基础化学第12章-环烃

1、第12章 环烃 12.1 脂环烃 12.2 芳烃 12.1 脂环烃 12.1.1 脂环烃的分类和同分异构12.1.2 脂环烃的命名12.1.3 脂环烃的物理性质12.1.4 脂环烃的化学性质12.1.5 环烷烃的结构与稳定性1.分类按环上碳原子的饱和程度，可分为：环烷烃 (通式CnH2n)环烯烃 (通式CnH2n-2)环炔烃 (通式CnH2n-4)环戊烷环己烯环辛炔12.1.1 脂环烃的分类和同分异构 按照分子中所含碳环的数目，可分为：单环脂环烃二环脂环烃多环脂环烃环己烷环戊二烯甲基环己烷十氢化萘降冰片烷螺2,4庚烷立方烷篮烷金刚烷分类2. 脂环烃的构造异构环戊烷1,1-二甲基环丙烷乙基环丙烷

2、甲基环丁烷1,2-二甲基环丙烷如环烷烃C5H10的构造异构体有：脂环烃的构造异构现象（1）成环的碳数不同（2）环上取代基的不同（3）环上取代基位置的不同（1）环烷烃的命名 在相应烷烃名称前加“环”字，称为“环某烷”。 使所有取代基编号符合最低系列原则。 取代基列出的次序根据“次序规则”，较优先的基团后写出。甲基环戊烷1,2-二甲基环己烷1-甲基-3-乙基环己烷12.1.2 脂环烃的命名HCCH2CH3CH3CH2CH23-环己基己烷 环烯(或炔)烃编号时，把1,2位留给双(或三)键碳原子环戊烯3-乙基环己烯3，5-二甲基环辛炔5-甲基（2）环烯、环炔的命名5-甲基-1,3-环戊二烯 CH312

3、.1.3 脂环烃的物理性质 自学12.1.4 环烷烃的化学性质12.1.5.1 取代反应12.1.5.2 加成反应环丙烷和环丁烷与烯烃相似，易进行开环加成。 1）加氢Ni80Ni200Ni300 2）加卤素不能用溴褪色的方法来区别环烷烃与烯烃！1,3-二溴丙烷1,4-二溴丁烷室温 3）加卤化氢1-溴丙烷 1-溴丁烷CH2CH2CH2CH2BrHCCHCH2CH3CH3CH3+HBrHOOC-(CH2)4-COOH901201.5MPaHNO3+KMnO4可以氧化烯、炔，但不能氧化环烷烃。12.1.5.2 氧化反应OH+OC-C 键，变成了弯曲键或香蕉键，键不牢，有角张力存在，环不稳定。环丙烷碳

4、环的结构：12.1.5 脂环烃的结构与稳定性 第一节作业：P1781，4，5.（1）（2）（3）（4）12.2 芳烃 12.2.1 芳烃的分类和命名12.2.2 苯的结构12.2.3 单环芳烃12.2.1 芳烃的分类和命名1.芳烃的分类（1）单环芳烃苯甲苯CH3苯乙烯CH=CH2间二甲苯CH3CH3（2）多环芳烃三苯甲烷CH联苯1,2-二苯乙烷CH2CH2（3）稠环芳烃萘蒽菲 单环芳烃的命名是以苯环为母体, 烷基作为取代基，称为某烷基苯(“基”字常省略)。 当苯环上连有两个或两个以上的取代基时，可用阿拉伯数字表明它们的相对位次； 当苯环上只有两个取代基时，也常用“邻”、“间”、“对”或o- (

5、ortho)、m- (meta)、p- (para)等字头表明它们的相对位次； 当苯坏上连有三个相同的取代基时，也常用“连”、“偏”、“均”等字头表示。 2. 芳烃的命名1,2,3-三甲苯或连三甲苯1,2,4-三甲苯 或偏三甲苯1,3,5-三甲苯 或均三甲苯 乙苯 正丙苯 1,2-二甲苯 或邻二甲苯或o-二甲苯1,3-二甲苯或或间二甲苯或m-二甲苯1,4-二甲苯 或对二甲苯或p-二甲苯 当苯环上连有不饱和烃基或当侧链较复杂时，命名时，通常以不饱和烃或侧链作母体, 苯环作为取代基。 苯乙烯苯乙炔2-甲基-4-苯基戊烷芳基：或写成：C6H5苯基苄基或苯甲基或写成：12.2.2 苯的结构 现代物理方

6、法测得苯的结构为：苯分子模型:六个碳均为 sp2杂化:苯的键苯的p轨道重叠闭合共轭体系闭合的离域的大 键HHHHHH键所在的平面12.2.3 单环芳烃 1.单环芳烃的物理性质（自学）2.单环芳烃的化学性质（a）卤化反应 在三卤化铁等催化剂的作用下，苯与卤素作用生成卤代苯的反应。催化剂：FeCl3 、FeBr3 、AlCl3、Fe等卤素活性：F Cl Br ICl2FeCl36070BrBr2FeBr36070（1）取代反应39 55 6 60% 39% 1%反应条件不同，产物不同。（b）硝化反应 苯与浓H2SO4和浓HNO3（混酸）于50-60反应，苯环上的一个氢原子被硝基取代，生成硝基苯的反

7、应。93%NO2NO259% 37% NO2NO2CH3CH3NO2NO2CH3CH3浓H2SO4浓HNO3 100TNT（c）磺化反应 苯与浓硫酸或发烟硫酸作用，环上的一个氢原子被磺（酸）基（-SO3H）取代，生成苯磺酸的反应。苯磺酸间苯二磺酸邻甲苯磺酸 对甲苯磺酸（d）Friedel-Crafts 反应（傅氏反应） 在无水三氯化铝等催化剂的作用下，芳烃与卤代烷作用，环上氢原子被烷基取代的反应，称为烷基化反应。烷基化反应：AlCl3, 85 CH3CH2Cl 常用催化剂：AlCl3、FeCl3、ZnCl2、BF3、H2SO4常用烷基化剂：RX、RCH=CH2 、 ROH烷基化反应的特点： 烷

8、基化反应亲电试剂为碳正离子，容易发生重排，故烷基化产物有异构化现象。 生成的烷基苯更容易进行烷基化反应，故烷基化反应容易生成多元取代产物。CHCH3CH370 30CH2CH2CH3酰基化反应：COCH3CH3COOH+ 常用的酰基化试剂：RCOX、（RCO)2O、 RCOOHCH3COClAlCl3HCI+CCH3O苯乙酮 在无水氯化铝等催化剂作用下，芳烃与酰卤或酸酐等反应，芳环上的氢原子被酰基取代的反应，称为酰基化反应。(CH3C)OO+2AlCl3 7080注意： 当苯环上连有强的吸电基（如：-NO2、CN、COR 、SO3H、-COOH）时,无论是付克烷基化还是付克酰基化反应都不能进行

9、。(2) 氧化反应O2+29V2O5400500（空气）苯环的氧化：侧链的氧化： 烷基苯通常侧链被氧化，因氢活泼，不论烷基碳链的长短，一般只生成苯甲酸。无氢的侧链不被氧化.CCOOOCO2OH244+2顺丁烯二酸酐苯酐均苯四甲酸二酐(不饱和树脂等的原料)(3) 加成反应 苯环是闭合共轭体系，能量较低，不易进行加成和氧化反应。但苯环又是不饱和体系，只要条件适合，苯环还是可以进行加成和氧化反应的，而且这类反应在有机化学工业中都很重要。加氢反应加氯反应1802103H2+Ni,2.81MPa（六氯化苯）CICICICICICI紫外光40CI23+3.苯环上亲电取代反应定位规律(1) 两类定位基第一类

10、定位基（邻对位定位基）：使取代基进入其邻对位且使苯环活化（卤素除外）。O-、N(CH3) 2、NH 2、OH、OR、 NHCOR、 OCOR、CH3(R)、 F、Cl、 Br、 I、C6H5、CH2COOH等第二类定位基（间位定位基）：使亲电试剂进入其间位且使苯环钝化。N+(CH3)3、N+H3、NO2、CN、 SO3H、CHO、 COR、 COOH等两类定位基的结构特征： 第一类定位基与苯环直接相连的原子上只有单键，且多数有孤对电子或是负离子；这类取代基对苯环起给电子的作用，使苯环活化。 第二类定位基与苯环直接相连的原子上有重键，且重键的另一端是电负性大的元素或带正电荷。这类取代基对苯环起吸

11、电子的作用，使苯环钝化。（2）二取代苯的定位规律 当苯环上已有两个取代基时，第三个取代基进入苯环的位置，由原有的两个取代基决定。A.当原有的两个取代基定位作用一致时，仍由原定位规律决定。CH3NO2CH3ClSO3HCOOHB.当两个原有取代基对第三个取代基的定位作用不一致时，有两种情况：（a）两个原有取代基属于同一类：由强者定位，若强弱相差不大，则得混合物。（b）两个取代基不属于同一类：由第一类定位基定位。CH3OHCH3NHCOCH3COOHNO2ClBrNHCOCH3NO2BrCOCH3例1先引入硝基，第二个取代基引入的位置为：分析：先引入溴，第二个取代基引入的位置为：合理路线在苯环上引

12、入两个取代基4. 定位规律在有机合成上的应用例2分析：羧基不能直接引入，须由甲基转化。先引入甲基硝化氧化硝化先引入硝基烷基化反应合理路线：第二节作业：P1782.（1）（3）（4）（5）（7），3，5.（6）（7）（8）（9）（10）（13）（14）（15）（16） 6， 7， 9， 10.（2）（3），12，13.12.2.4 稠环芳烃分子中含有两个或两个以上的苯环，苯环之间通过共用两个相邻碳原子彼此稠合而成的芳烃。重要的稠环芳烃有萘、蒽、菲。1 萘萘的分子式为C10H8，萘是光亮的片状结晶，熔点为80.2，沸点为218，易升华。它不溶于水而易溶于有机溶剂（如酒精）中。萘环编号如下：与苯相似

13、，萘分子也具有平面结构，形成闭合的共轭键，但在共轭体系中电子云密度分布不完全均匀，因此碳碳键不完全相等。在萘的分子中，各个碳原子并不完全相同，其中1，4，5，8等四个碳原子是等同的，称为位；2，3，6，7等四个碳原子也是等同的，称为位。 因此萘的一元取代物有两种： -取代物（1-取代物）和 -取代物（2-取代物），但位比位活泼，萘的反应一般发生在位。萘亦具有芳香性，但比苯为弱。（1） 卤化萘的卤化比苯容易进行。在无水氯化铁催化下，萘与氯反应，主要生成 -氯萘。此法是工业上生产 -氯萘的方法。 -氯萘为无色液体，沸点为259，用作高沸点溶剂和增塑剂等。萘在没有催化剂的情况下可与溴作用-溴萘为无色

14、或浅黄色油状液体，沸点为281，用作有机合成中间体、分析试剂和溶剂等。（2） 硝化 室温时，萘用混酸硝化主要生成一硝基物，为了防止进一步的硝化，所用混酸的浓度比苯硝化时低。（3）磺化萘在较低温度（60）磺化时，主要生成 -萘磺酸；在较高温度（165）磺化时，主要生成-萘磺酸。 -萘磺酸与硫酸共热到165时，可变成-萘磺酸： 这是因为磺化反应是可逆反应。在低温下，取代反应发生在活泼的位上，但磺基体积较大，它与处于8位上的氢原子之间距离小于它俩的范德华半径之和，所以-萘磺酸稳定性较差。在较高温度时生成稳定的-萘磺酸。2蒽蒽的分子式为C14H10。蒽是是片状结晶，具有蓝色荧光，熔点为216，沸点为3

15、54，它不溶于水，难溶于乙醇，乙醚等，但溶于苯。蒽环编号如下：蒽亦具有芳香性，但比苯和萘弱得多，在蒽的分子中，各个碳原子也不完全相同。其中1，4，5，8四个碳原子是等同的，称为位；2，3，6，7四个碳原子也是等同的，称为位。9， 10位两个碳原子是等同的，称为位，位最活泼。菲是白色片状结晶，熔点为100，沸点为340。菲的氢化产物对生物科学很重要，它是甾醇、胆汁酸、性激素等母体碳架的一部分。蒽环编号如下 菲的分子式和蒽相同，也是C14H10，互为同分异构体。3 菲或 12.2.5芳烃的来源芳烃的来源是煤和石油。作为苯、甲苯、乙苯和二甲苯的来源, 石油的重要性早已超过了煤。（1）从煤焦油中分离 煤经干馏得到的黑色粘稠液体叫做煤焦油，从煤焦油中可以分离出芳烃苯、甲苯、萘、蒽、菲等。（2）从石油裂解产品中分离 石油为原料高温裂解生产乙烯、丙烯和1,3-