稠环芳香烃教学教材.ppt

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1、稠环芳香烃、脂环烃脂环烃一、环烷烃的结构一、环烷烃的结构二、环已烷及其衍生物的构象二、环已烷及其衍生物的构象三三、脂环烃的性质、脂环烃的性质、脂环烃脂环烃、脂环烃脂环烃、脂环烃脂环烃 当环状化合物上有支链时，支链不大，以环作为母体化合物命名；支链较大，环作为取代基而命名。3甲基甲基4环丁基庚烷环丁基庚烷、脂环烃脂环烃 一、环烷烃的结构一、环烷烃的结构 张力学说：张力学说：假定所有成环的碳原子都在同一平面上，且形成正多边形；环中碳原子之间的夹角“偏离”109.5时，将产生张力；“偏离”的程度越大，环的张力越大，环的稳定性越小。、脂环烃脂环烃 一、环烷烃的结构一、环烷烃的结构 正常键角=10928

2、，键角与正常键角偏转程度=(10928 键角)2 环中碳原子之间的夹角“偏离”109.5时，将产生张力，“偏离”的程度越大，环的张力越大，环的稳定性越小。、脂环烃脂环烃 一、环烷烃的结构一、环烷烃的结构、脂环烃脂环烃 一、环烷烃的结构一、环烷烃的结构环丁烷的构象：环丁烷的构象：这种非平面型结构可以减少C-H的重叠，使扭转张力减小。环丁烷分子中 C-C-C键角为 111.5，角张力也比环丙烷的小，所以环丁烷比环丙烷要稳定些。总张力能环丁烷的构象为108KJ/mol。、脂环烃脂环烃 一、环烷烃的结构一、环烷烃的结构环戊烷的构象：环戊烷的构象：这种构象的张力很 小，总 张 力 能25KJ/mol，扭

3、转张力在2.5KJ/mol以下，因此，环戊烷的化环戊烷的构象学性质稳定。、脂环烃脂环烃 二、环已烷及其衍生物的构象二、环已烷及其衍生物的构象1两种极限构象两种极限构象椅式和船式椅式和船式、脂环烃脂环烃 二、环已烷及其衍生物的构象二、环已烷及其衍生物的构象2平伏键（平伏键（e键）与直立键（键）与直立键（a键）键）、脂环烃脂环烃 二、环已烷及其衍生物的构象二、环已烷及其衍生物的构象 在室温时，环己烷的椅式构象可通过C-C键的转动（而不经过碳碳键的断裂），由一种椅式构象变为另一种椅式构象，在互相转变中，原来的a键变成了e键，而原来的e键变成了a键。、脂环烃脂环烃 二、环已烷及其衍生物的构象二、环已烷

4、及其衍生物的构象3一元取代环己烷的构象一元取代环己烷的构象、脂环烃脂环烃 二、环已烷及其衍生物的构象二、环已烷及其衍生物的构象4、二元取代环己烷的构象二元取代环己烷的构象、脂环烃脂环烃 二、环已烷及其衍生物的构象二、环已烷及其衍生物的构象、脂环烃脂环烃 二、环已烷及其衍生物的构象二、环已烷及其衍生物的构象、脂环烃脂环烃 二、环已烷及其衍生物的构象二、环已烷及其衍生物的构象 小结：小结：1环己烷有两种极限构象（椅式和船式），椅式为优势构象。2一元取代基主要以e键和环相连。3多元取代环己烷最稳定的构象是e键上取代基最多的构象。4环上有不同取代基时，大的取代基在e键上构象最稳定。、脂环烃脂环烃 三三

5、、脂环烃的性质、脂环烃的性质1催化氢化催化氢化 2与溴作用与溴作用、脂环烃脂环烃 三三、脂环烃的性质、脂环烃的性质、脂环烃脂环烃 三三、脂环烃的性质、脂环烃的性质 普通脂环烃具有开链烃的通性，环烷烃主要普通脂环烃具有开链烃的通性，环烷烃主要是起自由基取代反应。是起自由基取代反应。、脂环烃脂环烃 三三、脂环烃的性质、脂环烃的性质 环烯烃具有烯烃的通性、芳香烃芳香烃一、一、单环单环芳香烃芳香烃二、二、稠环稠环芳香烃芳香烃三、非三、非 苯苯 系系 芳芳 烃烃、芳香烃芳香烃 芳烃，也叫芳香烃，一般是指分子中含苯环芳烃，也叫芳香烃，一般是指分子中含苯环结构的碳氢化合物。结构的碳氢化合物。芳香二字的来由最

6、初是指从天然树脂（香精芳香二字的来由最初是指从天然树脂（香精油）中提取而得、具有芳香气的物质。油）中提取而得、具有芳香气的物质。现代芳烃的概念是指具有芳香性的一类环状现代芳烃的概念是指具有芳香性的一类环状化合物，它们不一定具有香味，也不一定含有苯化合物，它们不一定具有香味，也不一定含有苯环结构。环结构。、芳香烃芳香烃、芳香烃芳香烃基的概念：基的概念：芳烃分子去掉一个氢原子所剩下的基团称为芳基（Aryl）用Ar表示。重要的芳基有：、芳香烃芳香烃一元取代苯的命名：一元取代苯的命名：A、当苯环上连的是烷基（R-），-NO2，-X等基团时，则以苯环为母体，叫做某基苯。、芳香烃芳香烃 B、当苯环上连有-

7、COOH，-SO3H，-NH2，-OH，-CHO，-CH=CH2或R较复杂时，则把苯环作为取代基。、芳香烃芳香烃二元取代苯的命名：二元取代苯的命名：取代基的位置用邻、间、对或2、3、4表示。、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃（一）苯的结构（一）苯的结构、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃 现代物理方法（射线法、光谱法、偶极距的测定）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。、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃杂化轨道理论解释：杂化轨道理论解释：、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃 芳香烃一般为无色有芳香味的液体，不溶于水

8、，但溶于有机溶剂，如乙醚、四氯化碳、石油醚等非极性溶剂。一般芳香烃均比水轻，相对密度在0.86-0.93；是良好的溶剂，有一定的毒性；沸点随相对分子量升高而升高；熔点除与相对分子质量有关外，还与结构有关，通常对位异构体由于分子对称，熔点较高。（二）物理性质（二）物理性质、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃 芳烃的化学性质主要是芳香性，即易进行取代反应，而难进行加成和氧化反应。（三）化学性质（三）化学性质、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃（1）卤代反应卤代反应 1取代反应取代反应、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃（2）硝化反应）硝化反应 浓H2SO4的作用促使+NO2

9、离子（硝基正离子）的生成。、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃硝基苯硝化比苯困难烷基苯比苯易硝化、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃（3）磺化反应）磺化反应 磺化反应是可逆的，苯磺酸与稀硫酸共热时可水解脱下磺酸基。、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃烷基苯比苯易磺化、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃（4）付瑞德）付瑞德克拉夫茨克拉夫茨 烷基化反应：烷基化反应：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。、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃 当引入的烷基为三个碳以上时，引

10、入的烷基会发生碳链异构现象。、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃酰基化反应：酰基化反应：、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃 苯环易起取代反应而难起加成反应，但并不是绝对的，在特定条件下，也能发生某些加成反应。2、加成反应、加成反应、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃3、氧化反应、氧化反应、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃 若两个烃基处在邻位，氧化的最后产物是酸酐。、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃4、烷基侧链的卤代、烷基侧链的卤代、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃 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

11、为离子型取代反应。侧链较长的芳烃光照卤代主要发生在碳原子上。、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃 亲电试剂 E+进攻苯环，与苯环的电子作用生成络合物，紧接着E+从苯环体系中获得两个电子，与苯环的一个碳原子形成键，生成络合物，络合物内能高不稳定，sp3杂化的碳原子失去一个质子，恢复芳香结构，形成取代产物。（四）亲电取代反应历程（四）亲电取代反应历程、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃1、卤代反应历程、卤代反应历程2、硝化反应历程、硝化反应历程、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃 3、磺化反应历程磺化反应历程、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃4、付氏反应历程：、付

12、氏反应历程：、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃（五）苯环上取代基的定位效应（五）苯环上取代基的定位效应、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃 可见，苯环上原有取代基决定了第二个取可见，苯环上原有取代基决定了第二个取代基进入苯环位置的作用，也影响着亲电取代代基进入苯环位置的作用，也影响着亲电取代反应的难易程度。我们把原有取代基决定新引反应的难易程度。我们把原有取代基决定新引入取代基进入苯环位置的作用称为取代基的入取代基进入苯环位置的作用称为取代基的定定位效应位效应。、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃 1 1邻、对位定位基邻、对

13、位定位基 使新引入的取代基主要进入原基团邻位和对位（邻对位产物之和大于60%）。-I，-F，-Cl，Br，-CH2Cl、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃 2 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%）。、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃 定位效应只能说明主要产物，少量次要产物是不可避免的。此外，除了定位基起主要作用外，其它因素也会影响异构体的产量，像反应温度，试剂和催化剂的性能等。、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃（六）定位规律与电子效应（六）定位规律与电子效应1 1、诱导效应、诱导效应、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳

14、香烃 2 2、共轭效应、共轭效应 由于轨道之间的相互交盖，使共轭体系中电子云分布产生离域作用，键长趋于平均化，分子的内能降低，更稳定的现象称为共轭效应。（1 1）共轭效应产生的必要条件）共轭效应产生的必要条件 共平面性；参加共轭的p轨道互相平行。、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃 （2 2）共轭效应传递的途径）共轭效应传递的途径 通过共轭键传递，并出现极性交替的现象。沿着共轭链交替传递，不因链长而减弱（交替、远程传递）。、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃3 3、用电子效应解释定位效应、用电子效应解释定位效应 苯环是一个对称分子，由于苯环上电子的高度离域，苯环上的电子云密度是

15、完全平均分布的，但苯环上有一个取代基后，由于取代基的影响，环上的电子云分布就发生了变化，出现电子云密度较大与较小的交替现象，于是，进行亲电取代反应的难易程度就不同，进入的位置也不同。、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃（1）对间位基的解释）对间位基的解释（以硝基苯为例）（以硝基苯为例）、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃（2）对邻、对位基的解释）对邻、对位基的解释、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃、芳香烃芳香烃 一、一、单环单环芳香烃芳香烃、芳香烃芳香烃 二、二、稠环稠环芳香烃芳香烃（一）萘（一）萘、芳香烃芳香烃 二、二、稠环稠环芳香烃芳香烃 1、加成反应、加成反应

16、萘比苯易加成，在不同的条件下，可发生部分或全部加氢。、芳香烃芳香烃 二、二、稠环稠环芳香烃芳香烃 2、氧化反应、氧化反应 萘比苯易加成，在不同的条件下，可发生部分或全部加氢。、芳香烃芳香烃 二、二、稠环稠环芳香烃芳香烃 3、取代反应、取代反应 、芳香烃芳香烃 二、二、稠环稠环芳香烃芳香烃、芳香烃芳香烃 二、二、稠环稠环芳香烃芳香烃、芳香烃芳香烃 二、二、稠环稠环芳香烃芳香烃、芳香烃芳香烃 二、二、稠环稠环芳香烃芳香烃2、蒽和菲、蒽和菲、芳香烃芳香烃 二、二、稠环稠环芳香烃芳香烃、芳香烃芳香烃 二、二、稠环稠环芳香烃芳香烃、芳香烃芳香烃 二、二、稠环稠环芳香烃芳香烃3、致癌烃、致癌烃、芳香烃芳香

17、烃 二、二、稠环稠环芳香烃芳香烃4、石墨与、石墨与碳碳6060 碳60又名富勒烯，是碳单质的第三种同素异形体。碳60有固定的分子组成，即含有60个碳原子。它们以20个六元环及12个五元环连接成的似足球状的空心对称分子。、芳香烃芳香烃 三、非三、非 苯苯 系系 芳芳 烃烃 休克尔提出，单环多烯烃要有芳香性，必须满足三休克尔提出，单环多烯烃要有芳香性，必须满足三个条件。个条件。(1)(1)成环原子共平面或接近于平面，平面扭转不大成环原子共平面或接近于平面，平面扭转不大于于0.1nm;0.1nm;(2)(2)环状闭合共轭体系环状闭合共轭体系;(3)(3)环上环上电子数为电子数为4n+2(n=04n+

18、2(n=0、1 1、2 2、3)3)；符合上述三个条件的环状化合物，就有芳性，这就符合上述三个条件的环状化合物，就有芳性，这就是休克尔规则。是休克尔规则。、芳香烃芳香烃 三、非三、非 苯苯 系系 芳芳 烃烃、芳香烃芳香烃 三、非三、非 苯苯 系系 芳芳 烃烃、芳香烃芳香烃 三、非三、非 苯苯 系系 芳芳 烃烃、煤焦油和石油煤焦油和石油 芳烃的主要来源是煤焦油和石油，可用简图表示如下：、煤焦油和石油煤焦油和石油、煤焦油和石油煤焦油和石油 催催 化化 重重 整整 装装 置置、煤焦油和石油煤焦油和石油 铂铂 重重 整整 炉炉此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢