化学选修五第二节芳香烃.ppt
选修5有机化学基础第二章 烃和卤代烃问题问题:将下列物质分类将下列物质分类,并说明分类标准并说明分类标准?烷烃：烷烃：烯烃：烯烃：炔烃：炔烃：芳香烃：芳香烃：十九世纪初，由于冶金工业的发展，十九世纪初，由于冶金工业的发展，需要大量焦碳，生产焦碳的主要方法是需要大量焦碳，生产焦碳的主要方法是煤的干馏煤的干馏即对煤隔绝空气加强热。即对煤隔绝空气加强热。煤的干馏除得到焦碳外还能获得有煤的干馏除得到焦碳外还能获得有用的煤气，但同时却生成一种黑糊糊，用的煤气，但同时却生成一种黑糊糊，粘乎乎有特殊臭味的油状液体！人们粘乎乎有特殊臭味的油状液体！人们把它称作把它称作煤焦油煤焦油。【芳香烃的来源芳香烃的来源】历史回顾历史回顾当时，当时，煤焦油煤焦油被当作废物扔掉，污染环境，造成公被当作废物扔掉，污染环境，造成公害。随着炼焦工业的发展，煤焦油的堆积也愈来愈严害。随着炼焦工业的发展，煤焦油的堆积也愈来愈严重，煤焦油的利用就成为当时生产中迫切需要解决的重，煤焦油的利用就成为当时生产中迫切需要解决的一个重要的环境和社会问题。一个重要的环境和社会问题。后来，以后来，以法拉第法拉第为代表的科学家对煤焦油产生了兴为代表的科学家对煤焦油产生了兴趣，并从趣，并从煤焦油中分离出了以芳香烃为主煤焦油中分离出了以芳香烃为主的多种重要的多种重要芳香族化合物芳香族化合物，又以这些芳香族化合物为原料合成了，又以这些芳香族化合物为原料合成了多种染料、药品、香料、炸药等有机产品。到十九世多种染料、药品、香料、炸药等有机产品。到十九世纪中叶，形成了以煤焦油为原料的有机合成工业。纪中叶，形成了以煤焦油为原料的有机合成工业。芳香烃及其化合物的来源芳香烃及其化合物的来源自从自从1845年人们从煤焦油内发现苯及其它芳香烃，年人们从煤焦油内发现苯及其它芳香烃，很长时间里煤是一切芳香烃的主要来源。但是，从很长时间里煤是一切芳香烃的主要来源。但是，从1吨吨煤中仅可以提取煤中仅可以提取1Kg苯和苯和2.5Kg其它芳香烃。由于芳香其它芳香烃。由于芳香烃的需要在不断增长，仅从煤中提炼芳香烃远不能满烃的需要在不断增长，仅从煤中提炼芳香烃远不能满足化学工业的发展，通过石油化学工业中的催化重整足化学工业的发展，通过石油化学工业中的催化重整等工艺可以获得芳香烃。等工艺可以获得芳香烃。历史回顾历史回顾大约到了大约到了1930年，由煤生产苯已经发展成为世年，由煤生产苯已经发展成为世界性的大吨位工业。界性的大吨位工业。1940年以来，通过年以来，通过石油催化重石油催化重整整生成苯、甲苯、二甲苯等；烃生成苯、甲苯、二甲苯等；烃裂解裂解制乙烯时，裂制乙烯时，裂解汽油副产物中含芳烃达解汽油副产物中含芳烃达4048%，因此石油也，因此石油也成为成为芳香烃芳香烃的重要来源的重要来源。芳香烃及其化合芳香烃及其化合物的来源物的来源煤的煤的干馏，石油的催化干馏，石油的催化重整重整历史回顾历史回顾【复习】什么叫芳香烃？最简单的芳香烃是哪种物质？什么是苯及其同系物？分子中含有一个或多个苯环的一类烃属于芳香烃。最简单的芳香烃是：苯最简单的芳香烃是：苯 苯苯甲苯甲苯萘萘蒽蒽C C7 7H H8 8C C1010H H8 8C C1414H H1010一、苯一、苯(benzene)(benzene)的结构与化学性质的结构与化学性质v【复习复习】请同学们回忆苯的请同学们回忆苯的结构、物理性质和主要的化结构、物理性质和主要的化学性质学性质.v1 1、苯的结构、苯的结构 苯分子比例模型苯分子比例模型苯分子的大苯分子的大键模型键模型苯分子中的苯分子中的键模型键模型v【苯的分子结构苯的分子结构】v(1)分子式：分子式：C6H6 最简式最简式(实验式实验式)：CHv（2）苯分子为平面正六边形结构，键角为）苯分子为平面正六边形结构，键角为120。苯为。苯为平面形分子平面形分子。v（3）苯分子中碳碳键键长完全相等，是）苯分子中碳碳键键长完全相等，是介于介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊的化学键碳碳单键和碳碳双键之间的特殊的化学键。v(4)结构式结构式 v(5)结构简式（凯库勒式）或结构简式（凯库勒式）或【认识到认识到】苯属于苯属于不饱和烃不饱和烃，苯的结构比较，苯的结构比较稳定稳定，化学性质，化学性质与烯烃和炔烃明显不同与烯烃和炔烃明显不同。苯在一定条件下，可以发苯在一定条件下，可以发生生取代和加成反应取代和加成反应。v2 2、苯的物理性质、苯的物理性质 v(1)无色、有特殊气味的液体无色、有特殊气味的液体。v(2)密度比水小密度比水小（0.88g/ml），不溶于不溶于水，易溶于有机溶剂水，易溶于有机溶剂。（常用做有机溶剂）（常用做有机溶剂）v(3)熔点为熔点为5.5，沸点为，沸点为80.1。熔沸点熔沸点低，易挥发，用冷水冷却，苯凝结成无色低，易挥发，用冷水冷却，苯凝结成无色晶体晶体v(4)苯有苯有毒毒。【复习复习】回忆苯的物理性质？回忆苯的物理性质？3 3、苯的化学性质、苯的化学性质 在通常情况下比较稳定，在一定条件下能发在通常情况下比较稳定，在一定条件下能发生氧化、加成、取代等反应。生氧化、加成、取代等反应。【实验表明实验表明】苯苯不能不能使高锰酸钾酸性溶液和溴使高锰酸钾酸性溶液和溴的四氯化碳溶液褪色的四氯化碳溶液褪色。（结构特殊性及稳定性）。（结构特殊性及稳定性）1.苯的化学性质与烷烃、烯烃、炔烃有何异同点苯的化学性质与烷烃、烯烃、炔烃有何异同点?为为什么什么?苯燃烧时产生的黑烟为什么比乙烯多？原因？苯燃烧时产生的黑烟为什么比乙烯多？原因？2.分别写出苯与氧气反应，与氢气加成，与溴和浓硝分别写出苯与氧气反应，与氢气加成，与溴和浓硝酸发生取代的化学方程式。（酸发生取代的化学方程式。（P37）苯与溴不反应，但溴水层却变苯与溴不反应，但溴水层却变为无色？此液体位于上层吗？为无色？此液体位于上层吗？2）苯的取代反应（卤代、硝化、磺化）苯的取代反应（卤代、硝化、磺化）1）苯的氧化反应：在空气中燃烧）苯的氧化反应：在空气中燃烧2C6H6+15O2 12CO2+6H2O点燃点燃火焰明火焰明亮伴有亮伴有浓烟浓烟+Br2Br+HBrFeBr3说出反应说出反应条件？条件？*溴苯是密度比水大的无色液体溴苯是密度比水大的无色液体*硝基苯为无色、具有苦杏仁味的油状液硝基苯为无色、具有苦杏仁味的油状液体，其密度大于水体，其密度大于水+HNO3（浓）（浓）NO2+H2O浓浓H2SO45060*浓硫酸作用：催化剂、吸水剂浓硫酸作用：催化剂、吸水剂*加热方式：水浴加热加热方式：水浴加热v苯的磺化反应（取代）苯的磺化反应（取代）vSO3H叫磺酸基。叫磺酸基。v苯分子里的氢原子被硫酸分子里的磺酸基所苯分子里的氢原子被硫酸分子里的磺酸基所取代的反应叫取代的反应叫磺化反应磺化反应。苯磺酸苯磺酸浓硫酸浓硫酸3）苯的加成反应）苯的加成反应（与（与H2、Cl2)（环己烷）（环己烷）+3 H2Ni+3Cl2紫外线紫外线ClClClClClClHHHHHH加加热加加压【总结总结】苯分子中碳碳原子结苯分子中碳碳原子结合是介于合是介于碳碳单键和碳碳双键碳碳单键和碳碳双键之间的特殊的键之间的特殊的键，所以其化学，所以其化学性质就既能像性质就既能像烷烃那样易发生烷烃那样易发生取代、硝化反应取代、硝化反应等，也能像等，也能像烯烯烃那样发生加成反应烃那样发生加成反应。能燃烧能燃烧 易取代易取代 难加成难加成 难氧化难氧化 2Fe+3Br2=2FeBr3+Br2Br+HBrFeBr3AgNO3+HBr=AgBr+HNO3设计制备溴苯实验方案设计制备溴苯实验方案【主要仪器主要仪器】圆底烧瓶、长导管、锥形瓶、圆底烧瓶、长导管、锥形瓶、铁架台等铁架台等【药品药品】苯、液溴、铁粉、硝酸银溶液苯、液溴、铁粉、硝酸银溶液【反应原理反应原理】取代反应。实际起催化作用的是取代反应。实际起催化作用的是FeBr3.【苯与溴的反应实验思考苯与溴的反应实验思考】1、试剂的加入顺序怎样？各试剂在反应、试剂的加入顺序怎样？各试剂在反应中所起到的作用？中所起到的作用？A、为为防防止止溴溴的的挥挥发发，先先加加入入苯苯后后加加入溴入溴，然后加入，然后加入铁粉铁粉。B、溴溴应应是是纯纯溴溴，而而不不是是溴溴水水。加加入入铁铁粉粉起起催催化化作作用用，实实际际上上起起催催化化作作用用的是的是FeBr3。2、导管为什么要这么长？其末端为、导管为什么要这么长？其末端为何不插入液面？何不插入液面？C、伸伸出出烧烧瓶瓶外外的的导导管管要要有有足足够够长长 度度，其作用是导气、冷凝其作用是导气、冷凝。D、导管未端、导管未端不可插入锥形瓶内水面不可插入锥形瓶内水面以下，因为以下，因为HBr气体易溶于水，以免气体易溶于水，以免倒吸。倒吸。3、反应后的产物是什么？如何分、反应后的产物是什么？如何分离？离？E、纯净的溴苯是、纯净的溴苯是无色的液体无色的液体，而，而烧瓶中烧瓶中液体倒入盛有水的烧杯液体倒入盛有水的烧杯中，中，烧杯底部是烧杯底部是油状的褐色液体油状的褐色液体，这是，这是因为因为溴苯溶有溴溴苯溶有溴的缘故。除去溴苯的缘故。除去溴苯中的溴可加入中的溴可加入NaOH溶液溶液，振荡，振荡，再用再用分液漏斗分离分液漏斗分离。导管口附近出现的白雾，是溴化氢遇导管口附近出现的白雾，是溴化氢遇空气中的水蒸气形成的氢溴酸小液滴。空气中的水蒸气形成的氢溴酸小液滴。4、实验现象：、实验现象：液体轻微翻腾，有气体逸出液体轻微翻腾，有气体逸出.导管口有导管口有白雾，溶液中生成浅黄色沉淀。烧瓶底白雾，溶液中生成浅黄色沉淀。烧瓶底部有褐色不溶于水的液体部有褐色不溶于水的液体5.5.哪些现象说明发生了取代反应而不是哪些现象说明发生了取代反应而不是加成反应？加成反应？苯与溴反应生成溴苯的同时有苯与溴反应生成溴苯的同时有溴化氢生溴化氢生成成。1.烧瓶中的试剂顺序能够颠倒吗？为烧瓶中的试剂顺序能够颠倒吗？为什么？能用浓溴水代替液溴吗？为什什么？能用浓溴水代替液溴吗？为什么？么？2.该反应的催化剂是该反应的催化剂是FeBr3,而反应时而反应时加的是加的是Fe屑，屑，Fe屑是怎样转化为屑是怎样转化为FeBr3的？反应的速度为什么一开始较缓的？反应的速度为什么一开始较缓慢，一段时间后明显加快？慢，一段时间后明显加快？【再思考再思考】3.该反应是放热反应，而苯、液溴均该反应是放热反应，而苯、液溴均易挥发，为了减少放热对苯及液溴挥易挥发，为了减少放热对苯及液溴挥发的影响，装置上有哪些独特的设计发的影响，装置上有哪些独特的设计和考虑？和考虑？4.生成的生成的HBr中常混有溴蒸气，此时中常混有溴蒸气，此时用用AgNO3溶液对溶液对HBr的检验结果是否的检验结果是否可靠？为什么？如何除去混在可靠？为什么？如何除去混在HBr中中的溴蒸气？的溴蒸气？苯与溴的反应苯与溴的反应设计制备溴苯实验方案设计制备溴苯实验方案改进改进v【资料资料】硝基苯，无色，油状液硝基苯，无色，油状液体，苦杏仁味，有毒，密度大于水，体，苦杏仁味，有毒，密度大于水，难溶于水，易溶于有机溶剂。难溶于水，易溶于有机溶剂。硝基硝基苯蒸气有毒性苯蒸气有毒性。设计苯的硝化反应实验方案设计苯的硝化反应实验方案 1.苯与硝酸的反应在苯与硝酸的反应在50 -60 时产物是硝基苯，时产物是硝基苯，温度过高会有副产物。温度过高会有副产物。2.硫酸是该反应的硫酸是该反应的催化剂催化剂，和，和硝酸硝酸混合时剧烈放热。混合时剧烈放热。3.反应过程中反应过程中硝酸会部分分解硝酸会部分分解。4.苯和硝酸都易挥发苯和硝酸都易挥发。在一个大试管里，先加入在一个大试管里，先加入1.5毫升浓毫升浓硝酸和硝酸和2毫升浓硫酸，摇匀，冷却到毫升浓硫酸，摇匀，冷却到50600C以下，然后慢慢地滴入以下，然后慢慢地滴入1毫毫升苯，不断摇动，使混和均匀，然升苯，不断摇动，使混和均匀，然后放在后放在600C的水浴中加热的水浴中加热10分钟，分钟，把混和物倒入另一个盛水的试管里。把混和物倒入另一个盛水的试管里。实验方案和装置图实验方案和装置图 观察到烧杯中有黄色观察到烧杯中有黄色油状物质生成。用蒸馏水油状物质生成。用蒸馏水和氢氧化钠溶液洗涤，得和氢氧化钠溶液洗涤，得纯硝基苯。纯硝基苯。【苯的硝化反应苯的硝化反应实验思考实验思考】1、如何混合硫酸和硝酸的混合液？、如何混合硫酸和硝酸的混合液？先先将将浓浓硝硝酸酸注注入入大大试试管管中中，再再慢慢慢慢注注入入浓浓硫硫酸酸，并并及及时时摇摇匀匀和和冷冷却却。向向冷冷却却到到50-60后后的的混混酸酸中中逐逐滴滴加加入入苯苯，充充分分振振荡荡，混混和和均均匀匀。切切不不可可将将浓浓硝硝酸酸注注入入浓浓硫硫酸酸中中，因因混混和和时时要要放放出出大大量量的的热热量量，以以免免浓硫酸溅出，发生事故浓硫酸溅出，发生事故。2、为何要水浴加热，并将温度控制在、为何要水浴加热，并将温度控制在60？水水浴浴的的温温度度一一定定要要控控制制在在60以以下下，温温度度过过高高，苯苯易易挥挥发发，且且硝硝酸酸也也会会分分解解，同同时时苯苯和和浓浓硫硫酸酸反应生成苯磺酸等副反应反应生成苯磺酸等副反应。浓浓硫硫酸酸的的作作用用：催催化化剂和吸水剂。剂和吸水剂。反反应应装装置置中中的的温温度度计计，应应插插入入水水浴液面以下，以浴液面以下，以测量水浴温度测量水浴温度。3、浓硫酸的作用？、浓硫酸的作用？4、温度计的位置？、温度计的位置？把把反反应应的的混混合合物物倒倒入入一一个个盛盛水水的的烧烧杯杯里里，烧烧杯杯底底部部聚聚集集淡淡黄黄色色的的油油状状液液体体，这这是是因因为为在在硝硝基基苯苯中中溶溶有有HNO3分分解解产产生生的的NO2的的缘缘故故。除除去去杂杂质质提提纯纯硝硝基基苯苯，可可将将粗粗产产品品依依次次用用蒸蒸馏馏水水和和NaOH溶溶液液洗涤，再用分液漏斗分液。洗涤，再用分液漏斗分液。5、如何得到纯净的硝基苯？、如何得到纯净的硝基苯？【观察下列观察下列5种物质，分析它们的结构回答种物质，分析它们的结构回答】其中其中、的关系是的关系是_.其中其中、的关系是的关系是_.同分异构体同分异构体同系物同系物CHCH3 3 CHCH3 3 CHCH3 3 CHCH3 3 CHCH3 3 H H3 3C C 邻邻-二甲苯二甲苯 间间-二甲苯二甲苯 对对-二甲苯二甲苯 沸点：沸点：144.4144.40 0C C沸点：沸点：139.1139.10 0C C沸点：沸点：138.4138.40 0C C同分异构体同分异构体二、苯的同系物二、苯的同系物v1、苯的同系物：、苯的同系物：v具有苯环（具有苯环（1个）结构，且在分子组个）结构，且在分子组成上相差一个或若干个成上相差一个或若干个CH2原子团的原子团的有机物。通式：有机物。通式：CnH2n-6(n6)CHCH3 3 CHCH2 2CHCH3 3 甲苯甲苯 乙苯乙苯 苯环上的氢原子被烷基取代的产物。苯环上的氢原子被烷基取代的产物。（一）氧化反应（一）氧化反应可燃性可燃性可使酸性高锰酸钾溶液褪色可使酸性高锰酸钾溶液褪色2、苯的同系物的化学性质、苯的同系物的化学性质KMnO4(H+)溶液溶液-R-COOH现象现象结论结论苯苯+酸性酸性高锰酸钾高锰酸钾甲苯甲苯+酸性酸性高锰酸钾高锰酸钾二甲苯二甲苯+酸酸性高锰酸钾性高锰酸钾你观察到了什么现象？完成下表。你观察到了什么现象？完成下表。酸性高锰酸钾溶液酸性高锰酸钾溶液褪色（较慢）褪色（较慢）酸性高锰酸钾溶液酸性高锰酸钾溶液褪色（较快）褪色（较快）酸性高锰酸酸性高锰酸钾溶液不褪色钾溶液不褪色苯不能被酸性高锰酸苯不能被酸性高锰酸钾氧化钾氧化？苯的同系物的特性苯的同系物的特性可使可使KMnO4(H+)溶液褪色溶液褪色注意：不能使溴水褪色！因萃取使水层颜色变浅。【设计实验设计实验】：如何鉴别苯、甲苯、己烯、如何鉴别苯、甲苯、己烯、CCl4?事事实实上上还还有有：等等能能使使酸性高酸性高锰酸钾溶液褪锰酸钾溶液褪色色综上所述：你又能找到什么规律？综上所述：你又能找到什么规律？等等不能不能使使酸性高酸性高锰酸钾溶液褪色锰酸钾溶液褪色与酸性高锰酸钾的反应（使高锰酸钾溶液褪色）与酸性高锰酸钾的反应（使高锰酸钾溶液褪色）反应机理：反应机理：|CH|O|COH|酸性高锰酸钾溶液酸性高锰酸钾溶液烷基上与苯环直接相连的碳直接连氢原子烷基上与苯环直接相连的碳直接连氢原子H|CH|HH|CC|HC|CC|C（可鉴别苯和甲苯等苯的同系物）（可鉴别苯和甲苯等苯的同系物）取代反应取代反应1.苯的同系物的硝化反应苯的同系物的硝化反应一种淡黄色的晶体，不溶于水。一种淡黄色的晶体，不溶于水。不不稳定，易爆炸。稳定，易爆炸。它是一种烈性炸药，它是一种烈性炸药，广泛用于国防、开矿、筑路、兴修广泛用于国防、开矿、筑路、兴修水利等。水利等。2,4,6-三硝基甲苯三硝基甲苯CH3CH3NO2-NO2O2N-+3HO-NO2 3H2O+浓浓H2SO430-40TNT炸炸药药爆爆炸炸时时的的场场景景2.苯的同系物的卤化反应苯的同系物的卤化反应已知：已知：请问：条件一和条件二分别指的是什么条件？请问：条件一和条件二分别指的是什么条件？条件一：光照条件一：光照条件二：条件二：FeCl3从上组反应中我们看到甲基受苯环影响使得从上组反应中我们看到甲基受苯环影响使得甲基易被氧化；那么苯环的化学性质有没有受甲基易被氧化；那么苯环的化学性质有没有受到甲基的影响呢？到甲基的影响呢？迁移迁移阅读课本阅读课本P38实验以下的内容填表实验以下的内容填表温度温度生成物生成物苯苯甲苯甲苯50-6050-603030硝基苯硝基苯邻、对位硝邻、对位硝基甲苯基甲苯甲苯的硝化反应比苯更容易进行甲苯的硝化反应比苯更容易进行苯的同系物的苯环易发生取代反应。苯的同系物的苯环易发生取代反应。比较苯和甲苯与比较苯和甲苯与KMnO4溶液的作用，溶液的作用，以及硝化反应的条件产物等，你从中得到以及硝化反应的条件产物等，你从中得到什么启示什么启示?侧链和苯环相互影响：侧链和苯环相互影响：侧链受苯环影响易被氧化；侧链受苯环影响易被氧化；苯环受侧链影响易被取代。苯环受侧链影响易被取代。【结论结论】苯的同系物加成反应苯的同系物加成反应 苯的同系物也和氢气可以发生加成反应苯的同系物也和氢气可以发生加成反应请写出甲苯与氢气加成的化学方程式：请写出甲苯与氢气加成的化学方程式：1 1、来源：、来源：三、芳香烃的来源及其应用三、芳香烃的来源及其应用 a a、煤的干馏、煤的干馏 b b、石油的催化重整、石油的催化重整 应用：简单的芳香烃是基本的有机化工原应用：简单的芳香烃是基本的有机化工原料。料。2、稠环芳香烃、稠环芳香烃【概念概念】由两个或两个以上的苯环共用相邻的由两个或两个以上的苯环共用相邻的2个碳原个碳原子而成的一类芳香烃，称为稠环芳香烃。子而成的一类芳香烃，称为稠环芳香烃。萘萘蒽蒽C10H8C14H10v萘是无色片状晶体，具有特殊的气味，易萘是无色片状晶体，具有特殊的气味，易升华，曾经用来防蛀、驱虫，但因它有一升华，曾经用来防蛀、驱虫，但因它有一定的毒性，现已禁止使用。萘是一种主要定的毒性，现已禁止使用。萘是一种主要的化工原料。的化工原料。v蒽也是一种无色的晶体，易升华，是生产蒽也是一种无色的晶体，易升华，是生产染料的主要原料。染料的主要原料。菲菲苯并芘苯并芘已知分子式为已知分子式为C12H12的物质的物质A结构简式为结构简式为 则则A环上的一溴代物有环上的一溴代物有()A、2种种 B、3种种 C、4种种 D、6种种例例1B直直链链烷烷烃烃的的通通式式可可用用CnH2n+2表表示示，现现有有一一系系列列芳芳香香烃，按下列特点排列：烃，按下列特点排列：，若用通式表示这一系列化合物，其通式应为若用通式表示这一系列化合物，其通式应为()A、CnH2n-6 B、C6n+4H2n+6 C、C4n+6H2n+6 D、C2n+4H6n+6 例例2B等等物质的量物质的量的下列烃分别完全燃烧，消耗氧的下列烃分别完全燃烧，消耗氧气最少的是（气最少的是（）A、甲烷、甲烷B、乙烯、乙烯C、苯、苯D、乙炔、乙炔下列各组物质，可用分液漏斗分离的是下列各组物质，可用分液漏斗分离的是A、酒精、酒精B、溴水与水、溴水与水C、硝基苯与水、硝基苯与水D、苯与溴苯、苯与溴苯例例3例例4C等质量呢等质量呢?A 烃燃烧耗氧量规律烃燃烧耗氧量规律:等物质的量等物质的量看看C C原子个数原子个数;等质等质量量看含看含H H量量.C
