《基础化学》本科课件15.第十五章

1、第十五章苯和芳香烃目录第一节：单环芳烃的结构、异构和命名第二节：单环芳烃的性质第三节：苯环上取代反应的定位规律及应用学习要求1.了解芳烃的分类，掌握芳烃及其衍生物的命名方法。2.熟悉单环芳烃的性质，掌握其在工业生产中的应用。3.掌握单环芳烃取代反应的定位规律及其应用。4.了解重要的稠环芳烃及其在生产实际中的应用。第1节单环芳烃的结构、异构和命名第一节 单环芳烃的结构、异构和命名单环芳烃的构造异构单环芳烃的结构一二单环芳烃的命名三 苯(Benzene, C6H6)在常温下为一种无色、有甜味的透明液体，并具有强烈的芳香气味。苯可燃，有毒，也是一种致癌物质。苯是一种碳氢化合物也是最简单的芳烃。它难溶

2、于水，易溶于有机溶剂，本身也可作为有机溶剂。苯是一种石油化工基本原料。苯的产量和生产的技术水平是一个国家石油化工发展水平的标志之一。第一节 单环芳烃的结构、异构和命名单环芳烃的构造异构单环芳烃的结构一二单环芳烃的命名三一、单环芳烃的结构 苯是单环芳烃中最简单又最重要的化合物，也是所有芳香族化合物的母体。了解苯的分子结构，对于理解和掌握芳烃及其衍生物的特殊性质具有重要意义。1.高度不饱和性 苯的分子式为C6H6，其碳氢原子比例为11，与乙炔相同，因此具有高度的不饱和性。第一节 单环芳烃的结构、异构和命名单环芳烃的构造异构单环芳烃的结构一二单环芳烃的命名三2.具有芳香性 实验证明，在一般情况下，苯

3、既不与溴发生加成反应，也不被高锰酸钾溶液氧化，却能够在一定条件下发生环上氢原子被取代的反应，而苯环不被破坏。苯的这种不易加成、不易氧化、容易取代和碳环异常稳定的特性被称为“芳香性”。第一节 单环芳烃的结构、异构和命名单环芳烃的构造异构单环芳烃的结构一二单环芳烃的命名三3.闭合共轭体系 苯的芳香性是由于苯环的特殊结构所决定的，苯分子中的六个碳原子都是sp2杂化的。各以两个sp2杂化轨道彼此沿键轴方向重叠形成六个等同的CC键(环状)，又各以一个sp2杂化轨道分别与六个氢原子的s轨道沿键轴方向重叠形成六个等同的CH键。第一节 单环芳烃的结构、异构和命名单环芳烃的构造异构单环芳烃的结构一二单环芳烃的命

4、名三 这六个CC键和六个CH键同在一个平面上，彼此间的夹角都是120，每个碳原子上还剩下一个没有参与杂化的p轨道，它们垂直于键所在的平面，彼此平行从侧面重叠形成一个环状的闭合大键。第一节 单环芳烃的结构、异构和命名单环芳烃的构造异构单环芳烃的结构一二单环芳烃的命名三第一节 单环芳烃的结构、异构和命名单环芳烃的构造异构单环芳烃的结构一二单环芳烃的命名三二、单环芳烃的构造异构 单环芳烃的构造有两种情况：一种是侧链构造异构，另一种是侧链在苯环上的异构。1.侧链构造异构 苯环上的氢原子被烃基取代后生成的化合物叫做烃基苯，连在苯环上的烃基又叫侧链。侧链为甲基和乙基时，不能产生构造异构，当侧链中含有三个或

5、三个以上碳原子时，则可能因碳链排列方式不同而产生异构体。第一节 单环芳烃的结构、异构和命名单环芳烃的构造异构单环芳烃的结构一二单环芳烃的命名三2.侧链在环上的位置异构 当苯环上连有两个或两个以上侧链时，可因侧链在环上的相对位置不同而产生异构体。第一节 单环芳烃的结构、异构和命名单环芳烃的构造异构单环芳烃的结构一二单环芳烃的命名三三、单环芳烃的命名1.简单烃基苯命名是以苯环作为母体，烃基作为取代基，称为某烃基苯(“基”字可略去)。第一节 单环芳烃的结构、异构和命名单环芳烃的构造异构单环芳烃的结构一二单环芳烃的命名三2.苯环上连有两个或两个以上侧链，命名时，可用阿拉伯数字标明侧链的位次，也可用“邻

6、”、“间”、“对”或“连”、“偏”、“均”等表示侧链的相对位置。第一节 单环芳烃的结构、异构和命名单环芳烃的构造异构单环芳烃的结构一二单环芳烃的命名三3.当苯环上的侧链为不饱和烃基或构造较为复杂的烷基时，也可将苯环作取代基，以侧链为母体来命名。第一节 单环芳烃的结构、异构和命名单环芳烃的构造异构单环芳烃的结构一二单环芳烃的命名三4.如果侧链为两个及两个以上不饱和烃基，则仍然以苯环作为母体来命名。苯环上去掉一个氢原子剩下的基团叫做苯基，常用ph-表示。甲苯分子中去掉甲基上的一个氢原子剩下的基团叫做苯甲基，也叫苄基。第2节单环芳烃的性质第二节 单环芳烃的性质单环芳烃的化学性质单环芳烃的物理性质一二

7、一、单环芳烃的物理性质 常温下，苯及其同系物都是无色透明、具有芳香气味的液体。单环芳烃具有强折光性、易挥发。 单环芳烃的沸点随分子中碳原子数目的增加而升高。侧链的位置对其没有大的影响，例如二甲苯的三个异构体的沸点很接近，难于分离。第二节 单环芳烃的性质单环芳烃的化学性质单环芳烃的物理性质一二 单环芳烃的熔点变化与分子的对称性有关，对称性大的分子熔点高于对称性小的分子。例如苯是高度对称性的分子，它的熔点比甲苯、乙苯高得多；对二甲苯分子的对称性比邻二甲苯、间二甲苯的都好，因此其熔点也是三个异构体中最高的。 单环芳烃不溶于水，能与乙醇、乙醚、丙酮、四氯化碳、二硫化碳、冰乙酸和油类等物质任意比例的混溶

8、，因此常用这些溶剂来萃取芳烃。第二节 单环芳烃的性质单环芳烃的化学性质单环芳烃的物理性质一二二、单环芳烃的化学性质 单环芳烃的化学反应主要发生在苯环上。在一定条件下，苯环上的氢原子容易被其他原子或基团取代，生成许多重要的芳烃衍生物。在强烈条件下，苯环也可以发生加成和氧化反应，但这往往会使苯环结构遭到破坏。当苯环上连有侧链时，直接与苯环相连的-C-H键表现出较大的活泼性，可以在一定条件下发生取代、氧化等反应。第二节 单环芳烃的性质1.取代反应 苯环上的氢原子在一定条件下可以被卤素、硝基、磺酸基、烃基等取代，生成相应的衍生物。由于取代基的不同以及氢原子位置的不同、数量不同，可以生成不同数量和结构的

9、同分异构体。苯环的电子云密度较大，所以发生在苯环上的取代反应大都是亲电取代反应。单环芳烃的化学性质单环芳烃的物理性质一二第二节 单环芳烃的性质(1)卤代反应 芳烃与卤素在不同条件下可发生不同的取代反应。在铁粉或卤化铁催化作用下，苯可与氯或溴发生苯环上的卤代反应，取代苯环上的氢原子，生成氯苯或溴苯，同时放出卤化氢。单环芳烃的化学性质单环芳烃的物理性质一二第二节 单环芳烃的性质(2)硝化反应 浓硝酸和浓硫酸的混合物叫做混酸。苯与混酸作用时，硝基(-NO2)取代苯环上的氢原子，生成硝基苯。这一反应叫做芳烃的硝化反应。 此反应中浓硫酸的主要作用是催化剂，同时也是脱水剂。硝基苯一般不容易继续硝化。但如果

10、提高反应温度并用发烟硝酸和发烟硫酸作硝化剂，则可生成间二硝基苯。单环芳烃的化学性质单环芳烃的物理性质一二第二节 单环芳烃的性质(3)磺化反应 苯与浓硫酸或发烟硫酸作用，磺酸基(SO3H)取代苯环上的氢原子，生成苯磺酸，这类反应叫做芳烃的磺化反应。 磺化反应与卤化、硝化反应不同，它是一个可逆反应，其逆反应是苯磺酸的水解。如果控制反应条件，可以使反应向需要的方向进行。单环芳烃的化学性质单环芳烃的物理性质一二第二节 单环芳烃的性质(4)傅克烷基化和酰基化反应 在催化剂作用下，芳烃可与烷基化试剂和酰基化试剂反应，苯环上的氢原子被烷基或酰基取代，苯环上的氢原子被烷基取代的反应叫做烷基化反应，被酰基取代的

11、反应叫做酰基化反应。 如在催化剂作用下，苯与溴乙烷或乙烯作用，生成乙苯。单环芳烃的化学性质单环芳烃的物理性质一二第二节 单环芳烃的性质2.加成反应 由于苯的特殊稳定性，所以一般情况下难以发生像烯烃、炔烃那样的加成反应。但如果在催化剂作用或紫外光照射下，苯也可与氢或氯发生加成，生成环己烷或六氯环己烷。单环芳烃的化学性质单环芳烃的物理性质一二第二节 单环芳烃的性质3.氧化反应(1)侧链氧化 苯环比较稳定，一般氧化剂不能使其氧化，但如果苯环上连有侧链时，由于受苯环的影响，其-氢原子比较活泼，容易被氧化，而且无论侧链长短、结构如何，最后的氧化产物都是苯甲酸。单环芳烃的化学性质单环芳烃的物理性质一二第二

12、节 单环芳烃的性质(2)苯环氧化 一般情况下，苯环不易发生氧化反应。但工业上采用较强烈的氧化条件，例如用五氧化二钒作催化剂,在450 ，用空气氧化苯，则苯环发生破裂，生成顺丁烯二酸酐。单环芳烃的化学性质单环芳烃的物理性质一二第3节苯环上取代反应的定位规律及应用第三节 苯环上取代反应的定位规律及应用 一、一元取代苯的定位规律1.定位基 当甲苯发生取代反应时，反应比苯容易进行，而且新基团主要进入甲基的邻位和对位，生成邻、对位产物，当硝基苯发生取代反应时，反应比苯难于进行，而且新基团主要进入硝基的间位，生成间位产物一元取代苯发生取代反应时，反应是否容易进行、新基团进入环上哪个位置，主要取决于苯环上原

13、有取代基的性质，苯环上原有的取代基叫做定位基。二元取代苯的定位规律一元取代苯的定位规律一二定位规律的应用三第三节 苯环上取代反应的定位规律及应用 2.定位效应 定位基有两个作用：其一是影响取代反应进行的难易，其二又是决定新基团进入苯环的位置，定位基的这两个作用叫做定位效应。3.定位基的分类 根据定位基的不同，可将常用定位基分为两类：(1)第一类定位基(又叫邻、对位定位基)(2)第二类定位基(又叫间位定位基)二元取代苯的定位规律一元取代苯的定位规律一二定位规律的应用三第三节 苯环上取代反应的定位规律及应用 二、二元取代苯的定位规律 二元取代苯发生取代反应时，反应进行的难易和新基团进入环上的位置，

14、由苯环上已有的两个定位基的性质来决定。1.两个定位基的定位效应一致，新基团进入两个定位基一致指向的位置。例如下列化合物发生取代反应时，新基团进入箭头箭头所指向的位置。二元取代苯的定位规律一元取代苯的定位规律一二定位规律的应用三第三节 苯环上取代反应的定位规律及应用 2.两个定位基的定位效应不一致 苯环上已有的两个定位基定位作用不一致的情况通常有两种：(1)两个定位基属于同一类 两个同类定位基的定位作用发生矛盾时，一般由定位能力强的(也就是排在前面的)定位基决定新基进入环上的位置。二元取代苯的定位规律一元取代苯的定位规律一二定位规律的应用三第三节 苯环上取代反应的定位规律及应用 (2)两个定位基不是同一类 当两类不同的定位基定位作用发生矛盾时，一般由邻、对位定位基决定新基团进入环上的位