大学ppt课件苯结构

第六章 芳香烃(Aromatic hydrocarbons)6.1苯的结构苯的结构6.2单环芳烃的构造异构和命名单环芳烃的构造异构和命名6.3单环芳烃的来源和制备单环芳烃的来源和制备6.4单环芳烃的物理性质单环芳烃的物理性质6.5单环芳烃的化学性质单环芳烃的化学性质6.6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1大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 第六章 芳香烃(Aromatic hydrocarbon引言n在化学发展初期，人们从天然的香树脂和香精油中提练出一在化学发展初期，人们从天然的香树脂和香精油中提练出一类碳氢化合物，它们的组成和性质与一般的脂肪族化合物明类碳氢化合物，它们的组成和性质与一般的脂肪族化合物明显不同，由于都具有芳香气味，因此，就把它们称作显不同，由于都具有芳香气味，因此，就把它们称作芳香烃芳香烃；后来又发现，这类化合物都含有苯环，因此，就把后来又发现，这类化合物都含有苯环，因此，就把苯及其衍苯及其衍生物称作芳香烃生物称作芳香烃。n随着有机化学的发展，人们研究又发现，有些化合物虽然含随着有机化学的发展，人们研究又发现，有些化合物虽然含有苯环，却没有芳香气味，有的甚至带有令人难闻的气味；有苯环，却没有芳香气味，有的甚至带有令人难闻的气味；而有的化合物虽然不含有苯环，但却具有含苯环化合物的共而有的化合物虽然不含有苯环，但却具有含苯环化合物的共同特性，即所谓的同特性，即所谓的芳香性芳香性。n因此，现在看来，芳香烃这一名词已失去了它原来的含意，因此，现在看来，芳香烃这一名词已失去了它原来的含意，单凭单凭“芳香气味芳香气味”来划分芳香烃是不科学的。那么，现在所说来划分芳香烃是不科学的。那么，现在所说的芳香烃是什么类型的化合物呢？比较的芳香烃是什么类型的化合物呢？比较科学的定义是科学的定义是：2大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 引言在化学发展初期，人们从天然的香树脂和香精油中提练出一类芳香烃的分类芳香烃：芳香烃：是指在性质上虽然高度不饱和，但却不象烯烃那样易发是指在性质上虽然高度不饱和，但却不象烯烃那样易发生亲电加成和氧化反应，而是易发生亲电取代反应。生亲电加成和氧化反应，而是易发生亲电取代反应。在结构上在结构上符合休克尔符合休克尔(Huckel)规则的碳氢化合物及其衍生物。规则的碳氢化合物及其衍生物。3大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 芳香烃的分类芳香烃：是指在性质上虽然高度不饱和，但却不象烯烃6.1 苯的结构单环芳烃是指苯及其衍生物，苯是单环芳烃的母体。因此，要掌单环芳烃是指苯及其衍生物，苯是单环芳烃的母体。因此，要掌单环芳烃的结构及其性质，首先应从苯的结构入手。单环芳烃的结构及其性质，首先应从苯的结构入手。1.凯库勒结构式凯库勒结构式19世纪，科学家们还不能用现代仪器直接测定化合物结构。世纪，科学家们还不能用现代仪器直接测定化合物结构。(1)苯是苯是1825年由年由法拉第法拉第（英）首先在煤气中发现的。（英）首先在煤气中发现的。(2)1834年年劳伦劳伦和和日拉尔日拉尔通过实验测得苯的分子式为通过实验测得苯的分子式为C6H6。(3)苯及其衍生物与许多试剂反应时，无论怎样反应，产物中都至苯及其衍生物与许多试剂反应时，无论怎样反应，产物中都至少含有少含有6个碳，这说明在单环芳烃中，含有一个个碳，这说明在单环芳烃中，含有一个由由6个碳组成个碳组成的稳定基团的稳定基团。当时，许多科学家们提出了很多设想，来建立苯的分子结构模型，当时，许多科学家们提出了很多设想，来建立苯的分子结构模型，但都不理想。但都不理想。(4)德国著名的化学家德国著名的化学家凯库勒（凯库勒（Kehule)也在从事苯的结构研究。也在从事苯的结构研究。4大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 6.1 苯的结构单环芳烃是指苯及其衍生物，苯是单环芳烃的母苯环结构的提出n他先后提出了好多模型，但都不满意。他先后提出了好多模型，但都不满意。n最后，提出了环己三烯型结构，又称作凯库勒式。最后，提出了环己三烯型结构，又称作凯库勒式。5大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 苯环结构的提出他先后提出了好多模型，但都不满意。5大学各学科苯的结构环己三烯的结构解释不了有些实验实事。环己三烯的结构解释不了有些实验实事。(1)邻位二取代应有两种，可实际只有一种。邻位二取代应有两种，可实际只有一种。(2)解释不了特殊的稳定性。解释不了特殊的稳定性。虽然高度不饱和，但在室温下却不能与溴和虽然高度不饱和，但在室温下却不能与溴和KMnO4反应。反应。(3)解释不了为什么是正六边形。解释不了为什么是正六边形。6大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 苯的结构环己三烯的结构解释不了有些实验实事。6大学各学科PP苯的结构n现代物理方法表明，苯分子是一个平面正六边形结构，键角都现代物理方法表明，苯分子是一个平面正六边形结构，键角都是是120，碳碳键长都是，碳碳键长都是0.139nm0.139nm。图示如下：。图示如下：7大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 苯的结构现代物理方法表明，苯分子是一个平面正六边形结构，键角2.杂化轨道理论2.杂化轨道理论认为：杂化轨道理论认为：苯环上苯环上的碳都的碳都是是SP2杂化。杂化。存在一个存在一个 环状大环状大 键。键。由于每个由于每个CC键之间的键之间的 键键成分是相同的，所以，键长成分是相同的，所以，键长是相等的。是相等的。8大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 2.杂化轨道理论2.杂化轨道理论认为：8大学各学科PPT课3.分子轨道理论n分子轨道理论认为，分子中六个分子轨道理论认为，分子中六个P P轨道通过线性组合，生成六个轨道通过线性组合，生成六个分子轨道，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，苯分子的六个分子的六个电子填入三个成键轨道中，其能量比原子轨道低，电子填入三个成键轨道中，其能量比原子轨道低，所以体系能量较低，使苯分子趋于稳定。所以体系能量较低，使苯分子趋于稳定。9大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 3.分子轨道理论分子轨道理论认为，分子中六个P轨道通过线性苯的分子轨道形态n基态时，苯分子的大基态时，苯分子的大键是三个成键轨道叠加的结果。键是三个成键轨道叠加的结果。10大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 苯的分子轨道形态10大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎 从氢化热看苯的稳定性从氢化热看苯的稳定性 n苯的稳定化能（苯的稳定化能（离域能离域能或或共轭能共轭能）为：）为：nE=359.1208.4=150.7KJ/mol n(1,3丁二烯是丁二烯是15KJ/mol，1,3戊二烯是戊二烯是28KJ/mol。)11大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 从氢化热看苯的稳定性 11大学各学科PPT课件 持续更新6.2 单环芳烃的构造异构和命名n1.苯环无异构现象，但当环上连有烷基取代基时，有构造异构，苯环无异构现象，但当环上连有烷基取代基时，有构造异构，命名时命名时以苯为母体，称为某基苯以苯为母体，称为某基苯。n2.当苯环上连有多个相同的取代基时，由于它们在环上相对位置当苯环上连有多个相同的取代基时，由于它们在环上相对位置的不同，可以产生位置异构。如：的不同，可以产生位置异构。如：12大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 6.2 单环芳烃的构造异构和命名1.苯环无异构现象，但当环上单环芳烃的命名n连有三个相同的烃基，习惯命名法用连有三个相同的烃基，习惯命名法用“连、偏、均连、偏、均”来区别。来区别。n3.当苯环上连有官能团或复杂的烃基，命名时，常把苯环看作取当苯环上连有官能团或复杂的烃基，命名时，常把苯环看作取代基，代基，官能团或复杂的烃为母体官能团或复杂的烃为母体。如：。如：13大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 单环芳烃的命名连有三个相同的烃基，习惯命名法用“连、偏、均”单环芳烃的命名n再如：再如：14大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 单环芳烃的命名再如：14大学各学科PPT课件 持续更新 命名(补充内容)4.当芳环上同时连有多个取代基或官能团时，命名的规则为：当芳环上同时连有多个取代基或官能团时，命名的规则为：(1)当苯环上只连的是当苯环上只连的是R-、-NO2、-X取代基团时，则以取代基团时，则以苯环为母苯环为母体体，叫做，叫做某基苯某基苯。取代基编号的优先顺序为。取代基编号的优先顺序为RXNO2，命名时，命名时，优先的放后边优先的放后边。15大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 命名(补充内容)4.当芳环上同时连有多个取代基或官能团时，命单环芳烃的命名(2)当苯环上连有多个官能团时当苯环上连有多个官能团时，以优先的官能团为母体以优先的官能团为母体，从该官从该官能团开始编号能团开始编号，其它的为取代基。命名时，取代基，其它的为取代基。命名时，取代基按次序规则中按次序规则中的顺序，优先的放后边的顺序，优先的放后边。官能团优先顺序为：官能团优先顺序为：COOHSO3HCOORCOXCNCHOCOOH(醇醇)OH(酚酚)SHNH2ORCCCC(RXNO2）16大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 单环芳烃的命名(2)当苯环上连有多个官能团时，以优先的官能团两个优先顺序的区别n官能团优先顺序与取代基优先顺序的区别：官能团优先顺序与取代基优先顺序的区别：n官能团优先顺序处理的是官能团优先顺序处理的是以谁作母体以谁作母体、从谁开始编号从谁开始编号的问题。的问题。n取代基优先顺序主要用于取代基优先顺序主要用于判断化合物的构型判断化合物的构型、解决命解决命名时取代基谁放前、谁放后名时取代基谁放前、谁放后的问题。的问题。17大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 两个优先顺序的区别官能团优先顺序与取代基优先顺序的区别：176.3单环芳烃的来源和制法n（自学）18大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 6.3单环芳烃的来源和制法（自学）18大学各学科PPT课件6.4 单环芳烃的物理性质(1)状态：一般为具有芳香气味的无色液体。状态：一般为具有芳香气味的无色液体。(2)毒性：液体和蒸气都具有较大的毒性，能造成积累性中毒。毒性：液体和蒸气都具有较大的毒性，能造成积累性中毒。(3)溶解性：不溶于水，但能溶解很多有机物质，是常用的溶剂。溶解性：不溶于水，但能溶解很多有机物质，是常用的溶剂。(4)能与水形成共沸物。如：苯水：沸点能与水形成共沸物。如：苯水：沸点69，含水，含水9%。甲苯水：沸点甲苯水：沸点85，含水，含水20%。19大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 6.4 单环芳烃的物理性质(1)状态：一般为具有芳香气味的6.5 单环芳烃的化学性质一、亲电取代反应一、亲电取代反应由苯环的结构可以看出，它的六个碳共由苯环的结构可以看出，它的六个碳共平面，而离域大平面，而离域大 键键的的电子云则分布在电子云则分布在环平面的上下方，可以预料，这种结构环平面的上下方，可以预料，这种结构有利于有利于亲电试剂亲电试剂的进攻。的进攻。20大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 6.5 单环芳烃的化学性质一、亲电取代反应20大学各学科P亲电取代反应的能量变化n在21大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 亲电取代反应的能量变化在21大学各学科PPT课件 持续更新亲电取代反应1.卤化反应卤化反应22大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 亲电取代反应1.卤化反应22大学各学科PPT课件 持续更新卤化反应甲苯比苯、卤代苯更容易卤化：甲苯比苯、卤代苯更容易卤化：Fe粉或粉或FeCl3的催化原理是先形成高活性的亲电试剂。的催化原理是先形成高活性的亲电试剂。23大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 卤化反应甲苯比苯、卤代苯更容易卤化：23大学各学科PPT课件2.硝化反应苯与浓混酸苯与浓混酸(H2SO4+HNO3)混合，很容易发生硝化反应。混合，很容易发生硝化反应。24大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 2.硝化反应苯与浓混酸(H2SO4+HNO3)混合，很容硝化反应同样甲苯比苯更容易硝化。同样甲苯比苯更容易硝化。25大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 硝化反应同样甲苯比苯更容易硝化。25大学各学科PPT课件 3.磺化反应较常见的磺化试剂是浓较常见的磺化试剂是浓H2SO4和发烟和发烟H2SO4。如果在浓。如果在浓H2SO4中反应，是可逆反应，速度较慢；如果在发烟硫酸中反应，中反应，是可逆反应，速度较慢；如果在发烟硫酸中反应，则速度较快。则速度较快。26大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 3.磺化反应较常见的磺化试剂是浓H2SO4和发烟H2SO磺化反应浓硫酸的磺化为可逆反应。浓硫酸的磺化为可逆反应。此性质可用于此性质可用于活性位置的活性位置的保护和提纯保护和提纯。27大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 磺化反应浓硫酸的磺化为可逆反应。27大学各学科PPT课件 磺化反应磺化试剂除了浓磺化试剂除了浓H2SO4和发烟和发烟H2SO4外，还有外，还有SO3和和ClSO3H。二者的磺化都是不可逆的，反应速度快，产率高。二者的磺化都是不可逆的，反应速度快，产率高。但但SO3不易使用，仅限于工业上。氯磺酸较贵，只能使用于高附不易使用，仅限于工业上。氯磺酸较贵，只能使用于高附加值的精细化工产品。加值的精细化工产品。28大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 磺化反应磺化试剂除了浓H2SO4和发烟H2SO4外，还有SO4.付克烷基化反应芳烃与卤代烷等烷基化试剂在无水芳烃与卤代烷等烷基化试剂在无水AlCl3的催化下反应，生成烷基的催化下反应，生成烷基取代的芳烃，这个反应叫取代的芳烃，这个反应叫付瑞德尔克拉夫茨付瑞德尔克拉夫茨（FriedelCrafts)烷基化反应烷基化反应，简称付克烷基化反应。，简称付克烷基化反应。29大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 4.付克烷基化反应芳烃与卤代烷等烷基化试剂在无水AlC付克烷基化反应催化剂：催化剂：AlCl3是常用的催化剂，此外是常用的催化剂，此外FeCl3、SnCl4、ZnCl2、BF3、浓、浓H2SO4、HF以及杂多酸、超强酸等都可做为催化剂。以及杂多酸、超强酸等都可做为催化剂。烷基化试剂：烷基化试剂：在反应中提供烷基的试剂叫烷基化试剂。除常用在反应中提供烷基的试剂叫烷基化试剂。除常用的卤代烃外，烯烃、醇也可做烷基化试剂。如：的卤代烃外，烯烃、醇也可做烷基化试剂。如：30大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 付克烷基化反应催化剂：AlCl3是常用的催化剂，此外FeC付克烷基化反应的特点(1)烷基苯比苯更易进行亲电取代反应，所以烷基化反应是个烷基苯比苯更易进行亲电取代反应，所以烷基化反应是个连连串反应串反应，易发生多取代。，易发生多取代。(2)烷基化反应的亲电试剂是碳正离子，所以，烷基化反应的亲电试剂是碳正离子，所以，易发生重排，得易发生重排，得到异构化产物。到异构化产物。如：如：(3)当芳环上有吸电子基团当芳环上有吸电子基团(如如NO2、SO3H、COOH、CN等等)时，则不能发生付克烷基化反应。时，则不能发生付克烷基化反应。31大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 付克烷基化反应的特点(1)烷基苯比苯更易进行亲电取代反应，5.付克酰基化反应芳烃在无水芳烃在无水AlCl3催化下，与酰氯或酸酐作用生成芳酮。因反应后催化下，与酰氯或酸酐作用生成芳酮。因反应后在芳环上引入了一个酰基，所以叫在芳环上引入了一个酰基，所以叫酰基化反应酰基化反应。如：。如：32大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 5.付克酰基化反应芳烃在无水AlCl3催化下，与酰氯或付克酰基化反应的特点(1)由于酰基是吸电子基，所以反应主要是一取代，产物单一，易由于酰基是吸电子基，所以反应主要是一取代，产物单一，易纯化。纯化。(2)不发生重排，可制得直链烃取代产物。不发生重排，可制得直链烃取代产物。(3)由于生成的由于生成的AlCl4-无法还原为无法还原为AlCl3，所以，反应一摩尔，就消，所以，反应一摩尔，就消耗一摩尔耗一摩尔AlCl3，催化剂用量很大。，催化剂用量很大。(4)当芳环上有吸电子基团当芳环上有吸电子基团(如如NO2、SO3H、COOH、CN等等)时，则不能发生付克酰基化反应。时，则不能发生付克酰基化反应。33大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 付克酰基化反应的特点(1)由于酰基是吸电子基，所以反应主要付克反应举例(1)多级付克反应多级付克反应(2)分子内付克反应分子内付克反应34大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 付克反应举例(1)多级付克反应34大学各学科PPT课件 付克反应举例分子内付克反应分子内付克反应35大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 付克反应举例分子内付克反应35大学各学科PPT课件 持6、氯甲基化反应n氯甲基化反应：将氯甲基化反应：将HCl通入苯、三聚甲醛、无水通入苯、三聚甲醛、无水ZnCl2的悬浮液的悬浮液中反应，使苯的一个氢被氯甲基所取代的反应叫氯甲基化反应。中反应，使苯的一个氢被氯甲基所取代的反应叫氯甲基化反应。n该反应的历程类似于付克烷基化反应：该反应的历程类似于付克烷基化反应：36大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 6、氯甲基化反应氯甲基化反应：将HCl通入苯、三聚甲醛、无水二、芳环的加成反应二、芳烃的加成反应二、芳烃的加成反应1.催化加氢催化加氢2.加氯在紫外光照下，苯与氯作用生成加氯在紫外光照下，苯与氯作用生成“六六六六六六”。37大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 二、芳环的加成反应二、芳烃的加成反应37大学各学科PPT课件三、芳环侧链上的反应1.H的卤代反应的卤代反应CH2CHCH3该反应仍为自由基取代反应。该反应仍为自由基取代反应。存在着存在着P 和和 P超共轭只存在着超共轭只存在着 P超共轭超共轭38大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 三、芳环侧链上的反应1.H的卤代反应CH2CH2.氧化反应对于烷基苯，由于对于烷基苯，由于 H较活泼，所以很容易从较活泼，所以很容易从 H处氧化处氧化。并。并且，不管碳链多长，产物总是苯甲酸。且，不管碳链多长，产物总是苯甲酸。实验室常用的氧化剂有：酸性实验室常用的氧化剂有：酸性K2Cr2O7、酸性、酸性KMnO4、HNO3等。等。但但如果如果饱和的碳上饱和的碳上无无 H，则不能被氧化，则不能被氧化。39大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 2.氧化反应对于烷基苯，由于H较活泼，所以很容易从氧化反应但下列化合物虽无但下列化合物虽无 H，也能被氧化。，也能被氧化。苯环较为稳定，一般不易被氧化。但在高温催化下，也能被氧化。苯环较为稳定，一般不易被氧化。但在高温催化下，也能被氧化。如：如：40大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 氧化反应但下列化合物虽无H，也能被氧化。40大学各学科P本堂课小节n1、什么是芳香烃、什么是芳香烃n2、芳香烃的分类、芳香烃的分类n3、苯的结构：凯库勒式、杂化轨道理论、分子轨道理论、苯的结构：凯库勒式、杂化轨道理论、分子轨道理论n4、单环芳烃的构造异构与命名、单环芳烃的构造异构与命名n（1）只带烃基时，以苯为母体，有碳架异构和位置异构。）只带烃基时，以苯为母体，有碳架异构和位置异构。n（2）带一个官能团或复杂的烃基时，以苯为取代基。）带一个官能团或复杂的烃基时，以苯为取代基。n（3）带多个取代基或官能团芳烃的命名（）带多个取代基或官能团芳烃的命名（重点和难点重点和难点）。）。n5、单环芳烃的物理性质、单环芳烃的物理性质n（1）状态）状态n（2）毒性）毒性n（3）溶解性）溶解性n（4）能与水形成共沸物）能与水形成共沸物41大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 本堂课小节1、什么是芳香烃41大学各学科PPT课件 持续更本堂课小节n6、单环芳烃的化学性质、单环芳烃的化学性质n一、亲电取代反应一、亲电取代反应n(1)氯化（氯化（X2+Fe或或FeCl3）n(2)硝化（硝化（HNO3H2SO4）n(3)磺化（浓磺化（浓H2SO4、发烟、发烟H2SO4、SO3、ClSO3H）n(4)付克烷基化付克烷基化(RX、烯、醇、烯、醇AlCl3)n(5)付克酰基化付克酰基化(RCOCl、(RCO)2O+AlCl3)n(6)氯甲基化氯甲基化(HCHO+HCl+ZnCl2)n二、加成反应二、加成反应n1、催化加氢、催化加氢n2、光照加氯、光照加氯42大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 本堂课小节6、单环芳烃的化学性质42大学各学科PPT课件 本堂课小节（续）n三、芳环侧链上的反应三、芳环侧链上的反应n1、氢的取代氢的取代n2、氧化反应、氧化反应43大学各学科PPT课件 持续更新 欢迎收藏 本堂课小节（续）三、芳环侧链上的反应43大学各学科PPT课件大学ppt课件苯结构