化学】2-2《芳香烃》 课件 (

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1.,十九世纪,30,年代，欧洲经历空前的技术革命，已经陆续用煤气照明，煤炭工业蒸蒸日上。,2.,煤焦油造成严重污染，要想变废为宝，必须对煤焦油进行分离提纯。,3.,煤焦油焦臭黑粘，化学家们忍受烧烤熏蒸，辛勤工作在炉前塔旁。,4.1825,年,6,月,16,日，法拉第向伦敦皇家学会报告，,发现一种新的碳氢化合物。,5.,日拉尔等化学家测定该烃分子式是,C,6,H,6,这种,烃就是苯。,凯,库勒（,1829,1896,）是德国化学家，经典有机化学结构理论的奠基人之一。,1847,年考入吉森大学建筑系，由于听了一代宗师李比希的化学讲座，被李比希的魅力所征服，结果成为化学家，他擅长从建筑学的观点研究化学问题，被人称为,“,化学建筑师,”,。,“,化学建筑师,”,凯库勒的主要贡献：,1.,用现代语言把有机化学定义为研究碳,化合物的化学。,2.,提出有机化合物中碳的四价理论。,3.,提出有机物的碳链学说。,4.,提出苯分子环状结构理论。,凯库勒的发现与他本人具备以下素质有关：,1.,广博而精深的化学知识。,2.,建筑学造诣和对空间结构的丰富想象力。,3.,很强的审美能力和丰富的审美经验。,4.,勤奋钻研的品质和执著追求的科学态度。,发现或明确,要解决的,问题,收集有关,的资料、文,献和数据,提出假说,（几种可,能性）,验证假说,得出肯定或,否定的结果,发现问题,的规律,得出结论,自然科学方法论探索科学问题的基本过程,凯库勒在,1866,年发表的,“,关于芳香族化合物的研究,”,一文中，提出两个假说：,1.,苯的,6,个碳原子形成环状闭链，即平面六角闭链。,2.,各碳原子之间存在单双键交替形式。,假说,1,根据事实提出，很快被证实：,苯的一元溴代物只有一种。,他的儿子小帕金以实验证实环状结构的假设。,假说,2,遇到麻烦。按假说,2,推知，苯的邻位二元取代物,应有两种（同分异构体）：,X,X,X,X,然而实验结果并没有发现这一情况。,凯库勒的假说,2,暴露出缺陷。,1872,年凯库勒提出补充论点：,苯分子中碳原子完全以平衡位置为中心进行振荡运动，使得相邻的两个碳原子不断反复进行相吸与相斥，双键因此不断更换位置。苯分子实际如下图所示，不断地进行两种结构的交替运动,。,1.1935,年，詹斯用,X,射线衍射法证实苯环呈,平面的正六边形。凯库勒的假说,1,被确认为是,反映客观事实的假设。,2.,经修正的凯库勒假说，逐渐被现代化学理,论所采用。,为了纪念凯库勒，他所提出的苯的结构式,被命名为凯库勒结构式，现仍被使用。但苯分,子中并没有交替存在的单、双键。,到达知识高峰的人往往是以渴望求知为动力，用尽毕生精力进行探索的人，而绝不是那些以谋取私利为目的的人。,凯库勒,（经典有机化学结构理论 的奠基的人之一,）,化学家预言第一次世界大战,1912-1913,年，德国在国际市场上大量收购石油。由于有利可图，许多国家的石油商都不惜压低价格争着与德国人做生意，但令人不可理解的是，德国人只要婆罗洲的石油，其他的一概不要，并急急忙忙地把收购到婆罗洲的石油运到德国本土去。在石油商人感到百思不得其解时,一位化学家提醒世人说：“德国人在准备发动战争了！”果然不出化学家所料，德国于,1914,年发动了第一次世界大战。,这位化学家为何知道德国将发动战争呢？这一奇怪现象引起了一位化学家的注意他经过化验，发现婆罗洲的石油成分与其他地区的不同，它含有很少的直链烃，它含有大量的苯和甲苯等芳香烃，正是适宜制造“,TNT”,烈性炸药的三硝基甲苯的基础成分。这位化学家们就是在对婆罗洲石油的化学成分进行分析之后才向世人提出历史性预言的。,第二节 芳香烃,1.,什么叫芳香烃？,分子中含有苯环的一类烃属于芳香烃,思考,2.,最简单的芳香烃是,苯,一、苯的,物理性质,（色、味、态、熔点、沸点、密度、溶解性、特性）,颜色,无色,气味,特殊气味,状态,液态,熔点,5.5,沸点,80.1,密度,比水小,毒性,有毒,溶解性,不溶于水,易溶于有机,溶剂。,易挥发,二、苯的分子结构与化学性质：,1,）结构式,2,）结构简式,3,）结构特点：,（,1,）苯分子是平面六边形的稳定结构；,（,2,）苯分子中碳碳键是,介于,碳碳单键,与,碳碳双键,之间的一种,独特,的键；,（,3,）苯分子中六个碳原子等效，六个氢原子等效,1,、,组成与结构,：,分子式：,C,6,H,6,键角,120,2,、苯的化学性质,在通常情况下比较稳定，在一定条件下能发生氧化、取代、加成等反应。,苯的化学性质和烷烃、烯烃、炔烃有何异同点,?,为什么,?,思考与交流,（,1,）,氧化反应：,现象：火焰明亮，带有浓烟,思考：苯燃烧时为什么伴有浓烟？,不能使,酸性高锰酸钾溶液褪色,2C,6,H,6,+15O,2,12CO,2,+6H,2,O,点燃,a,燃烧,b,与高锰酸钾反应,（,2,）取代反应,a,苯的溴代,反应条件：纯溴,(,液态,),、催化剂,b,苯的硝化,+HNO,3,（浓）,NO,2,+H,2,O,浓,H,2,SO,4,5060,+Br,2,Br,+,HBr,FeBr,3,实验设计,根据苯与溴、浓硝酸发生反应的条件，请你设计制备溴苯和硝基苯的实验方案（注意仪器的选择和试剂的加入顺序）,实验思考题：,1.,苯、溴、,Fe,屑等试剂加入烧瓶的顺序是怎样的？,2.Fe,屑的作用是什么？,3.,将,Fe,屑加入烧瓶后，烧瓶内有什么现象？这说明什么？,4.,长导管的作用是,什么？,5.,为什么导管末端不插入液面下？,6.,哪些现象说明发生了取代反应而不是加成反应？,7.,纯净的溴苯应是无色的，为什么所得溴苯为褐色？怎样使之恢复本来的面目？,苯 液溴,Fe,屑,用作催化剂,剧烈反应，轻微翻腾，有气体逸出。反应放热。,用于导气和冷凝回流（或冷凝器）,溴化氢易溶于水，防止倒吸。,苯与溴反应生成溴苯的同时有溴化氢生成，说明它们发生了取代反应而非加成反应。因加成反应不会生成溴化氢。,因为未发生反应的溴和反应中的催化剂,FeBr,3,溶解在生成的溴苯中。用水和碱溶液反复洗涤可以使褐色褪去，还溴苯以本来的面目。,溴苯实验后思考题：,1.,烧瓶中的试剂顺序能够颠倒吗？为什么？能用浓溴水代替液溴吗？为什么？,2.,该反应的催化剂是,FeBr,3,而反应时加的是,Fe,屑，,Fe,屑,是怎样转化为,FeBr,3,的？,3.,该反应是放热反应，而苯、液溴均易挥发，为了减少放热对苯及液溴挥发的影响，装置上有哪些独特的设计和考虑？,4.,生成的,HBr,中常混有溴蒸气，此时用,AgNO,3,溶液对,HBr,的,检验结果是否可靠？为什么？如何除去混在,HBr,中,的溴蒸气？,5.,如何分离出烧瓶中反应生成的溴苯？,+Br,2,Br,+,HBr,FeBr,3,+2Br,2,Br,+2HBr,FeBr,3,Br,+2Br,2,Br,+2HBr,FeBr,3,Br,苯在三卤化铁催化下可与,Cl,2,、,Br,2,发生取代反应，生成一卤代苯、二卤代苯（主要是邻、对位取代产物）等。,玻璃管,实验步骤,:,先将,1.5mL,浓硝酸注入大试管中,再慢慢注入,2mL,浓硫酸,并及时摇匀和冷却,.,向冷却后的酸中逐滴加入,1mL,苯,充分振荡,混和均匀,.,将混合物控制在,50-60,的条件下约,10min,实验装置如左图,.,将反应后的液体到入盛冷水的烧杯中,可以看到烧杯底部有黄色油状物生成,经过分离得到粗硝基苯,.,粗产品依次用蒸馏水和,5%NaOH,溶液洗涤,最后再用蒸馏水洗涤,.,将用无水,CaCl,2,干燥后的粗硝基苯进行蒸馏,得到纯硝基苯,.,苯的硝化,注意：,浓,硝酸和浓硫酸的混合酸要冷却到,50-60,以下，再慢慢滴入苯，边加边振荡，因为反应放热，温度过高，苯易挥发，且硝酸也会分解，同时苯和浓硫酸在,75-80,时会发生反应。,什么时候采用,水浴加热,：需要加热，而且一定要控制在,100,以下，均可采用水浴加热。如果超过,100,，还可采用油浴（,0,300,）、沙浴温度更高。,为提纯硝基苯，一般将粗产品依次用,蒸馏水,和,NaOH,溶液,洗涤。,温度计必须,悬挂,在,水浴,中。,不纯的硝基苯显,黄,色,（因为溶有,NO,2,）而纯净硝基苯是无色，有苦杏仁味，比水重，油状液体。,1.,配制浓硫酸与浓硝酸混和酸时,是否可以将浓硝酸加入到浓硫酸中,?,为什么,?,2.,步骤中,为了使反应在,50-60,下进行,常用的方法是什么,?,3.,步骤中洗涤、分离粗硝基苯使用的主要仪器是什么,?,4.,步骤中粗产品用,5%NaOH,溶液洗涤的目的,?,5.,敞口玻璃管的作用是什么,?,浓硫酸的作用,?,实验思考题：,c,磺化（苯分子中的,H,原子被磺酸基取代的反应）,+H,2,O,（苯磺酸）,+HOSO,3,H,7580,SO,3,H,（,3,）苯的,加成反应,（与,H,2,、,Cl,2,),+H,2,Ni,环己烷,加热,+3Cl,2,催化剂,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,H,H,H,H,H,H,六六六,对比与归纳,烷,烯,苯,与,Br,2,作用,Br,2,试剂,反应条件,反应类型,与,KMnO,4,作用,点燃,现象,结论,纯溴,溴水,纯溴,溴水,光照,取代,加成,Fe,粉,取代,萃取,无反应,现象,结论,不褪色,褪色,不褪色,不被,KMnO,4,氧化,易被,KMnO,4,氧化,苯环难被,KMnO,4,氧化,焰色浅，无烟,焰色亮，有烟,焰色亮，浓烟,C%,低,C%,较高,C%,高,小结：苯易取代、难加成、难氧化,三、苯的同系物,1.,含义：苯的,苯环,上氢原子被,烷基,代替而得到的芳烃。,CH,3,|,CH,2,CH,3,|,CH,3,|,|,CH,3,|,CH,3,CH,3,|,CH,3,CH,3,H,3,C,H,3,C,甲苯,(C,7,H,8,),乙苯,(C,8,H,10,),对二甲苯,(C,8,H,10,),六甲基苯,(C,12,H,18,),只含有,一个苯环,，且侧链为,C-C,单键,的芳香烃。,C,n,H,2n-6,(n6),2.,通式：,2C,n,H,2n-6,+3(n-1)O,2,点燃,2nCO,2,+2(n-3)H,2,O,（,1,）氧化反应,a,燃烧反应,现象：火焰明亮并带有浓烟,3.,化学性质,2mL,苯,3,滴,高锰酸钾酸性溶液,用力振荡,2mL,甲苯,3,滴,高锰酸钾酸性溶液,用力振荡,b,苯环影响侧链，使侧链能被强氧化剂氧化,实验结论：,苯,不能,被,KMnO,4,酸性溶液氧化，甲苯,能,被,KMnO,4,酸性溶液氧化,未褪色,褪色,甲苯被氧化的是侧链，即甲基被氧化，该反应可简单表示为：,CH,3,KMnO,4,、,H,+,COOH,（苯甲酸）,这样的氧化反应，都是苯环上的烷烃基被氧化，说明了,苯环上的烷烃基,比烷烃性质,活泼,。这活泼性是苯环对烷烃基影响的结果。,苯的同系物的氧化反应,反应机理：,|,CH,|,O,|,COH,|,酸性高锰酸钾溶液,烷基上与苯环直接相连的碳原子,直接,连氢原子,H,|,CH,|,H,H,|,|,C,C,|,|,H,C,|,CC,|,C,CH,3,|,CCH,3,|,CH,3,CH,3,|,|,CH,2,R,CH,3,|,CH,3,CH,CH,3,|,CCH,3,|,CH,3,HOOC,|,|,COOH,HOOC,KMnO,4,/H,+,思考：产物是什么？,可用,KMnO,4,酸性溶液作试剂鉴别苯的同系物和苯、苯的同系物和烷烃。,（,2,）取代反应,甲苯能发生硝化反应,邻硝基甲苯,对硝基甲苯,2,2,2,CH,3,+HNO,3,浓硫酸,30,0,C,CH,3,NO,2,CH,3,NO,2,+H,2,O,2,，,4,，,6-,三硝基甲苯,简称三硝基甲苯，又叫,TNT,是一种淡黄色针状晶体，不溶于水，不稳定，是一种烈性炸药,CH,3,|,|,