胺）、 -COX（酰卤）、-COOR（酯）、-SO3H、 -COOHCHOOCH3OH213456COCH3CH3OH213456OH213456SH 3-3-甲氧基甲氧基- 4- 4-羟基苯甲醛羟基苯甲醛 3-3-甲基甲基-4-4-羟基苯乙酮羟基苯乙酮 3-3-巯基苯酚巯基苯酚 例：例：第三节第三节 单环芳烃的物理性质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0.860.93。 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。第四节第四节 单环芳烃的化学性质单环芳烃的化学性质一、取代反应一、取代反应 1. 卤化反应卤化反应+ Cl2Cl+ HClFeCl3或 Fe+ Br2Br+ HBrFeBr3或 FeClCl+ Cl2FeCl3或 FeCl+ ClCl+ HCl烷基苯的卤代烷基苯的卤代 反应条件不同，产物也不同。因两者反应历程不同，光照卤代为自由基历程，而前者为离子型取代反应。ClClClClCH3Cl2光CH2ClCl2光CHCl2Cl2光CCl3+CH3+ HClClCH3苯氯甲烷苯氯甲烷 苯二氯甲烷苯二氯甲烷 苯三氯甲烷苯三氯甲烷在此反应中，浓硫酸除了起催化作用外，还是脱水剂。+ HONO2浓H2SO45060NO2+ H2O2硝化反应硝化反应NO2+ 发烟HNO3浓H2SO4100NO2NO2+ H2O烷基苯比苯易硝化:+ H2OCH3+ HONO230CH3NO2+ CH3NO2烷基苯比苯易磺化烷基苯比苯易磺化3. 磺化反应磺化反应（可逆反应，分离芳烃）（可逆反应，分离芳烃）+ HOSO3HSO3H+ H2O80SO3H+ H2OSO3H+ H2SO4(发烟)SO3H200250CH3SO3HCH3+ CH3SO3HCH3SO3H常温100120+ H2SO44付付克反应克反应 （1） 烷基化反应烷基化反应 苯与烷基化剂在路易斯酸的催化下生成烷基苯的反应称 为付-克烷基化反应。+ C2H5BrC2H5+ HBrAlCl3 此反应中应注意注意以下几点： 常用的催化剂是无水AlCl3，此外 FeCl3、BF3、无水HF、SnCl4、ZnCl2、H3PO4、H2SO4等都有催化作用。 当引入的烷基为三个碳以上时，引入的烷基会发生碳链异构现象。例如：+ HClCH3CH2CH2ClAlCl3CHCH3CH3 原因：反应中的活性中间体碳正离子发生重排碳正离子发生重排，产生更稳定的碳正离子后，再进攻苯环形成产物。CH3CH2CH2Cl AlCl3CH3CH2CH2CH3CHCH3重排烷基化试剂：卤代烃，烯烃，醇。烷基化试剂：卤代烃，烯烃，醇。 烷基化反应不易停留在一元阶段，通常在反应中有多烷基苯生成。 苯环上有NO2、-SO3H、-COOH、-COR、-NH2等取代基时，付克反应不再发生。因这些取代基有碱性或是强吸电子基，与催化剂中和或降低了苯环上的电子云密度，使亲电取代不易发生。 例如：硝基苯就不能起付克反应，且可用硝基苯作溶剂来进行烷基化反应。 酰基化反应的特点：产物纯、产量高。 （2） 酰基化反应酰基化反应+ HCl+ CH3COClAlCl3CCH3OCH3+ CH3CCH3COOOAlCl3CCH3OCH3+CH3COOH 甲基对甲苯基酮 1 1苯环氧化苯环氧化 二、氧化反应二、氧化反应CCOOO+ 9O22V2O5450CCHH2+ 4H2O + 4CO2 苯环一般不易氧化，在特定激烈的条件下，苯环可被氧化破环。 例如：例如：2 2侧链氧化侧链氧化CH3KMnO4H+COOHH+CH2CH3CH(CH3)2K2Cr2O7COOHCOOH间苯二甲酸无论侧链长短，氧化产物均为苯甲酸无论侧链长短，氧化产物均为苯甲酸+ 3H2Ni，180250P 三、加成反应三、加成反应+ 3Cl2 50光ClClClClClClHHHHHH六六六1. 加氢加氢2. 加氯加氯第五节第五节 苯环上亲电取代反应的定位规律苯环上亲电取代反应的定位规律 一取代苯有两个邻位，两个间位和一个对位，在发生一元亲电取代反应时，苯环上原有取代基决定了新取代基进入苯环的位置，也影响着取代反应的难易程度。这两个作用称为取代基的定位效应定位效应。原有取代基称为定位基定位基。1邻、对位定位基邻、对位定位基 使新引入的取代基主要进入原基团邻位和对位邻位和对位（邻对位产物之和大于60%）。且多数使苯环活化，使取代反应比苯易进行。 一、一元取代苯的定位规律一、一元取代苯的定位规律A的定位能力次序大致为（从强到弱）-O ， ， -NHR， ， -OH， -OR， -NHCOR，-NR2-NH2-OCOR， -R， -CH3A, XHB的定位能力次序大致为（从强到弱）-NR3，B-NO2， -CF3， -CCl3，-CN，-SO3-CHO，-COR，-COOH，-CONH2。 2间位定位基间位定位基 使新引入的取代基主要进入原基团间位（间位产物大于50%），且钝化苯环，使取代反应比苯难进行。二、二元取代苯的定位规律二、二元取代苯的定位规律1.1. 两定位基定位效应一致两定位基定位效应一致2.2. 两定位基定位效应不一致两定位基定位效应不一致（1）两定位基属于同一类，由定位效应强的定位基决定。（2）两定位基属于不同类，由邻、对位定位基决定。 1. 1. 指导选择合成路线指导选择合成路线例例1 1：CH3NO2COOHCH3NO2COOHKMnO4H+,COOH混酸必须先氧化后硝化必须先氧化后硝化 三、定位规律的应用三、定位规律的应用NO2C2H5SO3HNO2C2H5AlCl3C2H5ClC2H5H2SO4C2H5混酸NO2C2H5SO3H水解例例2 2： 第六节第六节 稠环芳烃稠环芳烃 一、萘一、萘1. 萘的结构萘的结构 平面结构，所有的碳原子都是sp2杂化的，是大键体系。12345678 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 2萘的化学性质萘的化学性质 (1) (1) 取代反应取代反应 萘的取代反应较易发生在位位。卤化卤化 + HClClFeCl3Cl2+ 硝化硝化 160 80+浓H2SO4SO3HSO3H 磺化磺化 NO23060混酸（2）氧化反应氧化反应 萘比苯易氧化萘比苯易氧化OO1015 CrO3,CH3COOHOOO400500V2O5邻苯二甲酸酐邻苯二甲酸酐 （3）加成反应加成反应 萘比苯易加成，在不同的条件下，可发生部分或全部加氢。H2,NiH2,Ni加热，加压加热，加压四氢化萘 十氢化萘 (1) 环上有邻对位定位基环上有邻对位定位基 由于邻对位定位基的致活作用，取代发生在同环同环,并且第二个基团进入这个定位基的邻对位中的邻对位中的位位。 例如例如:混酸NO2CH3CH3混酸NO2CH3CH33 3萘的取代定位规则萘的取代定位规则 (2) 环上有间位定位基环上有间位定位基 由于间位定位基的致钝作用，取代主要发生在异环异环的的位。位。 如：如：NO2混酸NO2NO2+ NO2NO2二、其它稠环芳烃二、其它稠环芳烃1234567891012345678910蒽蒽 菲菲芘芘 3,4-苯并芘苯并芘第七节第七节 芳烃的工业来源芳烃的工业来源芳烃的工业来源主要为：煤焦油、石油煤焦油、石油一、煤的干馏一、煤的干馏 煤隔绝空气加热到10001300，得到焦炉煤气、煤焦油、焦炭。二、石油的芳构化二、石油的芳构化 石油中的烷烃和环烷烃催化去氢变成芳烃。
