环烃芳烃简化版

第一页，共五十八页，编辑于2023年，星期二一.芳香烃的分类及命名三.

单环芳烃的化学性质四.苯环上取代反应的定位规律五.稠环芳烃芳烃

(Aromatichydrocarbon)二.苯的结构第二页，共五十八页，编辑于2023年，星期二3芳香性芳香化合物具有如下共同性质：①.芳香化合物是环状化合物，比相应的开链化合物稳定，环不易破坏。②.芳香化合物虽是高度不饱和的，但它们易与亲电试剂发生取代反应，而不易发生加成；③.芳香化合物是环状的平面的（或近似平面）分子，为一闭合的共轭体系。

环中所有碳原子在一个平面，形成环状共轭体系。且当环中π电子数符和4m+2时，此化合物具有芳香性。在有机化学发展初期，曾经把一些从天然产物中得到的有香气的化合物通称为芳香化合物，或者说具有芳香性。第三页，共五十八页，编辑于2023年，星期二4一.芳香烃的分类及命名<一>芳香烃的分类芳烃多环芳烃

联苯类多苯代脂芳烃稠环芳烃苯、苯的同系物和苯基取代的不饱和烃单环芳烃:非苯芳烃第四页，共五十八页，编辑于2023年，星期二51.基的命名ph-phenyl苯基Ar-Aryl-芳基对甲苯基苄基2.烷基取代的苯以苯为母体：<二>芳香烃的命名第五页，共五十八页，编辑于2023年，星期二6甲苯乙苯异丙苯邻二甲苯间二甲苯对二甲苯1,2-二甲苯1,3-二甲苯1,4-二甲苯o-二甲苯orthom-二甲苯metap-二甲苯para第六页，共五十八页，编辑于2023年，星期二73.结构复杂的化合物以苯作为取代基：苯甲醇苯甲酸苯乙烯2-对异丁基苯基丙酸2-(4-异丁基苯基)丙酸第七页，共五十八页，编辑于2023年，星期二8排在后面的基团为母体只作取代基①.选母体，使母体编号为1，其他作为取代基②.编号③.较优基团后列出例：4-氨基-2-羟基苯甲酸4.苯环上有多个不同取代基的化合物原则：或4-硝基-2-氯苯胺第八页，共五十八页，编辑于2023年，星期二95.多环芳烃分子中含有两个或两个以上的苯环。（1）.多苯代脂烃及联苯联苯三苯甲烷二苯甲烷二茂铁1,4-环蕃2,2-对环蕃第九页，共五十八页，编辑于2023年，星期二10（2）.稠环芳烃：两个苯环公用两个碳原子。蒽菲萘萘环中有两种不同的位置：ααααββββ编号总是从任何一个α位开始：45萘的命名：123678910第十页，共五十八页，编辑于2023年，星期二111-硝基萘α-硝基萘2-萘磺酸β-萘磺酸6-甲基-1-氯萘5-甲基-2-萘磺酸3-甲基-8-硝基-1-氯萘第十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期二12二.苯的结构由元素分析，分子量测定，苯的分子式为：C6H6性质：①.易取代，不易加成②.一取代物只有一种③.邻二取代物只有一种

为了解释这些性质，1865年凯库勒提出苯是碳碳链首未相连的环状结构，环中三个单键，三个双键相间。苯的结构最早由奥地利化学家洛斯密特（Loschmidt）提出（在1861年）第十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期二13凯库勒结构不完善：①.不能解释为什么苯分子的不饱和度为4，如此之大，却不发生类似于烯烃和炔烃的加成反应。②.假定邻位两个氢被取代，但按此式应该有两种产物：但实际上只有一种。③.由物理方法测定的苯分子中碳碳键长为0.139nm，比正常的碳碳单键（0.154nm）短，比正常的碳碳双键长（0.134nm）键长介于碳碳单键与碳碳双键之间，完全平均化，由凯库勒结构式不能说明这一点。第十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期二14分子轨道理论解释苯分子的结构：C为SP2杂化所有原子处于同一平面分子中未杂化的6个P轨道侧面交盖重叠形成6个分子轨道

重叠结果形成了一个闭合的、环状的大π键，形成的π电子云像两个连续的面包圈，一个位于平面上面，一个位于平面下面，经能量计算，这是一个很稳定的体系。第十四页，共五十八页，编辑于2023年，星期二15共振论解释苯分子的结构：苯分子的结构是A和B的共振杂化体通常用两种方法表示苯分子的结构：强调π电子云的平均分布注意：是A和B的共振杂化体意义：苯的环状结构的提出，是芳香族化合物发展的一个里程碑。第十五页，共五十八页，编辑于2023年，星期二16三.单环芳烃的化学性质(1).卤化反应例：++++25℃△1.苯环上的亲电取代反应第十六页，共五十八页，编辑于2023年，星期二17机理：+++慢第十七页，共五十八页，编辑于2023年，星期二18++注意：①卤代通常用Cl2、Br2②催化剂也可用Fe氟代太剧烈，反应难于控制。碘代则用下列反应：+③若反应条件强烈可得二取代产物第十八页，共五十八页，编辑于2023年，星期二19++(2).硝化反应苯在浓HNO3和浓H2SO4作用下生成硝基苯+50℃++室温+注意：甲苯氯代比氯苯容易，为什么？上去基团的位置第十九页，共五十八页，编辑于2023年，星期二20+机理：+++第二十页，共五十八页，编辑于2023年，星期二21(3).磺化反应发烟机理：+++慢++第二十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期二22++注意：磺化反应不同于卤化、硝化，卤化、硝化是不可逆的，而磺化反应是可逆的。+180℃+在合成上有重要用途。第二十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期二23(4).傅氏反应(烷基化和酰基化)Friedel-Crafts（费瑞德-克来福特）反应1）烷基化反应在无水FeCl3或AlCl3作用下，苯与卤代烷发生的反应。例：++①机理：+++第二十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期二24+++②亲电试剂是碳正离子，所以反应将伴随着碳正离子的重排。例：++异丙苯正丙苯65-69%30-35%第二十四页，共五十八页，编辑于2023年，星期二25（2）酰基化反应++++第二十五页，共五十八页，编辑于2023年，星期二26①机理++++++第二十六页，共五十八页，编辑于2023年，星期二27++++②酰基化试剂酰卤和酸酐+第二十七页，共五十八页，编辑于2023年，星期二28③催化剂：用量较烷基化多。④当苯环上有吸电子基团时，不易发生酰基化。芳环上连有NH2、NHR或NR2基团与催化剂作用也会形成吸电子基团，所以反应的产率也很低。⑤不容易得到多取代产物。⑥反应中不重排。第二十八页，共五十八页，编辑于2023年，星期二292.加成反应++紫外光第二十九页，共五十八页，编辑于2023年，星期二303.氧化反应

苯环有特殊的稳定性，烷基苯在高锰酸钾、硝酸、铬酸等强氧化剂作用下，烷基氧化成羧基。第三十页，共五十八页，编辑于2023年，星期二31注意：不论侧链有多长，总是α-H反应生成苯甲酸。若无α-H，一般不发生氧化，若用强烈的氧化剂，环被破坏。强烈第三十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期二32

用特殊催化剂V2O5，将苯氧化成顺丁烯二酸酐（简称顺酐），是工业上合成顺酐的方法。+385～400℃顺丁烯二酸酐顺酐马来酸酐第三十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期二33侧链上反应苯环上反应

由于σ-π超共轭，α-H活性增大，易发生α-H卤代。4.烷基侧链上的卤代+hν++机理：自由基取代机理：亲电取代条件不同产物不同第三十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期二34hν第三十四页，共五十八页，编辑于2023年，星期二35练习：由苯合成第三十五页，共五十八页，编辑于2023年，星期二36四.苯环上取代反应的定位规律1.定位规律定位效应：6个氢原子等同一取代产物只有一种o-m-p-o-m-若发生亲电取代反应，而且5个位置的反应速度相同，二取代产物比例应是邻︰间︰对=2︰2︰1而实际情况并非如此。第三十六页，共五十八页，编辑于2023年，星期二37例：+30℃++对硝基甲苯间硝基甲苯邻硝基甲苯63%34%3%+（发烟）100℃++邻二硝基苯对二硝基苯间二硝基苯6%1%93%第三十七页，共五十八页，编辑于2023年，星期二38甲苯主要生成邻对位产物，硝基苯主要生成间位产物。

不但硝化有这样的规律，而且卤化、磺化也有类似的规律，可见，第二个取代基进入的位置与亲电试剂无关，只与苯环上原有的取代基的性质有关，受苯环上原有取代基的控制，这种效应为定位效应。将取代基大致分为两类：1).第一类定位基：邻对位定位基，它们使第二个取代基进入它的邻对位。常见的有：第三十八页，共五十八页，编辑于2023年，星期二39特点：除烃基外，自由价所连原子上要么有孤电子对，要么有负电荷。2).第二类定位基：间位定位基，它们使第二个取代基进入它的间位。常见的有：特点：自由价所连原子上要么有正电荷，要么有双键、叁键。2.活化与钝化作用以苯的亲电取代反应为准，若一取代苯的亲电取代反应速度比苯的快，那么苯上连的取代基使苯活化；第三十九页，共五十八页，编辑于2023年，星期二40若一取代苯的亲电取代反应速度比苯的慢，那么苯上连的取代基使苯环钝化。例：的硝化速度为的25倍，所以甲基使苯环活化。的硝化速度为的6×10-8倍，所以硝基使苯环钝化。根据实验，将常见取代基对苯环活化与钝化的能力排列如下：第四十页，共五十八页，编辑于2023年，星期二41强烈活化：中等活化：弱活化：弱钝化：邻对位定位基强钝化：间位定位基第四十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期二42结论：第一类邻对位定位基，除卤素外，使苯环活化。第二类间位定位基，使苯环钝化。3.定位规律的应用1).在有机合成中的应用+形成分子内氢键二者可通过水蒸汽蒸馏分开第四十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期二43+m.p.–12℃m.p.68℃通过重结晶分离合成设计:第四十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期二44由制纯100℃第四十四页，共五十八页，编辑于2023年，星期二452).预测反应的主要产物定位一致：一种产物两种产物（少）两种产物（少）两种产物一种产物两种产物第四十五页，共五十八页，编辑于2023年，星期二46定位不一致：一种产物一种产物两种产物第四十六页，共五十八页，编辑于2023年，星期二47五.稠环芳烃两个苯环公用两个碳原子。1).萘①.结构及命名结构：分子中10个碳均为sp2杂化10个碳与8个氢共处于一个平面分子中碳碳键长不等同萘的共振式：第四十七页，共五十八页，编辑于2023年，星期二48②.反应概述：萘环中有两种不同位置，即α位、β位，所以亲电试剂既可进攻α位，又可进攻β位，因此一取代有两种。结论：①α位速度快，β位速度慢。②萘的亲电取代活性比苯大。进攻α位其它贡献较小的经典结构进攻β位其它贡献较小的经典结构第四十八页，共五十八页，编辑于2023年，星期二49从共振式可看出：进攻α位形成的中间体较稳定，因为共振式中有两个保留苯环的较稳定的经典结构式。a.取代反应+～60℃84%速度控制产物＞150℃85%平衡控制产物第四十九页，共五十八页，编辑于2023年，星期二50+C