有机化学徐寿昌第二版第7章多环芳烃和非苯芳烃.ppt
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1、第七章第七章 多环芳烃和非苯芳烃多环芳烃和非苯芳烃1.联苯及其衍生物的反应联苯及其衍生物的反应.2.稠环芳烃萘稠环芳烃萘、蒽蒽、菲及其衍生物的结构及菲及其衍生物的结构及命名命名.3.萘的化学性质及萘环亲电产物的定位规律萘的化学性质及萘环亲电产物的定位规律.4.Huckel规则及非苯芳烃芳香性的判断规则及非苯芳烃芳香性的判断.本章主要内容本章主要内容7.0 多环芳烃和非苯芳烃的定义与分类多环芳烃和非苯芳烃的定义与分类 联苯和联多苯类联苯和联多苯类:两个及以上的苯环以两个及以上的苯环以 单键相连单键相连.多环芳烃多环芳烃 多苯代脂类多苯代脂类:脂肪烃中两个及以上的脂肪烃中两个及以上的H 被苯取代被
2、苯取代.稠环芳烃稠环芳烃:两个及以上的苯环以共用两两个及以上的苯环以共用两 个相邻个相邻C原子的方式结合的分子原子的方式结合的分子.非苯芳烃非苯芳烃:电电子数子数为为4n+2(n=0,1,2)具有芳香性具有芳香性 的分子或离子的分子或离子.3CHCH=CH三苯甲烷三苯甲烷1,2-二苯乙烯二苯乙烯萘萘蒽蒽菲菲联苯联苯对联三苯对联三苯例如例如:700800+H22+2Cu+2CuI 联联苯苯为为无无色色晶晶体体,熔熔点点70,沸沸点点254,不不溶溶于于水水而溶于有机溶剂而溶于有机溶剂.7.1 联苯及其衍生物联苯及其衍生物(1)联苯的工业制备)联苯的工业制备(2)联苯的实验室制备)联苯的实验室制备
3、(4)联苯的化学性质联苯的化学性质 和苯相似和苯相似,在两个苯环上均可发生磺化在两个苯环上均可发生磺化、硝化等取硝化等取代反应代反应.联苯可看成是苯的一个氢原子被苯基取代联苯可看成是苯的一个氢原子被苯基取代,苯基苯基是邻是邻、对位取代基对位取代基,第二取代基主要进入苯基的对位第二取代基主要进入苯基的对位.若一个环上有活化基团,则取代反应发生在同环;若一个环上有活化基团,则取代反应发生在同环;若有钝化基团,则发生在异环若有钝化基团,则发生在异环.间间 邻邻对对4,44,4-二氨基联苯二氨基联苯(3)联苯环上碳原子的位置编号及命名联苯环上碳原子的位置编号及命名:钝化基团、钝化基团、异环取代异环取代
4、例例:联苯的硝化反应联苯的硝化反应:HNO3H2SO44,4-二硝基联苯(主要产物)二硝基联苯(主要产物)2,4-二硝基联苯二硝基联苯HNO3H2SO4 两两个个环环的的邻邻位位有有取取代代基基存存在在时时,由由于于取取代代基基的的空空间间效效应应阻阻碍碍联联苯苯分分子子的的自自由由旋旋转转,使使得得两两个个苯苯平平面面不不在在同一平面上同一平面上,产生异构体产生异构体.镜面镜面例例:6,6-二硝基二硝基-2,2-联苯二甲酸的异构联苯二甲酸的异构体体对映异构对映异构(5)联苯化合物的异构体联苯化合物的异构体 联苯胺是合成多种染料的中间体联苯胺是合成多种染料的中间体.联苯胺制备联苯胺制备:4,4
5、-二硝基苯还原得到二硝基苯还原得到.工业上由硝基苯为原料工业上由硝基苯为原料,经经联苯胺重排反应联苯胺重排反应而来而来.氢化偶氮苯氢化偶氮苯(重排重排)联苯胺联苯胺(6)重要联苯衍生物重要联苯衍生物-联苯胺联苯胺(4,4-二氨基联苯二氨基联苯)萘的分子式萘的分子式C10H8,是最简单的稠环芳烃是最简单的稠环芳烃.萘是煤焦油中含量最多的化合物萘是煤焦油中含量最多的化合物,约约6%.(1)萘的结构萘的结构、同分异构现象和命名同分异构现象和命名 萘萘的的结结构构与与苯苯类类似似,是是一一平平面面环环状状分分子子,每每个个碳碳原原子子采采取取sp2杂杂化化.10个个碳碳原原子子处处于于同同一一平平面面
6、,联联接接成两个稠合的六元环成两个稠合的六元环,8个氢原子也处于同一平面个氢原子也处于同一平面.A.萘的结构萘的结构7.2.1 萘及其衍生物萘及其衍生物7.2 稠环芳烃稠环芳烃每个碳原子有一个未杂化的每个碳原子有一个未杂化的p轨道轨道,这些轴平行的这些轴平行的p轨道轨道 侧面相互交盖侧面相互交盖,形成包含形成包含10个碳原子在内的个碳原子在内的 分子轨道分子轨道.在基态时在基态时,10个个 电子分别处在电子分别处在5个成键轨道上个成键轨道上.所以萘分子没有一般的碳碳单键也没有一般的碳碳双所以萘分子没有一般的碳碳单键也没有一般的碳碳双 键键,而是特殊的大而是特殊的大 键键.由由于于 电电子子的的
7、离离域域,萘萘具具有有255kJ/mol的的共共振振能能(离离域域能能).萘的萘的 分子轨道示意图分子轨道示意图C.萘分子的共振结构式萘分子的共振结构式:B.萘分子中碳碳键长萘分子中碳碳键长(苯的键长均等苯的键长均等):()()()0.142nm0.137nm0.139nm0.140nm 12345678或或由于键长不同由于键长不同,各碳原子的位置也不完全等同各碳原子的位置也不完全等同,其中其中 1,4,5,8四个位置是等同的四个位置是等同的,叫叫 位位.2,3,6,7四个位置是等同的四个位置是等同的,叫叫 位位.D.由于萘分子中碳原子不完全等性,需要标示碳原子由于萘分子中碳原子不完全等性,需
8、要标示碳原子 的不同位置的不同位置.一般标示如下一般标示如下:ClClCH3SO3HNO2NO2-氯萘氯萘-氯萘氯萘F.萘的二元取代物及命名萘的二元取代物及命名对甲基萘磺酸对甲基萘磺酸1,5-二硝基萘二硝基萘E.萘的一元取代物及命名萘的一元取代物及命名萘萘为为白白色色晶晶体体,熔熔点点80.5,沸沸点点218,有有特特殊殊气气味味(防防蛀蛀剂剂),易易升升华华;不不溶溶于于水水,易易溶溶于于热热乙乙醇醇和和乙乙醚醚.萘主要用于萘主要用于制造制造邻苯二甲酸酐邻苯二甲酸酐.萘萘的的共共振振能能为为255kJ/mol,不不是是304 kJ/mol(苯苯的的共共振振能能为为152kJ/mol),所所以
9、以萘萘的的稳稳定定性性比比苯苯弱弱,萘萘比比苯苯容容易易发发生生加加成成和和氧氧化化反反应应,萘萘的的取取代代反反应应也也比比苯苯容容易进行易进行.(共振能越大共振能越大,分子越稳定分子越稳定)(A)取代反应取代反应萘可以起卤化萘可以起卤化,硝化硝化,磺化等亲电取代反应磺化等亲电取代反应:萘的萘的 位比位比 位活性高位活性高,一般得到一般得到 取代产物取代产物.Why?(2)萘的性质萘的性质萘的萘的 位取代位取代时时,中间体碳正离子的共振结构式中间体碳正离子的共振结构式:*萘的萘的 位比位比 位活性高的解释位活性高的解释-苯环结构保持数苯环结构保持数 卤卤代反应代反应-溴萘溴萘 加热加热问题问
10、题:苯的溴代条件苯的溴代条件?萘的萘的 位取代位取代时时,中间体碳正离子的共振结构式中间体碳正离子的共振结构式:萘的萘的硝化反应速度比苯的硝化要快几百倍硝化反应速度比苯的硝化要快几百倍.-硝硝基基萘萘是是黄黄色色针针状状晶晶体体,熔熔点点61,不不溶溶于于水水而而溶溶于于有有机机溶溶剂剂.常常用用于于制制备备 -萘萘胺胺(合合成成偶偶氮氮染染料料的的中中间间体体):-硝基萘硝基萘(79%)硝化硝化-用混酸硝化用混酸硝化-萘胺萘胺96%85%萘的磺化也是可逆反应萘的磺化也是可逆反应.磺酸基进入的位置和反应温度有关磺酸基进入的位置和反应温度有关.磺化磺化反应反应 注意反应条件注意反应条件(熟记)(
11、熟记)80165165加热转化加热转化-萘磺酸萘磺酸-萘磺酸萘磺酸-萘磺酸萘磺酸位阻大位阻大-萘磺酸位阻小萘磺酸位阻小,产物更稳定产物更稳定磺酸基的空间位阻磺酸基的空间位阻位活泼位活泼反应速度快反应速度快低温产物低温产物动力学控制动力学控制位稳定位稳定反应速度慢反应速度慢高温产物高温产物热力学控制热力学控制例例:由由-萘磺酸碱熔得到萘磺酸碱熔得到-萘酚萘酚布布赫赫雷雷尔尔反反应应-萘萘酚酚的的羟羟基基比比较较容容易易被被氨氨基基置置换换生生成成萘胺萘胺(可逆反应可逆反应):300例例1:-萘酚制备萘酚制备-萘胺萘胺亚硫酸铵水溶液亚硫酸铵水溶液150,加压,加压(-萘酚萘酚,-萘胺难于直接制备萘
12、胺难于直接制备)利用利用-萘萘磺酸的性质制备萘的磺酸的性质制备萘的 衍生物衍生物利用该可逆反应利用该可逆反应,按照不同条件按照不同条件,可由萘酚制备萘胺可由萘酚制备萘胺,或由萘胺制萘酚或由萘胺制萘酚.酚和萘胺都是合成偶氮染料重要的中间体酚和萘胺都是合成偶氮染料重要的中间体.例例2:-萘胺萘胺制备制备-萘酚萘酚水溶液水溶液加热加热萘比苯容易起加成反应萘比苯容易起加成反应:生成生成二氢化萘二氢化萘1,4-二氢化萘二氢化萘1,4-二氢化萘不稳定二氢化萘不稳定,与乙醇钠的乙醇溶液一起加热与乙醇钠的乙醇溶液一起加热,容易异构变成容易异构变成1,2-二氢化萘二氢化萘:(B)加成反应加成反应-氢化氢化加热加
13、热12341,2-1,2-二氢化萘二氢化萘在更高温度下在更高温度下,用钠和戊醇使萘还原得四氢化萘用钠和戊醇使萘还原得四氢化萘.萘的催化加氢萘的催化加氢(反应条件不同反应条件不同,产物不同产物不同):十氢化萘十氢化萘四氢化萘四氢化萘四氢化萘四氢化萘(萘满萘满)-沸点沸点270.2;十氢化萘十氢化萘(萘烷萘烷),沸点沸点191.7.所以都是良好的所以都是良好的高沸点溶剂高沸点溶剂.生成生成(1,2,3,4-)四氢化萘和十氢化萘四氢化萘和十氢化萘:反式反式十氢化萘十氢化萘 沸点沸点185顺式顺式十氢化萘十氢化萘 沸点沸点194可将一个环看成另一个环上的可将一个环看成另一个环上的两个取代基两个取代基:
14、反式的两个取代基均为反式的两个取代基均为:e键键 顺式的两个取代基为顺式的两个取代基为:一个为一个为e键和一个键和一个a键键 取代基在取代基在e键多的稳定键多的稳定,反式构象比顺式稳定反式构象比顺式稳定.十氢化萘的两种构象异构体十氢化萘的两种构象异构体萘比苯容易氧化萘比苯容易氧化,不同条件下得到不同氧化产物不同条件下得到不同氧化产物例例1:一个环被氧化成醌一个环被氧化成醌(-萘醌萘醌):例例2:一个环在强烈氧化下破裂一个环在强烈氧化下破裂:1,4-萘醌萘醌邻苯二甲酸酐邻苯二甲酸酐邻苯二酸酐是许多合成树脂邻苯二酸酐是许多合成树脂,增塑料增塑料,染料等的原料染料等的原料.(C)氧化反应氧化反应V2
15、O5(空气空气)400500CrO3,CH3COOH1015a.萘衍生物进行取代反应的定位作用比苯衍生物复杂萘衍生物进行取代反应的定位作用比苯衍生物复杂.b.第二取代基的位置由第二取代基的位置由原有取代基的性质和位置原有取代基的性质和位置以及以及 反应条件反应条件来决定来决定.但由于但由于 位的活性高位的活性高,在一般条件下在一般条件下,第二取代基容易进入第二取代基容易进入 位位.c.环环上上的的原原有有取取代代基基还还决决定定第第二二取取代代基基是是“同同环环取取代代”还是还是“异环取代异环取代”.(3)萘环的取代规律萘环的取代规律 由由于于邻邻、对对位位定定位位基基能能使使与与其其连连接接
16、的的环环活活化化,第第二个取代基就进入该环二个取代基就进入该环,即发生即发生“同环取代同环取代”.若若原原来来取取代代基基是是在在 位位,则则第第二二取取代代基基主主要要进进入入同同环的另一环的另一 位位.主要产物主要产物对羟基萘磺酸对羟基萘磺酸例例:(A)当第一个取代基是当第一个取代基是邻邻、对位对位定位基时定位基时:(主要产物主要产物)10:1(次要产物次要产物)特例特例(不符合规律不符合规律):若原来取代基是在若原来取代基是在 位位,则第二取代基主要进入则第二取代基主要进入同环同环相邻相邻的的 位位.间间位位定定位位基基使使与与其其连连接接的的环环钝钝化化,第第二二个个取取代代基基便便进
17、进入入另另一一环环上上,发发生生“异异环环取取代代”;不不论论原原有有取取代代基基是是在在 位还是在位还是在 位位,第二取代基一般进入第二取代基一般进入另一环上的另一环上的 位位.例例2:例例1:(B)当第一个取代基是当第一个取代基是间位间位定位基时定位基时萘的反应总结萘的反应总结CrO3,CH3COOH1015V2O5(空气空气)400500Pt/H2Ni/H2Na/EtOH165651651,4-1,4-二氢化萘二氢化萘1,1,2-2-二氢化萘二氢化萘1,4-1,4-萘醌萘醌邻苯二甲酸酐邻苯二甲酸酐十氢化萘十氢化萘四氢化萘四氢化萘-萘磺酸萘磺酸-萘磺酸萘磺酸 下列化合物一元亲电取代反应的主
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