暨南大学有机无机化学第六章-芳香烃01课件.ppt
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1、第六章第六章 芳香烃类化合物芳香烃类化合物任课教师:曾向潮 生科院 化学系第六章第六章 芳香烃类化合物芳香烃类化合物(一)芳烃的构造异构和命名(一)芳烃的构造异构和命名(二)苯的结构(二)苯的结构(三)单环芳烃的来源(三)单环芳烃的来源(四)单环芳烃的物理性质(四)单环芳烃的物理性质(五)单环芳烃的化学性质(五)单环芳烃的化学性质(六)苯环上取代反应的定位规则(六)苯环上取代反应的定位规则(七)稠环芳烃(七)稠环芳烃(八)芳香性(八)芳香性(九)多官能团化合物的命名(九)多官能团化合物的命名 本章重点:本章重点:苯环的结构与其特殊稳定性;苯环的结构与其特殊稳定性;苯环上的亲电取代反应;苯环上的
2、亲电取代反应;苯环上亲电取代反应的定位规律;苯环上亲电取代反应的定位规律;萘萘的的结结构构与与化化学学性性质质,定定位位规规律律在在萘萘及及其其衍生物中的应用;衍生物中的应用;Hckel规则与芳香性。规则与芳香性。n芳芳烃烃芳芳香香族族碳碳氢氢化化合合物物。含含有有苯苯环环的的一一大大类类C、H化合物。化合物。“芳香芳香”二字的含义:二字的含义:过过去去:天天然然产产物物中中许许多多有有香香味味的的物物质质分分子子中中都含有苯环。都含有苯环。现现在在:闭闭环环共共轭轭体体系系、共共轭轭电电子子数数符符合合Hckel 4n+2规则、以及特殊的化学性质。规则、以及特殊的化学性质。n从从化化学学性性
3、质质看看,芳芳香香性性易易进进行行离离子子型型取取代代反应,不易加成、氧化,并具有特殊的稳定性。反应,不易加成、氧化,并具有特殊的稳定性。n芳香族化合物芳香族化合物具有芳香性的一大类有机化具有芳香性的一大类有机化合物。合物。芳烃按其结构分为三类:芳烃按其结构分为三类:芳烃按其结构分为三类:芳烃按其结构分为三类:芳烃按其结构分为三类:芳烃按其结构分为三类:(一)芳烃的构造异构和命名(一)芳烃的构造异构和命名(1)构造异构)构造异构 一元取代只有一个结构式,二、三、四元取代各有一元取代只有一个结构式,二、三、四元取代各有三个异构体。例:三个异构体。例:(2)命名)命名 命名时,一般以芳环为取代基,
4、也可以芳环为母体。具命名时,一般以芳环为取代基,也可以芳环为母体。具体情况,具体对待,当体情况,具体对待,当R为饱和烃基时,一般芳环为母体。为饱和烃基时,一般芳环为母体。C6H5 苯基(苯基(Ph););C6H5CH2 苄基苄基;Ar 芳基(芳环上去掉一个氢后,所剩下的原子团);芳基(芳环上去掉一个氢后,所剩下的原子团);(二)苯的结构苯的结构(1)价键理论)价键理论(2)分子轨道理论)分子轨道理论(3)共振论对苯分子结构的解释)共振论对苯分子结构的解释(二)苯的结构苯的结构(1)价键理论)价键理论(2)分子轨道理论)分子轨道理论(3)共振论对苯分子结构的解释)共振论对苯分子结构的解释(二二)
5、苯的结构苯的结构 仪器测得:仪器测得:苯分子中苯分子中12个原子共平面。所有的个原子共平面。所有的C-C键长为键长为0.140nm,所有的,所有的C-H键长为键长为0.104nm,键角,键角CCH及及CCC均为均为120。(二二)苯的结构苯的结构 仪器测得:仪器测得:苯分子中苯分子中12个原子共平面。所有的个原子共平面。所有的C-C键长为键长为0.140nm,所有的,所有的C-H键长为键长为0.104nm,键角,键角CCH及及CCC均为均为120。(1)价键理论)价键理论 Kekul于于1865年对苯的结构提出了一个设想:年对苯的结构提出了一个设想:在在19世纪,世纪,Kekul提出的苯的结构
6、式是最满意的一提出的苯的结构式是最满意的一种。它成功地解释了许多实验事实,但不能解释苯环种。它成功地解释了许多实验事实,但不能解释苯环的特殊稳定性及苯只有一种邻二取代物。的特殊稳定性及苯只有一种邻二取代物。杂化轨道理论的解释:杂化轨道理论的解释:苯分子中苯分子中12个原子共面,其中六个碳原子均采取个原子共面,其中六个碳原子均采取sp2杂化,每个碳原子上还剩下一个与杂化,每个碳原子上还剩下一个与平面平面的的p轨道,相轨道,相互之间以肩并肩重叠形成互之间以肩并肩重叠形成66大大键。键。66是离域的大是离域的大键,其离域能为键,其离域能为152KJ/mol,体系稳定,体系稳定,能量低,不易开环(即不
7、易发生加成、氧化反应)。能量低,不易开环(即不易发生加成、氧化反应)。C=C的氢化热为的氢化热为-120kJ/mol,3(-120kJ/mol)=-360kJ/mol,但,但苯的氢化热为苯的氢化热为-208kJ/mol 处于处于66大大键中的键中的电子高度离域,电子云完全平均化,电子高度离域,电子云完全平均化,像两个救生圈分布在苯分子平面的上下侧像两个救生圈分布在苯分子平面的上下侧,在结构中并无在结构中并无单双键之分,是一个闭合的共轭体系。单双键之分,是一个闭合的共轭体系。苯的结构苯的结构苯的结构苯的结构结论:结论:苯的结构很稳定,其苯的结构很稳定,其电子高度离域,键长完全平均化电子高度离域,
8、键长完全平均化。苯分子结构的表示方法:苯分子结构的表示方法:(三)单环芳烃的来源(三)单环芳烃的来源(1)从煤焦油分离)从煤焦油分离(2)从石油裂解产品中分离)从石油裂解产品中分离石油裂解制乙烯、丙烯时的副产品。(3)芳构化)芳构化环烷烃或烷烃在铂催化下脱氢形成芳烃。铂重整。(三)单环芳烃的来源(三)单环芳烃的来源(1)从煤焦油分离)从煤焦油分离(2)从石油裂解产品中分离)从石油裂解产品中分离石油裂解制乙烯、丙烯时的副产品。(3)芳构化)芳构化环烷烃或烷烃在铂催化下脱氢形成芳烃。铂重整。(四)单环芳烃的物理性质(四)单环芳烃的物理性质 单环芳烃不溶于水,比重小于单环芳烃不溶于水,比重小于1,b
9、.p随分子随分子而而,n 单环芳烃的单环芳烃的IR谱图特征:谱图特征:CH吸收大于3000cm1(31003010cm-1);1600、1500、1580、1450cm-1处苯环吸收振动处苯环吸收振动;900650cm-1处(指纹区)一系列CH面外弯曲振动可提供苯环上的取代信息。例:邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯的IR谱图。n单环芳烃的单环芳烃的NMR谱图特征:谱图特征:苯氢苯氢7.25 例:甲苯、异丙苯的NMR谱图。(五)单环芳烃的化学性质(五)单环芳烃的化学性质(1)亲电取代反应)亲电取代反应(甲)卤代(甲)卤代(乙)硝化(乙)硝化(丙)磺化(丙)磺化(丁)(丁)Friedel-Crafts
10、反应反应(2)苯环上亲电取代反应机理)苯环上亲电取代反应机理(3)加成反应)加成反应(4)氧化反应)氧化反应(五)单环芳烃的化学性质(五)单环芳烃的化学性质(1)亲电取代反应)亲电取代反应(甲)卤代(甲)卤代(乙)硝化(乙)硝化(丙)磺化(丙)磺化(丁)(丁)Friedel-Crafts反应反应(2)苯环上亲电取代反应机理)苯环上亲电取代反应机理(3)加成反应)加成反应(4)氧化反应)氧化反应 与脂肪烃和脂环烃相比,芳香烃比较容易进行取代,与脂肪烃和脂环烃相比,芳香烃比较容易进行取代,而不容易进行加成和氧化,这种性质称为而不容易进行加成和氧化,这种性质称为芳香性芳香性。三种反应:三种反应:取代
11、取代、加成、侧链上的氧化反应加成、侧链上的氧化反应.(1)取代反应)取代反应 (甲)卤代(甲)卤代 注意:第二个卤素原子进入第一个卤素原子的邻、对位。注意:第二个卤素原子进入第一个卤素原子的邻、对位。(乙)硝化(乙)硝化 若苯环上已有取代基:若苯环上已有取代基:注意:注意:苯环活化后,第二个取代基进入第一个取代基的邻、对位;苯环活化后,第二个取代基进入第一个取代基的邻、对位;苯环钝化后,第二个取代基进入第一个取代基的间位;苯环钝化后,第二个取代基进入第一个取代基的间位;(乙)硝化(乙)硝化 若苯环上已有取代基:若苯环上已有取代基:注意:注意:苯环活化后,第二个取代基进入第一个取代基的邻、对位;
12、苯环活化后,第二个取代基进入第一个取代基的邻、对位;苯环钝化后,第二个取代基进入第一个取代基的间位;苯环钝化后,第二个取代基进入第一个取代基的间位;(丙)磺化(丙)磺化 其他磺化试剂还有其他磺化试剂还有SO3、ClSO3H(氯磺酸)等:(氯磺酸)等:(丙)磺化(丙)磺化 其他磺化试剂还有其他磺化试剂还有SO3、ClSO3H(氯磺酸)等:(氯磺酸)等:注意:注意:磺化反应可逆!磺化反应可逆!有机合成中可利用此反应有机合成中可利用此反应“占位占位”:例例1:例例2:定位效应:定位效应:如苯环上已有一个如苯环上已有一个SO3H后,苯环钝化,且第二后,苯环钝化,且第二个基团上个基团上m-;如苯环上已有
13、一个如苯环上已有一个CH3后,苯环活化,且第二个后,苯环活化,且第二个基团上基团上o-、p-。(丁)(丁)Friedel-Crafts反应(符氏反应)反应(符氏反应)(i)烷基化反应)烷基化反应 常用催化剂:无水常用催化剂:无水AlCl3(Liews酸)或酸)或H2SO4(Bronst酸)酸)例例1:例例2:符氏烷基化反应的特点及问题:符氏烷基化反应的特点及问题:多元取代多元取代 这个问题可通过控制这个问题可通过控制C6H6及及RCl的相对用量,使主的相对用量,使主要产物为一元取代。要产物为一元取代。异构化异构化 符氏烷基化反应的特点及问题:符氏烷基化反应的特点及问题:多元取代多元取代 这个问
14、题可通过控制这个问题可通过控制C6H6及及RCl的相对用量,使主的相对用量,使主要产物为一元取代。要产物为一元取代。异构化异构化 符氏烷基化反应的特点及问题:符氏烷基化反应的特点及问题:多元取代多元取代 这个问题可通过控制这个问题可通过控制C6H6及及RCl的相对用量,使主的相对用量,使主要产物为一元取代。要产物为一元取代。异构化异构化(ii)酰基化反应)酰基化反应 酸酐(酸酐()也可做为酰基化试剂。)也可做为酰基化试剂。酰基化反应不异构化、不多元取代。酰基化反应不异构化、不多元取代。如果想得到正丙苯:如果想得到正丙苯:讨论:讨论:a.符氏反应非常重要,由符氏反应可制备一系列芳香符氏反应非常重
15、要,由符氏反应可制备一系列芳香酮和苯的同系物。例如:酮和苯的同系物。例如:b.苯环上有苯环上有NO2、SO3H、COOH等吸电子基时,等吸电子基时,不能发生符氏酰基化反应。不能发生符氏酰基化反应。所以,常用硝基苯做为所以,常用硝基苯做为符符氏反应的溶剂。氏反应的溶剂。例:例:(2)苯环上亲电取代反应机理)苯环上亲电取代反应机理 苯的苯的“四化四化”反应是亲电取代反应!亲电试剂首先进攻!反应是亲电取代反应!亲电试剂首先进攻!该该反反应应分分为为两两步步进进行行,第第一一步步先先生生成成中中间间体体-络络合合物物。-络合物所带的一个正电荷分布在络合物所带的一个正电荷分布在5个碳上;个碳上;第二步,
16、第二步,失去质子,重新恢复苯环的稳定结构,最失去质子,重新恢复苯环的稳定结构,最后形成能量较低的取代产物。后形成能量较低的取代产物。(甲)硝化反应机理(甲)硝化反应机理n硝化反应中进攻试剂是硝化反应中进攻试剂是NO2+,浓硫酸的作用是促进,浓硫酸的作用是促进NO2+的生成:的生成:亲电试剂亲电试剂-络合物络合物(乙)卤化反应机理(乙)卤化反应机理n无无Fe或或FeX3存在时,苯不与溴或氯发生反应,所以苯存在时,苯不与溴或氯发生反应,所以苯不能使溴的四氯化碳溶液褪色。不能使溴的四氯化碳溶液褪色。n但有但有Fe或或FeX3存在时,苯可与溴或氯发生反应,其中存在时,苯可与溴或氯发生反应,其中FeX3
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- 暨南大学 有机 无机化学 第六 芳香烃 01 课件
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