有机化学-芳烃教学课件

有机化学有机化学-芳烃芳烃46、法律有权打破平静。马格林47、在一千磅法律里，没有一盎司仁爱。英国48、法律一多，公正就少。托富勒49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处罚才能使犯罪得到偿还。达雷尔50、弱者比强者更能得到法律的保护。威厄尔第一节第一节 苯的结构苯的结构C6H6一、凯库勒（一、凯库勒（Kekule)结构结构简写为简写为1825年年 法拉第发现了苯法拉第发现了苯1857年年 凯库勒提出碳四价凯库勒提出碳四价1858年年 凯库勒提出苯分子具有环状结构凯库勒提出苯分子具有环状结构1865年年 提出摆动双键学说。提出摆动双键学说。二、苯分子结构的近代概念二、苯分子结构的近代概念C6H6：正六边形、共平面正六边形、共平面键角：键角：120键长：键长：C-C 0.1397nm(C-C:0.154nm,C=C:0.134nm）杂化轨道理论：杂化轨道理论：苯分子中的碳原子都是以苯分子中的碳原子都是以sp2杂化轨道成键的，故杂化轨道成键的，故键角均为键角均为120，所有原子均在同一平面上，所有原子均在同一平面上 未参与杂化的未参与杂化的p轨道都垂直于碳环平面，彼此侧面重叠，形成一个轨道都垂直于碳环平面，彼此侧面重叠，形成一个封闭的共轭体系，由于共轭效应使封闭的共轭体系，由于共轭效应使电子高度离域，电子云完全平电子高度离域，电子云完全平均化，故无单双键之分。均化，故无单双键之分。分子轨道理论：分子轨道理论：分子中六个分子中六个p轨道线形组合成六个轨道线形组合成六个分子轨道，其分子轨道，其中三个成键轨道，三个反键轨道。在基态时，苯分子的六个中三个成键轨道，三个反键轨道。在基态时，苯分子的六个电子成对电子成对填入三个成键轨道，其能量比原子轨道低，所以苯分子稳定，体系能量填入三个成键轨道，其能量比原子轨道低，所以苯分子稳定，体系能量 较低较低。苯分子的大苯分子的大键是三个成键轨道叠加的结果，由于键是三个成键轨道叠加的结果，由于电子都是离域的，所电子都是离域的，所以碳碳键长完全相同。以碳碳键长完全相同。三、共振论三、共振论(resonance theory)简介简介 美国理论化学家鲍利为了弥补经典结构理论的不足美国理论化学家鲍利为了弥补经典结构理论的不足于于1933年提出共振论。年提出共振论。四、四、苯的表达方式苯的表达方式价键式价键式分子轨道离域式分子轨道离域式一、异构现象一、异构现象2二烃基苯有三种位置异构二烃基苯有三种位置异构3.三取代苯有三种位置异构三取代苯有三种位置异构 第二节第二节 芳烃的异构及其命名芳烃的异构及其命名1烃基苯有烃基的异构烃基苯有烃基的异构 苄基苄基（benzyl）（phenyl methyl)苯基苯基 (Ph)（C6H5-）苄基苄基 (Bz)（C6H5CH2-）芳烃分子去掉一个氢原子所剩下的基团称为芳基（芳烃分子去掉一个氢原子所剩下的基团称为芳基（Aryl）用用Ar表示。重要的芳基有：表示。重要的芳基有：苯苯（Benzene）苯基苯基（phenyl）甲苯甲苯二、单环芳烃的命名二、单环芳烃的命名1、一取代苯的命名、一取代苯的命名1）以苯环为母体）以苯环为母体 甲苯甲苯methylbenzene toluene 异丙苯异丙苯isopropylbenzene cumene 乙苯乙苯ethylbenzene2 2）以苯环为取代基）以苯环为取代基）以苯环为取代基）以苯环为取代基 苯乙烯苯乙烯phenyl ethylene 2-甲基甲基-3-苯基戊烷苯基戊烷2-methyl-3-phenylpentane 苯乙炔苯乙炔phenyl acetylene2、二取代苯与多取代苯的命名、二取代苯与多取代苯的命名邻二甲苯邻二甲苯1,2-二甲苯二甲苯o-二甲苯二甲苯o-dimethylbenzeneo-xylene间二甲苯间二甲苯1,3-二甲苯二甲苯m-二甲苯二甲苯m-dimethylbenzenem-xylene对二甲苯对二甲苯1,4-二甲苯二甲苯p-二甲苯二甲苯p-dimethylbenzenep-xylene连三甲苯连三甲苯1,2,3-三甲苯三甲苯1,2,3-trimethylbenzenevic-trimethylbenzene均三甲苯均三甲苯1,3,5-三甲苯三甲苯1,3,5-trimethylbenzenesym-trimethylbenzene偏三甲苯偏三甲苯1,2,4-三甲苯三甲苯1,2,4-trimethylbenzeneunsym-trimethylbenzene三、芳烃衍生物的命名三、芳烃衍生物的命名三、芳烃衍生物的命名三、芳烃衍生物的命名1 1、一取代衍生物的命名、一取代衍生物的命名、一取代衍生物的命名、一取代衍生物的命名硝基苯硝基苯nitrobenzene溴苯溴苯bromobenzene苯胺苯胺aniline苯酚苯酚phenol苯磺酸苯磺酸benzene sulfonic acid苯甲酸苯甲酸benzoic acid苯甲醛苯甲醛benzaldehyde2、多取代衍生物的命名、多取代衍生物的命名对氨基苯酚对氨基苯酚p-aminophenol对氯甲苯对氯甲苯p-chloromethylbenzene对氯苯胺对氯苯胺p-chloroaniline间羟基苯甲醛间羟基苯甲醛m-hydroxybenzaldehyde顺序法则：在以下取代基中，排在后面的与苯环一起做母体，顺序法则：在以下取代基中，排在后面的与苯环一起做母体，排在前面的命名时作为取代基排在前面的命名时作为取代基2,4,6-三硝基苯酚三硝基苯酚 （苦味酸）（苦味酸）2,4,6-三硝基甲苯三硝基甲苯 （TNT）1、熔、沸点：与取代基的结构及取代基的相对位置有关。2、溶解性：芳烃类分子不溶于水，与有机溶剂相溶性很好。3、毒性：有毒，特别是稠环芳烃，强致癌物。第三节第三节 芳烃的物理性质芳烃的物理性质第四节第四节第四节第四节 苯及其衍生物的化学性质苯及其衍生物的化学性质苯及其衍生物的化学性质苯及其衍生物的化学性质CCCCCCHHHHHH2.2.加成反应加成反应3.3.芳烃侧链反应（氧化反应、氯化反应）芳烃侧链反应（氧化反应、氯化反应）1.1.苯环上亲电取代反应苯环上亲电取代反应 烷基化反应烷基化反应硝化反应硝化反应磺化反应磺化反应卤化反应卤化反应酰基化反应酰基化反应 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和氧化反应一、苯环上亲电取代反应一、苯环上亲电取代反应 -络合物络合物-络合物络合物1.卤化反应卤化反应 硝化、磺化、卤化、付氏烷基化和酰基化硝化、磺化、卤化、付氏烷基化和酰基化+Cl2FeCl3+58%(bp159oC)42%(bp162oC)+Br2FeBr3130-140oC+HBr75%2.2.硝化反应硝化反应 硝基苯硝化：硝基苯硝化：烷基苯的硝化：烷基苯的硝化：氯苯的硝化：氯苯的硝化：3.磺化反应：可逆磺化反应：可逆 甲苯的磺化：甲苯的磺化：苯磺酸的磺化苯磺酸的磺化:磺化作用磺化作用1 1）芳磺酸是强酸，酸性接近硫酸，磺酸基水溶性很大，在苯环中引入）芳磺酸是强酸，酸性接近硫酸，磺酸基水溶性很大，在苯环中引入）芳磺酸是强酸，酸性接近硫酸，磺酸基水溶性很大，在苯环中引入）芳磺酸是强酸，酸性接近硫酸，磺酸基水溶性很大，在苯环中引入磺酸基，可增大有机物的水溶性。磺酸基，可增大有机物的水溶性。磺酸基，可增大有机物的水溶性。磺酸基，可增大有机物的水溶性。2 2）磺化反应是可逆反应，在有机合成中起到占位作用和位置保护作用。）磺化反应是可逆反应，在有机合成中起到占位作用和位置保护作用。）磺化反应是可逆反应，在有机合成中起到占位作用和位置保护作用。）磺化反应是可逆反应，在有机合成中起到占位作用和位置保护作用。4.Friedel-Crafts烷基化反应烷基化反应一般形式一般形式:X=Cl,Br反应特点：反应特点：易发生多取代，烷基易发生重排，反应可逆，低活易发生多取代，烷基易发生重排，反应可逆，低活 性的芳烃衍生物不反应。性的芳烃衍生物不反应。70%30%反应机理反应机理:微量HCl95C+CH3CH=CH2BF3CHCH3CH3微量HCl 烷基化试剂也可用醇、烯烃烷基化试剂也可用醇、烯烃,催化剂可用催化剂可用Leiws酸或质酸或质子酸催化子酸催化(AlCl3,BF3,HF,H2SO4,H3PO4)5.Friedel-Crafts酰基化反应酰基化反应 反应特点：反应特点：“催化剂催化剂”用量不同，单取代，反应不可逆，用量不同，单取代，反应不可逆，低活低活 性芳香烃衍生物不反应性芳香烃衍生物不反应?二、加成反应（一般不容易发生）二、加成反应（一般不容易发生）C2H5OHNa NH3(l)伯奇还原（伯奇还原（Birch reduction)苯环一般不易氧化，在特定激烈的条件下，苯环可被氧化破环苯环一般不易氧化，在特定激烈的条件下，苯环可被氧化破环烷基苯（有烷基苯（有-H时）侧链易被氧化成羧酸时）侧链易被氧化成羧酸三、氧化反应三、氧化反应 当与苯环相连的侧链碳（当与苯环相连的侧链碳（-C）上）上无无氢原子（氢原子（-H）时，该侧）时，该侧链链不能被氧化。不能被氧化。四、四、a-a-氢的卤代反应：类似于烯烃氢的卤代反应：类似于烯烃第五节第五节 苯环的亲电取代定位效应苯环的亲电取代定位效应一、取代基的定位效应一、取代基的定位效应理论上理论上 40%40%20%实际结果并非如此，亲电试剂的位置与原取代基电子效应实际结果并非如此，亲电试剂的位置与原取代基电子效应与空间效应有关。与空间效应有关。取代苯硝化时相对速率与异构体分布取代苯硝化时相对速率与异构体分布取代基定位及活化、钝化作用取代基定位及活化、钝化作用:第一类定位基结构特点：与苯环直接相连的原子都是第一类定位基结构特点：与苯环直接相连的原子都是单键单键，有，有孤对孤对电子电子（烷基和苯基除外）。（烷基和苯基除外）。第二类定位基结构特点：与苯环直接相连的原子有强极性第二类定位基结构特点：与苯环直接相连的原子有强极性不饱和键不饱和键或有或有正电荷正电荷（CFCF3 3，CClCCl3 3例外）。例外）。CH2Cl二、定位规律的应用二、定位规律的应用 1、预测主要产物、预测主要产物 单取代苯：依据定位规律单取代苯：依据定位规律 二取代苯：二取代苯：（A）两个基团作用一致，定位作用加强两个基团作用一致，定位作用加强 （B）两个基团作用不一致）两个基团作用不一致 （a）两基团属同一类，由强定位基决定）两基团属同一类，由强定位基决定（b）两基团不属同类，由邻对位基决定）两基团不属同类，由邻对位基决定2、设计合成路线、设计合成路线1、2、51、天下之事常成于困约，而败于奢靡。、天下之事常成于困约，而败于奢靡。陆游陆游52、生命不等于是呼吸，生命是活动。、生命不等于是呼吸，生命是活动。卢梭卢梭53、伟大的事业，需要决心，能力，组织和责任感。、伟大的事业，需要决心，能力，组织和责任感。易卜生易卜生54、唯书籍不朽。、唯书籍不朽。乔特乔特55、为中华之崛起而读书。、为中华之崛起而读书。周恩来周恩来谢谢！