《有机化学》第五章芳香烃课件.ppt

第五章第五章第五章第五章 芳香烃芳香烃芳香烃芳香烃1.了解芳香烃的分类；掌握苯系单环芳烃的异构和命名了解芳香烃的分类；掌握苯系单环芳烃的异构和命名2.掌握苯的结构及其化学性质掌握苯的结构及其化学性质3.掌握芳烃亲电取代的定位规律及其理论解释掌握芳烃亲电取代的定位规律及其理论解释4.了解稠环芳香烃、非苯芳香烃；掌握休克尔规则了解稠环芳香烃、非苯芳香烃；掌握休克尔规则苯的结构及其化学性质；芳烃取代的定位规律及苯的结构及其化学性质；芳烃取代的定位规律及休克尔规则休克尔规则本章主要内容本章主要内容本章主要内容本章主要内容第一部分第一部分单环芳烃的概述及性质单环芳烃的概述及性质第二部分第二部分芳香烃的芳香烃的亲电取代反应历程亲电取代反应历程第三部分第三部分芳烃亲电取代的定位规律芳烃亲电取代的定位规律第四部分第四部分稠环稠环芳香烃芳香烃概述概述第五第五部分部分休克尔规则和非苯芳香体系休克尔规则和非苯芳香体系芳香烃：芳香烃：苯、苯的衍生物以及和苯具有类似苯、苯的衍生物以及和苯具有类似结构和性质的化合物。结构和性质的化合物。单环芳烃单环芳烃苯系芳烃苯系芳烃多环芳烃多环芳烃芳烃芳烃稠环芳烃等稠环芳烃等非苯芳烃非苯芳烃4.1单环芳烃概述单环芳烃概述1825年苯首次得到分离，分子式为年苯首次得到分离，分子式为6H6苯不与溴水加成，也不被苯不与溴水加成，也不被KMnO4氧化，却可在催氧化，却可在催化剂作用下发生取代反应，且一元取代物只有一种。化剂作用下发生取代反应，且一元取代物只有一种。1865年德国化学家凯库勒创造性地提出苯的环状结构式年德国化学家凯库勒创造性地提出苯的环状结构式很多问题无法解释很多问题无法解释一、苯的结构一、苯的结构苯的凯库勒结构式苯的凯库勒结构式苯分子结构的近代概念苯分子结构的近代概念SP2杂化，杂化，6个个C-C键，键，6个个C-H键，键，键长均相等，介键长均相等，介于单双键之间，六个碳原子共平面，键角为于单双键之间，六个碳原子共平面，键角为 120。1.以苯环为母体，取代原子或原子团作为取代基。以苯环为母体，取代原子或原子团作为取代基。二二、单环芳烃的命名单环芳烃的命名 2.苯环上连有不饱和烃基，或是连有较复杂基团时，苯环上连有不饱和烃基，或是连有较复杂基团时，则把苯环作为取代基来命名。则把苯环作为取代基来命名。2-苯基-2-戊烯芳基：芳基：Ar-苯基：苯基：C6H5-,Ph苄基：苄基：注：当苯环上有多取代基时，选择母体的顺序如下：注：当苯环上有多取代基时，选择母体的顺序如下：-COOH,-SO3H,-COOR,-COX(酰卤酰卤),-CONH2(酰胺酰胺),-CN,-CHO,-COR,-OH,-NH2,-R,-OR(烃氧基烃氧基)等等 对氯苯酚对氯苯酚邻氨基苯磺酸邻氨基苯磺酸间硝基苯甲酸间硝基苯甲酸4.2单环芳烃的物理性质单环芳烃的物理性质单环芳烃一般为无色液体，比水轻，不溶于水，溶于单环芳烃一般为无色液体，比水轻，不溶于水，溶于一般有机溶剂。一般有机溶剂。芳烃的熔点及沸点变化符合一般规律，在各异构体中，芳烃的熔点及沸点变化符合一般规律，在各异构体中，对称性大者，熔点较高，溶解度较小。对称性大者，熔点较高，溶解度较小。对、邻、间二甲苯中，对位熔点最高。对、邻、间二甲苯中，对位熔点最高。苯及其同系物：有毒，长期吸入它们的蒸气，会苯及其同系物：有毒，长期吸入它们的蒸气，会引起肝的损伤，损坏造血器官及引起肝的损伤，损坏造血器官及神经系统，并能导致白血病。神经系统，并能导致白血病。4.3单环芳烃的化学性质单环芳烃的化学性质芳香性：容易发生取代反应，不易发生加成和氧化反应。芳香性：容易发生取代反应，不易发生加成和氧化反应。碳环为封闭的共轭体系，体系稳定，碳环为封闭的共轭体系，体系稳定，一般不开环。一般不开环。芳环上下为离域的芳环上下为离域的电子所遮蔽，为一种电子给予电子所遮蔽，为一种电子给予体，易与亲电试剂发生取代反应。体，易与亲电试剂发生取代反应。一、一、取代反应取代反应1、硝代反应硝代反应黄色油状液体，杏仁味黄色油状液体，杏仁味2、卤代反应、卤代反应分析：反应条件不同，产物不同分析：反应条件不同，产物不同Fe或或FeX3：苯环上取代苯环上取代h:苯环侧链上取代苯环侧链上取代3、磺化反应、磺化反应 苯磺酸为强酸，易溶于水，苯磺酸为强酸，易溶于水，SO3H为极性基团，为极性基团，它的引入可增强有机化合物的水溶性，该反应为它的引入可增强有机化合物的水溶性，该反应为可可逆反应逆反应，由于苯磺酸基是在稀硫酸中也能水解，因，由于苯磺酸基是在稀硫酸中也能水解，因此常用此常用发烟硫酸发烟硫酸来作磺化剂。来作磺化剂。4、烷基化和酰基化反应烷基化和酰基化反应(付付-克反应）克反应）烷基化试剂：烷基化试剂：RX,ROH,RCH=CH2酰基化试剂：酰基化试剂：RCOX,(RCO)2O催化剂：催化剂：因为产生碳正离子中间体因为产生碳正离子中间体例如：例如：当苯环上有强的吸电子基时，烷基化反应不容易进行。当苯环上有强的吸电子基时，烷基化反应不容易进行。比较：烷基化与酰基化的异同比较：烷基化与酰基化的异同相同：相同：催化剂相同催化剂相同 反应历程相似反应历程相似 苯环上有吸电子基时不能发生付苯环上有吸电子基时不能发生付-克反应克反应不同：不同：烷基化能发生异构化，而酰基化不能；烷基化能发生异构化，而酰基化不能；烷基化不停留在一取代物上，而酰基化停留烷基化不停留在一取代物上，而酰基化停留 在一取代物上；在一取代物上；二者催化剂用量不同，烷基化用量少，酰基二者催化剂用量不同，烷基化用量少，酰基 化用量多。化用量多。二、二、氧化反应氧化反应侧链氧化侧链氧化鉴别苯及苯的同系物如：苯、甲苯鉴别苯及苯的同系物如：苯、甲苯注：注：与苯环直接相连的碳上没有与苯环直接相连的碳上没有H时（如叔丁时（如叔丁 基）不能氧化基）不能氧化 氧化时不论烷基的长短都变为羧基氧化时不论烷基的长短都变为羧基破环氧化破环氧化三、加成反应三、加成反应(难加成）难加成）杀虫剂六六六杀虫剂六六六以苯的氯代为例：以苯的氯代为例：4.4芳烃亲电取代反应历程芳烃亲电取代反应历程 一、一、亲电试剂的形成亲电试剂的形成二、亲电试剂与芳烃反应，得到中间体二、亲电试剂与芳烃反应，得到中间体配合物配合物三、三、配合物脱去一个质子，形成芳烃的取代产物配合物脱去一个质子，形成芳烃的取代产物4.5 芳烃亲电取代的定位规律芳烃亲电取代的定位规律1.取代基定位规律取代基定位规律邻、对位取代邻、对位取代快快间位取代间位取代慢慢G决定：决定：E的位置（的位置（G的邻、对或间位）的邻、对或间位）芳环氢的活性（即速度）芳环氢的活性（即速度）G-定位基定位基邻位、对位定位基邻位、对位定位基特点：直接和苯环相连的原子以单键和其它原子相连特点：直接和苯环相连的原子以单键和其它原子相连致钝基团：致钝基团：-Cl,-Br致活基团：致活基团：间位定位基间位定位基 致钝基团致钝基团特点：直接和苯环相连的原子再和其它原子相连特点：直接和苯环相连的原子再和其它原子相连时含有双键或叁键时含有双键或叁键2.定位规律的理论解释定位规律的理论解释致活作用的邻对位定位基致活作用的邻对位定位基取代基的定位效应，主要从取代基所产生的电子效应取代基的定位效应，主要从取代基所产生的电子效应讨论，有时空间效应也起一定作用。讨论，有时空间效应也起一定作用。超超共共轭轭效效应应致钝作用的间位定位基致钝作用的间位定位基 均为吸电子基，具有均为吸电子基，具有-I效应，使苯环电子密度减小，效应，使苯环电子密度减小，这些取代基还与苯环存在这些取代基还与苯环存在共轭效应，也使苯环共轭效应，也使苯环电子密度降低，总的电子效应是使苯环的亲电取代反电子密度降低，总的电子效应是使苯环的亲电取代反应钝化。应钝化。具有致钝作用的邻对定位基具有致钝作用的邻对定位基卤素属于这一类卤素属于这一类3.定位规律的应用定位规律的应用合成上：合成上：二取代苯的定位规律二取代苯的定位规律a.强烈活化基团的定位能力胜过钝化基团或弱的活化基团强烈活化基团的定位能力胜过钝化基团或弱的活化基团主要基团定位能力：主要基团定位能力：-NH2,-OH-OR,-NHCOR-C6H5,-CH3间位定位间位定位基基b.两个钝化基团，由两个钝化基团，由致钝强致钝强的基团决定的基团决定c.处于两个基团间位的位置，由于空间阻碍，很少处于两个基团间位的位置，由于空间阻碍，很少发生取代发生取代。4.6 稠环芳烃概述稠环芳烃概述多环芳烃：分子中含有两个或两个以上苯环的烃。多环芳烃：分子中含有两个或两个以上苯环的烃。稠环芳烃：分子中有两个或两个以上的苯环，用一边稠环芳烃：分子中有两个或两个以上的苯环，用一边 或多边相互并联的化合物。或多边相互并联的化合物。萘萘1、4、5、8-位位2、3、6、7-位位1，6-二甲基萘二甲基萘4.7 萘的化学性质萘的化学性质萘中电子云分布不均匀，萘中电子云分布不均匀，位电子云密度较大，位电子云密度较大，芳香性比苯差。芳香性比苯差。1.取代反应取代反应2.氧化反应氧化反应邻苯二甲酸酐邻苯二甲酸酐3.加成反应加成反应4.8 非苯芳烃非苯芳烃非苯芳烃：不含苯环但具有类似苯的结构和性质的非苯芳烃：不含苯环但具有类似苯的结构和性质的芳香族化合物。芳香族化合物。休克尔规则：休克尔规则：凡是凡是电子数具有电子数具有4n+2（n为为0，1，2等正整数）个等正整数）个的的单环封闭共轭体系单环封闭共轭体系的化合物，都具有芳香性。的化合物，都具有芳香性。无芳香性无芳香性不在同一个平面，离域作用小，无芳香性不在同一个平面，离域作用小，无芳香性不具有芳香性（不是共轭体系）不具有芳香性（不是共轭体系）封闭共轭体系，封闭共轭体系，电子数电子数2，有芳香性，有芳香性封闭共轭体系，封闭共轭体系，电子数电子数4，没芳香性，没芳香性判定下列化合物是否具有芳香性：判定下列化合物是否具有芳香性：无无有有有有无无有有无无有有无无有有