芳卤化合物和芳磺酸 (2)精选文档.ppt

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1、芳卤化合物和芳磺酸本讲稿第一页，共六十一页第一节芳卤化合物(一)芳卤化合物的命名(二)芳卤化合物的制法(三)芳卤化合物的物理性质(四)芳卤化合物的化学性质本讲稿第二页，共六十一页第十一章芳卤化合物和芳磺酸第一节芳卤化合物芳烃分子中的氢原子被卤素原子取代后的化合物称为芳卤化合物，或称为卤代芳烃。根据卤素原子与芳环的相对位置不同，卤代芳烃可分为三类：本讲稿第三页，共六十一页(一)芳卤化合物的命名将卤原子看成取代基。例：本讲稿第四页，共六十一页(二)芳卤化合物的制法(1)直接卤化(2)氯甲基化(3)由重氮盐制备本讲稿第五页，共六十一页(二)芳卤化合物的制法(1)直接卤化直接卤化 亲电取代时，亲电取代

2、时，X-上苯环；自由基取代时，上苯环；自由基取代时，X-上侧链上侧链位。位。本讲稿第六页，共六十一页(2)氯甲基化氯甲基化(3)由重氮盐制备由重氮盐制备 本讲稿第七页，共六十一页(三)芳卤化合物的物理性质卤代芳烃不溶于水而易溶于有机溶剂；卤苯型卤代芳烃略有香味；卤苄型卤代芳烃一般具有刺激性和催泪作用。熔点和沸点熔点和沸点 m.p：分子对称性，熔点；b.p:分子间作用力，沸点。对二卤苯熔点最高，邻二卤苯沸点最高。光谱性质光谱性质例：例：对氯甲苯的核磁共振谱核磁共振谱。(高291)本讲稿第八页，共六十一页(四)芳卤化合物的化学性质(1)苯环的位置对卤原子活泼性的影响(甲)卤苯型卤代物的特殊稳定性(

3、乙)苄基型卤代物的特殊活泼性(2)芳环上的亲核取代反应(甲)水解(乙)氨解(3)芳环上亲核取代反应的机理(甲)加成-消除机理(乙)消除-加成机理(苯炔机理)(4)与金属的作用(甲)Grignard试剂的生成(乙)芳基锂试剂的生成(丙)Wurtz-Fittig反应(丁)Ulmann反应(5)芳环上的亲电取代反应本讲稿第九页，共六十一页(四)芳卤化合物的化学性质(1)苯环的位置对卤原子活泼性的影响苯环的位置对卤原子活泼性的影响三种卤代芳烃的活泼性顺序：苄基型隔离型卤苯型。C6H5CH2ClC6H5CH2CH2ClC6H5Cl两类反应：卤原子的反应；芳环上的亲电取代反应。本讲稿第十页，共六十一页(甲

4、甲)卤苯型卤代物的特殊稳定性卤苯型卤代物的特殊稳定性 在一般条件下，ArX中的卤原子不易被中的卤原子不易被OH-、RO-、CN-、NH3等核试剂取等核试剂取代；代；不与不与AgNO3的醇溶液起反应；的醇溶液起反应；不能做为付氏反应的烃基化试剂使用不能做为付氏反应的烃基化试剂使用。Why?例：ArX中的中的C-X键具有部分双键性质，难以断开键具有部分双键性质，难以断开!本讲稿第十一页，共六十一页 杂化轨道理论的解释：杂化轨道理论的解释：共振论的解释：共振论的解释：本讲稿第十二页，共六十一页(乙乙)苄基型卤代物的特殊活泼性苄基型卤代物的特殊活泼性这类卤代物中的卤原子活泼：易发生易发生SN1和和SN

5、2反应；反应；易与易与AgNO3的醇溶液起反应；的醇溶液起反应；还可做为付氏反应的烃基化试剂使用还可做为付氏反应的烃基化试剂使用。例1：本讲稿第十三页，共六十一页例2：例3：(区别三种不同的卤代芳烃)为什么苄基型卤代芳烃具有特殊的活泼性为什么苄基型卤代芳烃具有特殊的活泼性?本讲稿第十四页，共六十一页SN2：SN1：ArCH2X中的中的C-X键具有特殊的活泼性，容易断开键具有特殊的活泼性，容易断开!本讲稿第十五页，共六十一页(2)芳环上的亲核取代反应芳环上的亲核取代反应(甲甲)水解水解氯苯曾经是一个重要的化工原料，用来大量制造苯酚，但因能耗高，污染严重而遭到淘汰。但是，若卤素原子的邻、对位有硝基

6、等强吸电子基时，水解反应容易进行：本讲稿第十六页，共六十一页例：本讲稿第十七页，共六十一页(乙乙)氨解氨解本讲稿第十八页，共六十一页(3)芳环上亲核取代反应的机理芳环上亲核取代反应的机理(甲甲)加成加成-消除机理消除机理显然，当芳环上有吸电子基时，将会使负电荷得到有效分散，有利于碳负离子中间体的稳定，从而使反应速度加快：本讲稿第十九页，共六十一页反之，当芳环上连有R-、RO-等供电子基时，将会使碳负离子趋于更不稳定，水解及亲核取代反应更难进行。所以，卤素原子的邻、对位有硝基等强吸电子基时，水解及亲核取代反应容易进行：本讲稿第二十页，共六十一页(乙乙)消除消除-加成机理加成机理(苯炔机理苯炔机理

7、)当苯环上没有较强的吸电子基存在时，卤原子被取代的反应是按照消除-加成机理进行的：(高P297图11-6)例：本讲稿第二十一页，共六十一页(4)与金属的作用与金属的作用(甲甲)Grignard试剂的生成试剂的生成ArMgX型格氏试剂以及在合成上的应用与RMgX相似，都可用来制备醇。本讲稿第二十二页，共六十一页(乙乙)芳基锂试剂的生成芳基锂试剂的生成与烷基锂的化学性质相似，芳基锂的亲核性和碱性均比相应的格氏试剂强，在合成应用中，有机锂一般充作中间体，不须分离即可直接使用。本讲稿第二十三页，共六十一页(丙丙)Wurtz-Fittig反应反应此反应可以用来制备直链烷烃取代的芳烃。但它仅适用于不含有羟

8、基、羰基、硝基等官能团的化合物。本讲稿第二十四页，共六十一页(丁丁)Ulmann反应反应氯苯和溴苯亦可发生此反应，但要困难一些。但卤素原子的邻、对位有吸电子基时，可以促进反应的进行。例如：本讲稿第二十五页，共六十一页(5)芳环上的亲电取代反应芳环上的亲电取代反应卤原子是使芳环钝化的第一类定位基。例如，氯苯比苯难硝化，新引入的硝基进入氯的邻、对位：本讲稿第二十六页，共六十一页第二节芳磺酸(一)芳磺酸的命名(二)芳磺酸的制法(三)芳磺酸的物理性质(四)芳磺酸的化学性质(五)芳磺酰氯和芳磺酰胺(六)烷基苯磺酸钠和表面活性剂(七)离子交换树脂本讲稿第二十七页，共六十一页第二节芳磺酸(一一)芳磺酸的命名

9、芳磺酸的命名以磺酸为母体。例如：本讲稿第二十八页，共六十一页(二)芳磺酸的制法(1)直接磺化法直接磺化法本讲稿第二十九页，共六十一页(2)间接磺化法间接磺化法苄基磺酸钠2,4-二硝基苯磺酸钠亲核取代苄基磺酸2,4-二硝基苯磺酸本讲稿第三十页，共六十一页(三)芳磺酸的物理性质芳磺酸为不易挥发的无色晶体，易溶于水，不溶或微溶于非极性有机溶剂。芳磺酸及其钾、钠、钙、钡、铅盐均溶于水，因此在有机物中引入磺酸基可大大提高其水溶性。本讲稿第三十一页，共六十一页(四)芳磺酸的化学性质(1)酸性(2)磺基中羟基的反应(3)磺基的反应(甲)水解(乙)碱熔与其它亲核取代反应(4)芳环上的亲电取代反应本讲稿第三十二

10、页，共六十一页(四)芳磺酸的化学性质磺基上的反应：酸性；磺基中的羟基被取代；磺酸基被取代。芳环上的反应：芳磺酸比苯更难发生亲电取代反应。本讲稿第三十三页，共六十一页(1)酸性酸性磺酸属于有机强酸，其酸性与硫酸相当，可与碱成盐，也可与NaCl建立平衡而成盐：利用芳磺酸的酸性，可用其代替硫酸作催化剂，副反应少，污染少。本讲稿第三十四页，共六十一页(2)磺基中羟基的反应磺基中羟基的反应磺基中的羟基也可被氯原子取代，生成磺酰氯：磺酰氯也常用芳烃与过量的氯磺酸反应制得：本讲稿第三十五页，共六十一页(3)磺基的反应磺基的反应(甲甲)水解水解水解反应是磺化反应的逆反应。在酸催化下，磺基或其钠盐与水共热，可脱

11、去磺基，反应的实质是H+作为亲电试剂进攻芳环的亲电取代反应。利用磺基的水解反应，可在有机合成中进行“占位”。例如：本讲稿第三十六页，共六十一页(乙乙)碱熔与其它亲核取代反应碱熔与其它亲核取代反应这是工业上制酚的方法之一。但反应物分子中不宜含有硝基和卤原子，因为硝基化合物易与碱反应，卤原子可被羟基取代。本讲稿第三十七页，共六十一页其它亲核试剂也可与芳磺酸盐发生亲核取代反应：本讲稿第三十八页，共六十一页(4)芳环上的亲电取代反应芳环上的亲电取代反应磺基是吸电子基，它使苯环致钝，亲电取代反应活性降低，新引入基上间位。例如：注意注意：芳磺酸一般不进行酰基化反应、烷基化反应及氯甲基化芳磺酸一般不进行酰基

12、化反应、烷基化反应及氯甲基化反应反应!因为这些反应的进攻试剂的亲电性太弱。本讲稿第三十九页，共六十一页(五)芳磺酰氯和芳磺酰胺芳磺酰氯中的氯原子不如羧酸酰氯中的氯原子活泼，只发生微弱的水解。但在碱存在下，仍可顺利地水解、醇解和氨解：本讲稿第四十页，共六十一页芳磺酰氯可作为磺酰化试剂，在芳环上引入磺酰基生成砜：芳基磺酰氯亦可被还原：本讲稿第四十一页，共六十一页芳磺酰氯在某些有机物的合成、胺的鉴别、分离以及反应机理的研究中具有一定的重要性。A.取代醇羟基：取代醇羟基：本讲稿第四十二页，共六十一页B.亲核取代反应的立体化学亲核取代反应的立体化学 本讲稿第四十三页，共六十一页(2)芳磺酰胺芳磺酰胺芳磺

13、酰胺可看成是芳磺酸分子中的羟基被氨基取代后的化合物。它通常是由芳磺酰氯与氨、伯胺、仲胺作用而得：糖精和磺胺药物都是芳磺酰胺的重要衍生物：本讲稿第四十四页，共六十一页糖精的制法：本讲稿第四十五页，共六十一页(六)烷基苯磺酸钠和表面活性剂(1)烷基苯磺酸钠(2)表面活性剂(甲)阴离子表面活性剂(乙)阳离子表面活性剂(丙)两性离子表面活性剂(丁)非离子表面活性剂本讲稿第四十六页，共六十一页(六)烷基苯磺酸钠和表面活性剂(1)烷基苯磺酸钠烷基苯磺酸钠十二烷基苯磺酸钠是市售合成洗涤剂的主要成分。它可由下列方法制得：十二烷基苯磺酸钠具有两亲结构，即分子中同时含有亲水基和亲油基：本讲稿第四十七页，共六十一页

14、它能去污的原理是它能够降低水的表面张力，使油污变成微小的油珠，分散于水中。本讲稿第四十八页，共六十一页(2)表面活性剂表面活性剂表面活性剂能显著降低水的表面张力，但至某一浓度时，表面张力趋于一定值的物质。表面活性剂的结构特点是分子中同时含有亲水基和亲油基。(甲甲)阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂起表面活性作用的部分为阴离子。例如：阴离子表面活性剂一般具有优良的去污能力和良好的起泡性，是市售洗涤剂的主要成分。阴离子表面活性剂还可用作乳化剂、渗透剂、润湿剂等。本讲稿第四十九页，共六十一页(乙乙)阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂起表面活性作用的部分为阳离子。例如：阳离子表面活性剂的洗涤性能一般不是很

15、好，但其杀菌、防霉性能显著，主要用作乳化剂、润湿剂、抗静电剂等。本讲稿第五十页，共六十一页(丙丙)两性离子表面活性剂两性离子表面活性剂分子中同时含有阴、阳离子的表面活性剂。例如：两性离子表面活性剂是一类新型的表面活性剂，一般与其它离子型的表面活性剂有良好的相容性和配伍性，还具有良好的柔软和抗静电作用。本讲稿第五十一页，共六十一页(丁丁)非离子表面活性剂非离子表面活性剂 起表面活性作用的部分不带电荷。例如：非离子表面活性剂化学性质稳定，乳化性能强，不起泡，耐酸、碱，耐电解质能力强，与其它表面活性剂的配伍性好，是一类发展迅速，用途广泛的表面活性剂。本讲稿第五十二页，共六十一页(七)离子交换树脂(1

16、)阳离子交换树脂(2)阴离子交换树脂(3)无离子水的制备本讲稿第五十三页，共六十一页(七)离子交换树脂(1)阳离子交换树脂阳离子交换树脂苯乙烯与少量二乙烯基苯共聚，可得到交联聚苯乙烯：本讲稿第五十四页，共六十一页将交联聚苯乙烯制成微孔状小球，再在苯环上引入磺酸基、羧基、氨基等，可得到各种阳离子交换树脂：阳离子交换树脂能够交换阳离子。例如：阳离子交换树脂还能代替硫酸作催化剂，产率高，污染少，便于分离。本讲稿第五十五页，共六十一页(2)阴离子交换树脂阴离子交换树脂在交联苯乙烯分子中的苯环上引入季铵碱基，则得到阴离子交换树脂：阴离子交换树脂能交换阴离子的离子交换树脂。本讲稿第五十六页，共六十一页(3)无离子水的制备无离子水的制备本讲稿第五十七页，共六十一页使用过的阴、阳离子交换树脂可分别用NaOH、HCl溶液再生，以便继续使用。本讲稿第五十八页，共六十一页本章重点：本章重点：芳卤化合物的化学性质：水解、氨解、芳环上的亲核取代、亲电取代等；卤原子与芳环的相对位置对卤原子活泼性的影响；芳磺酸的化学性质：酸性、芳基磺酰氯的生成、磺基的水解、碱熔等。本讲稿第五十九页，共六十一页对氯甲苯的NMR本讲稿第六十页，共六十一页本讲稿第六十一页，共六十一页