大学有机化学 芳香烃共54页文档
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有机化学-芳香烃
CH3
HNO3
HOAc
CH3
CH3 CH3
NO2 +
+
NO2
NO2
63% 34% 3%
Cl
Cl
Cl
Cl
HNO3
H2SO4
NO2 +
+ NO2
30%
NO2
69% 1%
(2) 第二类定位基─间位定位基
使新进入苯环的取代基主要进入它的 间位，并使苯环致钝。
例如： −CF3, −N(CH3)3+, −NO2, −CN, −SO3H, −CHO, −COCH3, −COOH, −COOCH3, −CONH2, −NH3+。
NO2
NO2
CH3 C CH3 CH3 无 α-H
KMnO4 H+
COOH
氧化剂： KMnO4 铬酸等
4.2.4 苯环上亲电取代反应的定位规则
Y
一取代苯：
芳环上的取代基既影响亲电 取代反应的速率又决定着亲电试 剂进入芳环的位置。
1. 两类定位基
芳环上的取代基分为两类：
(1)第一类定位基 ─ 邻、对位定位基 使得新进入苯环的取代基主要进入它的
均化，闭合共轭
苯
苯的分子结构 体系(环状大π键)
6 个C–C σ键: sp2–sp2相互交盖，6 个C –H σ键: sp2–1s 相互交盖。 6 个2p 轨道的对称轴垂直于环所在平面， 彼此相互平行，两侧进行侧面交盖，形成闭合的π轨道。 6个π电子离域在六个C原子上。由此形成一个闭合的
共轭体系。
2. 苯的构性相关分析
CH3
CH3
CH3
CH3
1,2-二甲苯 邻二甲苯 o-二甲苯
大学有机化学芳香烃
大学有机化学芳香烃在大学有机化学的学习中，芳香烃是一个非常重要的部分。
芳香烃，简单来说，就是一类具有特殊结构和性质的烃类化合物。
它们在有机化学中占据着独特的地位，不仅在理论研究中具有重要意义，而且在实际应用中也发挥着巨大的作用。
芳香烃的定义与特点，首先得从其结构说起。
芳香烃具有一个稳定的环状共轭体系，通常由若干个双键和单键交替排列形成。
最典型的例子就是苯环，它由六个碳原子组成一个平面的六边形，每个碳原子都与一个氢原子相连，碳原子之间通过交替的双键和单键相连接。
这种特殊的结构使得芳香烃具有一些独特的性质，比如较高的稳定性、不易发生加成反应等。
从物理性质方面来看，芳香烃通常是无色液体或固体，具有特殊的气味。
它们的沸点和熔点相对较高，这是由于其分子间的作用力较强。
在溶解性方面，芳香烃一般不溶于水，但易溶于有机溶剂，这是因为它们的分子结构与有机溶剂更为相似，遵循“相似相溶”的原理。
在化学性质方面，芳香烃表现出了一些独特的反应。
由于其环状共轭体系的稳定性，芳香烃不容易发生加成反应，而更倾向于发生取代反应。
例如，苯在一定条件下可以与卤素单质发生取代反应，生成卤代苯。
此外，芳香烃还可以发生氧化反应，不过条件相对较为苛刻。
芳香烃的分类也是我们需要了解的重要内容。
按照苯环的个数，可以分为单环芳香烃和多环芳香烃。
单环芳香烃就是只含有一个苯环的化合物，比如苯、甲苯等。
多环芳香烃则是含有两个或两个以上苯环的化合物，又可以分为稠环芳香烃和联苯类芳香烃。
稠环芳香烃如萘、蒽等，它们的苯环是共用相邻的碳原子的；联苯类芳香烃则是通过单键将两个或多个苯环连接起来。
芳香烃的来源非常广泛。
在自然界中，一些植物会分泌出含有芳香烃的物质，赋予它们特殊的气味。
在工业生产中，芳香烃主要通过石油的加工和煤的干馏等过程获得。
石油中含有多种芳香烃的前体物质，通过分馏、催化重整等工艺可以得到纯度较高的芳香烃。
煤的干馏则可以产生煤焦油，其中也含有丰富的芳香烃。
大学有机化学之芳香烃
苯的结构
C6H6: 正六边形、 H 共平面
键角: 120° 键长: 0.140nm
C-C: 0.154nm C=C: 0.134nm H 氢化热低: 208.5<3×119.3 苯具有特殊稳定性
H
0 .1 0 8 n m
1 2 0o C
H
C
C
0 .1 4 0 n m
C 1 2 0o C
C
H
H
苯结构的现代解释
O
O
O
O
O
醛 基 (C H 、 酰 基 ) (C R 、 羧 基 ) (C O 、 酯 基 H (C ) O 等 。 R
两类定位基：
1、邻、对位定位基，又称第一类定位基，“指挥” 新进基主要进入它的邻位和对位,同时活化苯环(X 除 外)。属于第一类基的有（按定位能力由大到小排）：
-O - ,-NH2,-OH，-OR, -NH-CO-CH3, -OCOR,
铁粉或FeC3 l 55～60℃
C6H5Cl+HCl
CH3 +C2l
铁粉或FeC3 l 30℃
CH3
Cl +
CH3
Cl 邻氯甲苯 对氯甲苯
甲苯比苯更易发生卤代反应
2) 硝化反应
C 6 H 6+HO 2 5 浓 5 N ～ H 6 2 S 0 ℃ O 4OC 6 H 5 N 2+ O H 2 O
苯
硝 基 苯
异构化作用：
C 6 H 6 + C 3 C 2 H C 2 H C H 无 水 l A 3lC C C 6 6 H H 5 5 C C l2 C 3 2 H H ) C 2 3 H 异 丙 H ( 丙 苯 苯 C 3 0 7 % 0 % H
有机化学4第四章芳香烃
（1）、闭合离域体系
（2）、具有平面结构或接近平 面
（3）、参与共轭的π电子数符合 4n+2
轮烯
[8]轮 烯
HH
[10]轮 烯
HHHH
[14]轮 烯
[18]轮 烯
盆形
不共平面
π电子数8 不符合4n+2
π电子数10 符合4n+2
无芳香性 无芳香性
不共平面
π电子数12 不符合4n+2
无芳香性
共平面
π电子数18 符合4n+2
COCH3
HO
COOH
COOH NH2
HO
CH3CH2CCH2CHCHO O Cl
3-丁烯-2-醇 4-氧代-2-氯乙醛
4-羟基环己烷甲酸
4-羟基-3-甲氧基苯甲醛 2-氨基-5-羟基苯甲酸
3-硝基-4-羟基苯乙酮
官能团的优先顺序 见教材P93
1
α
891
7
2β
6
3
5
10
5
4
α
SO3H
2β
萘 1,5-二甲基萘 2-萘磺酸 或 β-萘磺酸
―O-， ―NH2，―NR2， ―OH（强烈活化） > ―OR，―OCOCH3， ―NHCOCH3（中等活化） > ―R， ―C6H5 >（弱活化） ― F， ―Cl， ―Br， ―I（弱钝化）
2、第二类定位基（间位定位基）
-N+R3， -NO2，-CN， -SO3H， -CF3，-CHO，COCH3，-COOH，-COOCH3， -CONH2（强烈钝化）
Cl
H
Cl
Cl
E
O
δδ
N
有机化学 第六章 芳香烃
第六 章 芳烃 芳香性
(一) 芳烃的构造异构和命名 (二) 苯的结构 (三) 单环芳烃的来源 (四) 单环芳烃的物理性质 (五) 单环芳烃的化学性质 (六) 苯环上取代反应的定位规则 (七) 稠环芳烃 (八) 芳香性 (九) 富勒烯
第六章 芳烃 芳香性
• 芳烃——芳香族碳氢化合物。含有苯环的一 大类C、H化合物。 “芳香”二字的含义：
1,2，4，5-四甲苯
(2) 命名
命名时，一般以芳环为取代基，也可以芳环为母体。具
体情况，具体对待：
CH=CH2
CH=CH2
苯乙烯
对二乙烯基苯 CH=CH2
CH2Cl
CH2OH
苯氯甲烷 氯苄
苯甲醇 苄醇
• C6H5－ 苯基(Ph－) ；
C6H5CH2－ 苄基 ；
Ar－ 芳基(芳环上去掉一个氢后，所剩下的原子团)；
O
慢
H
SO3-
快 HSO4-
+
σ-络合物
SO3- 快
H3O+
SO3H + H2O
(丁) 烷基化反应机理
苯环烷基化反应中，AlCl3的作用是与卤烷起反应， 加速R+的生成：
RCl + AlCl3
R+ + AlCl4-
亲电试剂
+ R+
R
+H
σ-络合物
AlCl4-
R + HCl + AlCl3
苯环烷基化反应时，产生异构化的原因：
Br
p-二溴苯
注意：第二个卤素原子进入第一个卤素原子的邻、对位。
(乙) 硝化
+ HNO3
浓H2SO。4
50-60 C
(一) 芳烃的构造异构和命名 (二) 苯的结构 (三) 单环芳烃的来源 (四) 单环芳烃的物理性质 (五) 单环芳烃的化学性质 (六) 苯环上取代反应的定位规则 (七) 稠环芳烃 (八) 芳香性 (九) 富勒烯
第六章 芳烃 芳香性
• 芳烃——芳香族碳氢化合物。含有苯环的一 大类C、H化合物。 “芳香”二字的含义：
1,2，4，5-四甲苯
(2) 命名
命名时，一般以芳环为取代基，也可以芳环为母体。具
体情况，具体对待：
CH=CH2
CH=CH2
苯乙烯
对二乙烯基苯 CH=CH2
CH2Cl
CH2OH
苯氯甲烷 氯苄
苯甲醇 苄醇
• C6H5－ 苯基(Ph－) ；
C6H5CH2－ 苄基 ；
Ar－ 芳基(芳环上去掉一个氢后，所剩下的原子团)；
O
慢
H
SO3-
快 HSO4-
+
σ-络合物
SO3- 快
H3O+
SO3H + H2O
(丁) 烷基化反应机理
苯环烷基化反应中，AlCl3的作用是与卤烷起反应， 加速R+的生成：
RCl + AlCl3
R+ + AlCl4-
亲电试剂
+ R+
R
+H
σ-络合物
AlCl4-
R + HCl + AlCl3
苯环烷基化反应时，产生异构化的原因：
Br
p-二溴苯
注意：第二个卤素原子进入第一个卤素原子的邻、对位。
(乙) 硝化
+ HNO3
浓H2SO。4
50-60 C
《有机化学》第7章 芳香烃
若把反应步骤颠倒一下，先氧化，后硝化，那么所得的产物是单一的间硝基苯甲酸。
所以如果希望获得所需的产物，使用正确的反应步骤是重要的。
2023/6/13
18
第三节 稠环芳烃
一、 萘
萘，分子式C10H8，光亮的片状结构，熔点80.2 ℃，沸点218 ℃，有特殊气味，易 升华，不溶于水，易溶于乙醇、乙醚、苯等有机溶剂。其化学性质与苯相似。
2023/6/13
11
⑷ 傅－克（Friedel－Crafts）反应 ① 烷基化反应 凡在有机化合物分子中引入烷基的反应，称为烷基化反应。反
应中提供烷基的试剂叫烷基化剂，它可以是卤代烷、烯烃和醇。
当烷基化剂含有三个或三个以上直链碳原子时，产物发生碳链异构。
② 酰基化反应 凡在有机化合物分子中引入酰基（
①若原有两个取代基不是同一类的，则第三个取代基进入的位置一般受邻、对 位定位基的支配，因为邻、对位基反应的速率大于间位基。
②若原有两个取代基是同一类的，则第三个取代基进入的位置主要受强的定位基 的支配。
2023/6/13
17
⑵ 选择适当的合成路线
例如：由甲苯制备对硝基苯甲酸。
比较这两个结构，反应步骤必须是先硝化，后侧链氧化。
1.取代反应
在萘环上，p电子的离域并不像苯环那样完全平均化，而是在α－碳原子上的电子 云密度较高，β－碳原子上次之，中间共用的两个碳原子上更小，因此亲电取代反应 一般发生在α位。
⑴ 卤化反应
在Fe或FeCl3存在下，将Cl2 通入萘的苯溶液中，主要得到α－氯萘。α－氯萘为无 色液体，沸点259 ℃，可做高沸点溶剂和增塑剂。
2023/6/13
6
苯分子去掉一个氢原子后的基团（C6H5―）叫做苯基，也可以用Ph―代 表。芳烃分子的芳环上去掉一个氢原子后的基团叫做芳基，可用Ar―代表。甲 苯分子中苯环上去掉一个氢原子后所得的基团CH3C6H5―称甲苯基；如果甲苯 的甲基上去掉一个氢原子，C6H5CH2―称苯甲基，又称苄基。
所以如果希望获得所需的产物，使用正确的反应步骤是重要的。
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第三节 稠环芳烃
一、 萘
萘，分子式C10H8，光亮的片状结构，熔点80.2 ℃，沸点218 ℃，有特殊气味，易 升华，不溶于水，易溶于乙醇、乙醚、苯等有机溶剂。其化学性质与苯相似。
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11
⑷ 傅－克（Friedel－Crafts）反应 ① 烷基化反应 凡在有机化合物分子中引入烷基的反应，称为烷基化反应。反
应中提供烷基的试剂叫烷基化剂，它可以是卤代烷、烯烃和醇。
当烷基化剂含有三个或三个以上直链碳原子时，产物发生碳链异构。
② 酰基化反应 凡在有机化合物分子中引入酰基（
①若原有两个取代基不是同一类的，则第三个取代基进入的位置一般受邻、对 位定位基的支配，因为邻、对位基反应的速率大于间位基。
②若原有两个取代基是同一类的，则第三个取代基进入的位置主要受强的定位基 的支配。
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⑵ 选择适当的合成路线
例如：由甲苯制备对硝基苯甲酸。
比较这两个结构，反应步骤必须是先硝化，后侧链氧化。
1.取代反应
在萘环上，p电子的离域并不像苯环那样完全平均化，而是在α－碳原子上的电子 云密度较高，β－碳原子上次之，中间共用的两个碳原子上更小，因此亲电取代反应 一般发生在α位。
⑴ 卤化反应
在Fe或FeCl3存在下，将Cl2 通入萘的苯溶液中，主要得到α－氯萘。α－氯萘为无 色液体，沸点259 ℃，可做高沸点溶剂和增塑剂。
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6
苯分子去掉一个氢原子后的基团（C6H5―）叫做苯基，也可以用Ph―代 表。芳烃分子的芳环上去掉一个氢原子后的基团叫做芳基，可用Ar―代表。甲 苯分子中苯环上去掉一个氢原子后所得的基团CH3C6H5―称甲苯基；如果甲苯 的甲基上去掉一个氢原子，C6H5CH2―称苯甲基，又称苄基。
有机化学第四章 芳 香 烃
（2） 酰基化反应 酰基化反应的特点：产物纯、产量高。
二、氧化反应
1．苯环的氧化
苯环在激烈的条件下被氧化破坏，例如：
2. 烷基苯的氧化( 侧链氧化 )：
无论烷基侧链的长短，其氧化产物都是苯甲酸。
第五节 苯环上亲电取代反应的定位规律
一、一元取代苯的定位规律
1．邻、对位定位基（第一类定位基） 使新引入的取代基主要进入其邻位和对位，且多
第四章 芳 香 烃
第一节 芳烃的分类与命名 第二节 苯的结构 第三节 单环芳烃的物理性质 第四节 单环芳烃的化学性质 第五节 苯环上亲电取代反应的定位规律 第六节 其他芳烃
芳香化合物的定义
第一阶段：从植物胶中取得的具有芳香气味的物质称 为芳香化合物。 第二阶段：将苯和含有苯环的化合物称为芳香化合物。 第三阶段：将具有芳香性的化合物称为芳香化合物。
CH3CH2CHCH2CHCH3 CH3
COOH
SO3H
2-甲基-4-苯基己烷 苯甲酸
苯磺酸
CH3CH2CHCH2CHCH3 CH3
COO
2-甲基-4-苯基己烷 苯甲酸
第二节 苯的结构
一、苯的凯库勒式
H
H
H
1825年 法拉第发现了苯
H
H
H
1834年 经元素分析、分子量测定 分子式为 C6H6
C6H5Br 只得到一种——苯中的六个H原子完全等价
1857年 凯库勒提出碳四价（平面）
1858年 Kèkulè提出苯的结构式
凯库勒式是被广泛被接受，但仍面临下列难题：
Br
Br
1.只有一种邻二溴代苯
Br
Br
2.特殊的稳定性：
不发生加成反应 不与氧化剂反应；
有机化学第四章 芳香烃
7
1 价键理论
此时每个碳原子上剩有一 H 个未参与杂化 参与杂化的 轨道， 个未 参与杂化 的 p 轨道 ， H120° 其对称轴垂直碳环所在 平面，并彼此平行，于 两侧相互交盖重叠，形 H H 成一个闭合的π 成一个闭合的 π键 ， 这样 处于该 π 键中的 π 电子能 高度离域， 够 高度离域 ， 使 π 电子云 完全平均化。分子整体 能量降低，分子稳定。 能量降低，分子稳定。
CH3
CH3 甲苯
CH2CH3 乙苯
CH2CH2CH2CH3
CH3
CH3
CH3CH2
对二甲苯
邻甲乙苯
13
苯同系物的命名
• 3 苯环上连有三个相同基团时，用连、偏、均来 表示相对位置。 表示相对位置。 • 要求必须是三个相同基团才能用连、偏、均来表 才能用连 示此三基团的相对位置。
CH3 CH3 CH3
H H
0.110nm
0.140nm
8
• 由于苯形成了一个环状π键，使6个碳－碳键、6 个碳－氢键都相同，其碳－碳键较烷烃中短，比 烯烃中碳－碳双键长，导致其性质与烷烃、烯烃 都有较大区别，苯的这种难加成、难氧化、易取 难加成、难氧化、 代的性质，就被称为芳香性。 现在一般用
表示苯，以示苯中 个碳 个碳－ 表示苯，以示苯中6个碳－碳键并无
3 芳烃衍生物的命名
当苯环上连有－OH、－CHO、－COOH、－ 当苯环上连有－OH、－CHO、－COOH、－ 、－CHO、－COOH 、－NO 、－SO 、－X NH2、－NO2、－SO3H、－X等基团时我们又该 如何命名这样的化合物呢？ 如何命名这样的化合物呢？ 首先仍然是选择一个母体。 首先仍然是选择一个母体。 一般我们按一定的次序选择一个最优先的基团 选择一个最优先的基团， 一般我们按一定的次序选择一个最优先的基团， 并将它与苯一起作为一个完整的母体。 并将它与苯一起作为一个完整的母体。其它都作 为取代基来看。 为取代基来看。 这一次序我们称为“ 优先次序 ”，它与在烯烃一 完全没有任何关系。 章中介绍的“ 次序规则 ”完全没有任何关系。 一些常见基团的优先次序如下: 一些常见基团的优先次序如下:
1 价键理论
此时每个碳原子上剩有一 H 个未参与杂化 参与杂化的 轨道， 个未 参与杂化 的 p 轨道 ， H120° 其对称轴垂直碳环所在 平面，并彼此平行，于 两侧相互交盖重叠，形 H H 成一个闭合的π 成一个闭合的 π键 ， 这样 处于该 π 键中的 π 电子能 高度离域， 够 高度离域 ， 使 π 电子云 完全平均化。分子整体 能量降低，分子稳定。 能量降低，分子稳定。
CH3
CH3 甲苯
CH2CH3 乙苯
CH2CH2CH2CH3
CH3
CH3
CH3CH2
对二甲苯
邻甲乙苯
13
苯同系物的命名
• 3 苯环上连有三个相同基团时，用连、偏、均来 表示相对位置。 表示相对位置。 • 要求必须是三个相同基团才能用连、偏、均来表 才能用连 示此三基团的相对位置。
CH3 CH3 CH3
H H
0.110nm
0.140nm
8
• 由于苯形成了一个环状π键，使6个碳－碳键、6 个碳－氢键都相同，其碳－碳键较烷烃中短，比 烯烃中碳－碳双键长，导致其性质与烷烃、烯烃 都有较大区别，苯的这种难加成、难氧化、易取 难加成、难氧化、 代的性质，就被称为芳香性。 现在一般用
表示苯，以示苯中 个碳 个碳－ 表示苯，以示苯中6个碳－碳键并无
3 芳烃衍生物的命名
当苯环上连有－OH、－CHO、－COOH、－ 当苯环上连有－OH、－CHO、－COOH、－ 、－CHO、－COOH 、－NO 、－SO 、－X NH2、－NO2、－SO3H、－X等基团时我们又该 如何命名这样的化合物呢？ 如何命名这样的化合物呢？ 首先仍然是选择一个母体。 首先仍然是选择一个母体。 一般我们按一定的次序选择一个最优先的基团 选择一个最优先的基团， 一般我们按一定的次序选择一个最优先的基团， 并将它与苯一起作为一个完整的母体。 并将它与苯一起作为一个完整的母体。其它都作 为取代基来看。 为取代基来看。 这一次序我们称为“ 优先次序 ”，它与在烯烃一 完全没有任何关系。 章中介绍的“ 次序规则 ”完全没有任何关系。 一些常见基团的优先次序如下: 一些常见基团的优先次序如下:
大学有机化学 芳香烃
三、苯及其同系物的性质
苯及其同系物均不溶于水，易溶于乙醚、 四氯化碳或石油醚等有机溶剂。
相对密度几乎都小于1。 苯及其同系物一般都有毒性，长期吸入它们
的蒸气，会损害造血器官及神经系统，因 此在操作时需注意采取防护措施。
制作:邓健 出版:人民卫生出版社
16
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(三、性质)
制作:邓健 出版:人民卫生出版社
6
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(一、苯的结构)
虽然苯的结构在今天已得到完全阐明,但 苯的结构式仍然采用当初Kekulé提出的式子。 或用圆圈代表环闭大π键的苯结构式。
苯的结构也可以用两个Kekulé结构 式的共振式或共振杂化体表示。
两个共振式
共振杂化体
制作:邓健 出版:人民卫生出版社
制作:邓健 出版:人民卫生出版社
4
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(一、苯的结构)
(二) 苯分子结构的现代解释
环状大π键
制作:邓健 出版:人民卫生出版社
5
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(一、苯的结构)
结构及性质特征：
所有原子共平面；
形成环状大π键
碳碳键长全相等;
环稳定、难加成、 难氧化、易取代
化学性质 —— 芳香性
难氧化，难加成，易发生亲电取 代反应，芳环稳定。
制作:邓健 出版:人民卫生出版社
17
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(三、性质)
(一) 苯的亲电取代反应(electrophilic substitution)
苯环π电子的高度离域形成一个富电子体系, 对亲 电子试剂能起提供电子的作用,易发生亲电取代反应。
H
HCC C H 或
苯及其同系物均不溶于水，易溶于乙醚、 四氯化碳或石油醚等有机溶剂。
相对密度几乎都小于1。 苯及其同系物一般都有毒性，长期吸入它们
的蒸气，会损害造血器官及神经系统，因 此在操作时需注意采取防护措施。
制作:邓健 出版:人民卫生出版社
16
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(三、性质)
制作:邓健 出版:人民卫生出版社
6
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(一、苯的结构)
虽然苯的结构在今天已得到完全阐明,但 苯的结构式仍然采用当初Kekulé提出的式子。 或用圆圈代表环闭大π键的苯结构式。
苯的结构也可以用两个Kekulé结构 式的共振式或共振杂化体表示。
两个共振式
共振杂化体
制作:邓健 出版:人民卫生出版社
制作:邓健 出版:人民卫生出版社
4
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(一、苯的结构)
(二) 苯分子结构的现代解释
环状大π键
制作:邓健 出版:人民卫生出版社
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第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(一、苯的结构)
结构及性质特征：
所有原子共平面；
形成环状大π键
碳碳键长全相等;
环稳定、难加成、 难氧化、易取代
化学性质 —— 芳香性
难氧化，难加成，易发生亲电取 代反应，芳环稳定。
制作:邓健 出版:人民卫生出版社
17
第四章 芳香烃 第一节 苯及其同系物(三、性质)
(一) 苯的亲电取代反应(electrophilic substitution)
苯环π电子的高度离域形成一个富电子体系, 对亲 电子试剂能起提供电子的作用,易发生亲电取代反应。
H
HCC C H 或
大学有机化学第五章芳烃
⼤学有机化学第五章芳烃第五章芳⾹烃【⽬的要求】1、掌握单环芳烃的结构；单环芳烃的同分异构和命名；单环芳烃的化学性质；萘的结构及萘的化学性质；蒽和菲的结构；正确理解芳⾹性及H ückel 规则与芳⾹性的关系。
2、正确理解价键理论、分⼦轨道理论和共振论对苯分⼦结构的解释；熟悉苯的物理性质。
3、了解其它多环芳烃；⾮苯芳烃；芳烃的来源。
【教学内容】第⼀节单环芳烃⼀、苯的结构（⼀）苯的开库勒（Kekul é）结构式（⼆）苯分⼦结构的近代概念1、分⼦轨道理论对苯分⼦结构的认识2、共振论对苯分⼦结构的解释⼆、单环芳烃的异构和命名苯的⼀元取代物没有异构体，命名⼀般以苯为母体，烷基为取代基。
苯的⼆元取代物有三种异构体，命名时可⽤阿拉伯数字或“邻、间、对”字头表⽰取代基的不同位置。
CH 3CH 3CH 3CH 3CH 3邻⼆甲苯间⼆甲苯对⼆甲苯三、单环芳烃的物理性质四、单环芳烃的化学性质苯环是⼀个平⾯结构，离域的π电⼦云分布在环平⾯的上⽅和下⽅，它象烯烃的π电⼦⼀样，能够对亲电试剂提供电⼦，但是，苯环是⼀个较稳定的共轭体系，难以破坏，所以苯环很难进⾏亲电加成，易于亲电取代。
亲电取代是苯环的典型反应。
（⼀）、亲电取代反应芳烃的重要亲电取代反应有卤代、硝化、磺化和傅-克烷基化、酰基化反应等。
1、卤代反应在催化剂 (AlCl 3、FeX 3、BF 3、ZnCl 2、等路易斯酸) 的存在下，苯较容易和氯或溴作⽤，⽣成氯苯或溴苯。
这类反应称为卤代反应(halogenation)。
Br溴苯2、硝化反应苯与浓硫酸和浓硝酸（也称混酸）共热，苯环上⼀个氢原⼦被硝基（—NO 2）取代，⽣成硝基苯。
这个反应称为硝化反应(nitration)。
NO23、磺化反应苯与浓硫酸反应很慢，与发烟硫酸（含SO3的浓硫酸）反应较快，在室温下即可作⽤，苯环上的氢原⼦被磺酸基（—SO3H）取代⽣成苯磺酸。
这类反应称为磺化反应（sulfonation）。
有机化学 第四章 芳香烃
第四章芳香烃芳烃，也叫芳香烃，一般是指分子中含苯环结构的碳氢化合物。
现代芳烃的概念是指具有芳香性的一类环状化合物，它们不一定具有香味，也不一定含有苯环结构。
分类：芳香烃根据分子中是否含有苯环，可分为苯系芳烃和非苯系芳烃。
苯系芳烃按所含苯环的数目和结合方式分为单环芳烃、稠环芳烃和多环芳烃。
1．单环芳烃：指分子中仅含一个苯环的芳烃，包括苯、苯的同系物和苯基取代的不饱和烃。
例如：CH3CH2CH3CH=CH2苯甲苯乙苯苯乙烯2．多环芳烃：指分子中含两个或两个以上苯环的芳烃，多环芳烃根据分子中苯环的连接方式不同分为多苯代脂肪烃，联苯烃和稠环芳烃(1)多苯代脂肪烃：可以看作脂肪烃分子中两个或两个以上氢原子被苯基取代的化合物。
CH2HC CH二苯甲烷1,2-二苯乙烯(1)联苯烃：指两个或两个以上苯环分别以单键相连而成的多环芳烃例如：联苯1,4-三联苯(2)稠环芳烃：两个或两个以上苯环彼此共用两个碳原子而成的多环芳烃，例如：萘蒽菲3．非苯芳烃：指分子中不含苯环的芳香烃，例如：环戊二烯负离子环庚三烯正离子第一节单环芳烃一，单环芳烃的异构现象和命名苯是最简单的单环芳烃。
单环芳烃包括苯、苯的同系物和苯基取代的不饱和烃。
1．异构现象（1）烃基苯有烃基的异构例如：CH2CH2CH3CHCH3CH3（2）二烃基苯有三种位置异构例如：RR'RRR'R'（3）三取代苯有三种位置异构例如： R R'RRR''R''R''R'R'2. 命名（1）苯基的概念芳烃分子去掉一个氢原子所剩下的基团称为芳基(Aryl)用Ar 表示。
重要的芳基有：CH 2(C 6H 5CH 2-)苄基（苯甲基），用Bz 表示苯基， 用Ph 或 表示ф（2）一元取代苯的命名a 当苯环上连的是烷基（R-），-NO 2，-X 等基团时，则以苯环为母体，叫做某基苯。
例如：CH CH 3CH 3NO 2Cl异丙基苯叔丁基苯硝基苯氯苯b 当苯环上连有-COOH ，-SO 3H ，-NH 2，-OH ，-CHO ，-CH=CH 2或R 较复杂时，则把苯环作为取代基。
有机化学：芳香烃
现代物理方法测定苯的结构为：
苯分子模型
苯分子环状结构及 π 电子云分布图
六个碳原子上的六个π电子离域、完全平均化， π电子云均匀分布在苯环平面的上下两侧。
1. 具有 6π 电子的闭合共轭体系， 使得苯环具有高度的对称性和特 殊的稳定性。 2. 由于形成了闭合共轭体系，无单、 双键之分，故苯的邻位二元取代 物只能有一种。
分子式C6H6，高度不饱和性。
事实：苯极为稳定，不易氧化，难加成， 易取代（在催化剂的作用下）。 苯的这种性质来自苯的特殊结构。
历史上苯的表达方式
Kekule式
双环结构式
棱形结构式
杜瓦苯
棱晶烷
向心结构式
对位键 结构式
余价 结构式
苯现在的表达方式
价键式
分子轨道离域式
共振式
自旋偶合价键理论 （1986年Copper等提出）
离域式
（二）常见的亲电取代反应
1. 卤代反应
亲电试剂是卤素与卤化铁生成的配合物。
2. 硝化反应
亲电试剂是硝酰正离子 。 由浓硝酸与浓硫酸作用生成的。 硝酰正离子是很强的亲电试剂。
3. 磺化反应
苯与浓硫酸在75-80℃或发烟硫酸（SO3+浓 H2SO4）在40℃时反应。
苯磺酸
亲电试剂是 SO3（+SO3H ） 三氧化硫是电中性的分子，但可极化，SO3 的硫原子显正性，通过硫原子进攻苯环。
CH2
联苯和联多苯：分子中两个或 两个以上的苯环直接互相连接。
稠环芳香烃：苯环通过共用相邻的 碳原子相互稠合而成的芳香烃。
萘
蒽
芳香烃是合成芳香族化合物的重 要原料，而芳香族化合物又是医 学、染料及国防等工业的重要物 质。芳香烃主要来自石油C5-C8 馏分的芳构化。
有机化学 芳香烃
C O + CO2 C O + H2O
3、加成反应
+ 3 H2 Ni
高温、高压
Cl H Cl H Cl H H Cl H Cl H Cl
hν +
3 Cl2
6.6.6.
芳香性：易取代、难加成、难氧化
4.4 苯环上取代基的定位规律
H 2SO4 （浓）
+ NO2
HNO3（浓）
NO2 NO2
50～55℃
400~500℃，空气
3、加成反应
Na + C2H5OH H2 , Ni
加温，加压
4.6
非苯芳烃及休克尔规则
(4n+2)
–
+
H
H
H
+ H
H
+
H+
‥ _
H
H
_
H
H
＊芳香性离子
+ H
‥
_
H
关于芳香性的含义小结：
1、环的平面结构，形成环状大π键。 2、π电子总数符合 4n+2 规则。
作业：
4.3
A B A
+
+
B
H
Ａ＋
A ＋ ≡
H +
A
A
－H＋
+
H
+
反应的能量变化曲线:
2、氧化反应
燃烧：
+ O2
点燃
CO2
+
H2O
侧链的氧化：
CH3 KMnO4+H2SO4 COOH
R
KMnO4+H2SO4
COOH
C(CH3)3
有机化学-芳香烃
NO2
+ CH3CH2Br AlCl3 (-) 不反应
含有-NH2,-NHR,或-NR2基团的芳香环不起F-C烷基化反 应
2)酰基化反应
芳烃和酰氯或酸酐发生傅氏反应生成酮
+
O CH3C Cl
AlCl 3
C-CH3
O
+ HCl
CH3
O
+ CH3C O AlCl3 CH3C
H3C
O
C-CH3 + CH3COOH O
母体官能团的选择性顺序P221
Br
COOH
SO3H
OH
NH2
3-氨基-5-溴苯甲酸
NO2
4-硝基苯磺酸
CH(CH3)2
3-异丙基苯酚
一些官能团先后顺序：
SO3H ,
COOH , CHO ,
O
\ C , OH , C C
CC
NH2 ,
OR , R , X , （常作为取代基）
NO2 , NO
多环芳烃
苯磺酸
磺化反应是可逆反应，苯磺酸与稀酸一起加热返 回苯和硫酸。故可以用于鉴别和分离苯和烷烃。
SO3H
H+ + H2O
+ H2SO4
磺酸的钠盐与碱共熔，可以转化为酚的钠盐，酸化后得到 酚。可以在苯环上引入羟基。
SO3Na
ONa
OH
NaOH
H+
（4）傅－克(Friedel-Crafts)反应
1）F-C烷基化 2）F-C酰基化
1.所有原子共平面
2.形成环状大 p 键 3.碳碳键长完全平均
4.环稳定、难加成、易取代、
难氧化
苯的环状闭合共轭体系。大p 键的电子云对称 分布于环平面的上、下两侧。 6个p 电子在环上 离域。电子云密度完全平均化，苯环上没有单键 和双键的区别。
+ CH3CH2Br AlCl3 (-) 不反应
含有-NH2,-NHR,或-NR2基团的芳香环不起F-C烷基化反 应
2)酰基化反应
芳烃和酰氯或酸酐发生傅氏反应生成酮
+
O CH3C Cl
AlCl 3
C-CH3
O
+ HCl
CH3
O
+ CH3C O AlCl3 CH3C
H3C
O
C-CH3 + CH3COOH O
母体官能团的选择性顺序P221
Br
COOH
SO3H
OH
NH2
3-氨基-5-溴苯甲酸
NO2
4-硝基苯磺酸
CH(CH3)2
3-异丙基苯酚
一些官能团先后顺序：
SO3H ,
COOH , CHO ,
O
\ C , OH , C C
CC
NH2 ,
OR , R , X , （常作为取代基）
NO2 , NO
多环芳烃
苯磺酸
磺化反应是可逆反应，苯磺酸与稀酸一起加热返 回苯和硫酸。故可以用于鉴别和分离苯和烷烃。
SO3H
H+ + H2O
+ H2SO4
磺酸的钠盐与碱共熔，可以转化为酚的钠盐，酸化后得到 酚。可以在苯环上引入羟基。
SO3Na
ONa
OH
NaOH
H+
（4）傅－克(Friedel-Crafts)反应
1）F-C烷基化 2）F-C酰基化
1.所有原子共平面
2.形成环状大 p 键 3.碳碳键长完全平均
4.环稳定、难加成、易取代、
难氧化
苯的环状闭合共轭体系。大p 键的电子云对称 分布于环平面的上、下两侧。 6个p 电子在环上 离域。电子云密度完全平均化，苯环上没有单键 和双键的区别。
有机化学 芳香烃
均比水轻。沸点随相对分子质量升高而升高。熔点除
与相对分子质量有关外，还与结构有关，通常对位异
构体由于分子对称，熔点较高。
单环芳烃的蒸气有毒，对呼吸道、中枢神经和造 血器官产生损害，大量使用时要注意。由于苯及其同 系物中含碳量比较多，燃烧时火焰带有黑烟。
（三）化学性质
苯的化学稳定性
一些能与烯烃反应的试剂
1.一取代苯
苯的六个碳原子和六个氢原子是等同的，因此，一取代苯 (不包括取代基自身的异构)只有一种。
一取代苯的命名有两种情况：
① 以苯为母体，当苯环上连的是烷基（R-）、-NO2、-X等 基团时，则以苯环为母体，叫做“某基苯”。
②当苯环上连有-COOH，-SO3H，-NH2，-OH，-CHO，-CH=CH2
（一）芳烃的分类
按照有无苯环结构单元分类:
苯型芳烃:具有苯环结构单元且有芳香性的芳烃（经典芳烃）
CH
非苯型芳烃: 无苯环结构单元但具有芳香性的芳烃（非经典芳烃）
苯型芳烃的类型
单环芳烃
CH CH2 CH3
联苯型芳烃
多环芳烃
多苯基取代脂肪烃
CH CH
CH
稠环芳烃
（二）同分异构和命名
苯及其同系物的通式为CnH2n-6。
OCH3
NH2
SO3H
苯甲醚
苯胺
苯磺酸
若苯环上所连接的烃基较长、较复杂，或烃链上有多个 苯环命名时，通常以烃链为母体，
CH 3CH 2CH CHCH 3 CH 3
CH 2
2-甲基-3-苯基戊烷
二苯甲烷
（E）－2，3－二甲基－1－苯基－1－己烯
2.
二取代苯
存在三种位置异构体，为区分这些位置异构体，常用阿拉伯数字编
有机化学课件第三章芳香烃
N
嘌呤
5）脂肪烃类芳香烃
ROOR‘酯
一、苯的分子结构
1、苯的结构式
H H C C C H
苯的分子式：C6H6 3、苯的结构特点：
（1）苯分子是平面六边 形的稳定结构； H C C H C （2）苯分子中碳碳键是 H 介于C-C单键与C=C双键 2、苯的结构简式 之间的一种独特的键,C 原子采取sp2杂化； （3） 苯分子中六个C原子等
（3）苯的磺化反应
+ 浓H2SO4
H2SO4,SO3
30～50oC
SO 3H
+ H2O
SO3H
2H2SO4
_
SO3 + H3O +
_ _
+
HSO4
SO 3H + H2O
δ O
+ + δ S
_
H
+
SO3
_
SO3
δ O
H3O
+
Oδ
1)磺化反应是可逆的
SO3H H2SO4 , H2O（大量） （稀酸溶液）,加热 H （去磺酸基）
5、含有两个不同的取代基：先确定主官能团。
若苯环上连有多个官能团时，常以下列顺序排列： －X（F、Cl、Br、I）， －NO2，－OR，－R， (－Ar)，－NH2，－SH，Ar－OH，R－OH， －COR ，－CHO，－CN，－CONH2， —COX，－COOR，－SO3H， －COOH，正 离子如－N+R3等 上述顺序排在后面的官能团与苯环一起作为母 体，编号为1，其它基团作取代基。写名称时， 将优先顺序较小的基团排在前面。 见下页：
OH
COOH OH
CH3 NO2
Cl
有机化学 芳香烃
芳香烃分类
苯系芳烃
单环芳烃 苯
CH2CH3
CHCH3 CH3
乙苯
异丙苯
CH=CH2 苯乙烯
联苯
联苯
对三联苯
多环芳烃 稠环芳烃
萘
蒽
多苯代脂烃
非苯芳烃
环戊二烯 环庚三烯
薁
负离子 正离子
CH2 二苯甲烷
苯的发现
Kekule式
苯的 结 构 )
杜瓦苯
• 1825年,迈克尔·法拉第 (Michael Faraday,1791-1867)从鱼油等类似物质的 热裂解产品中分离出了较高纯度的苯，称之为“氢的重碳化物” （Bicarburet of hydrogen）。并测定了苯的一些物理性质和它的化学组成， 阐述了苯分子的碳氢比为C︰H＝1︰1，实验式(最简式)为CH。
• 1865年，弗里德里希·凯库勒在论文《关于芳香族化合物的研究》中，再次 确认了四年前苯的结构，为此，苯的这种结构被命名为“凯库勒式”。此 外，詹姆斯·杜瓦发现了一种苯的类似物；命名为“杜瓦苯”，现已被证实， 可由苯经光照得到。
凯库勒 (1829-1896)
史上最著名有机化学家之一。1829年9月7日生于达姆施 塔特，1896年6月13日卒于波恩。1852年获博士学位。后来 去巴黎深造，结识了C.-F.热拉尔。1856年在汉德堡大学任讲 师。1858年任比利时根特大学化学教授。1867年任波恩大 学化学研究所所长。
4-2 单环芳烃的异构和命名 异构现象
1．烃基苯有烃基的构造异构 例如：
CH2CH2CH3
CH3 CH
CH3
2．二烃基苯有三中位置异构
R R'
R
R
例如：
R'
《有机化学》第五章芳香烃
CH(CH3)2
CH 2CH=CH 2
异丙苯
3-苯基丙烯
CH3 CH3
1，2-二甲苯 （邻二甲苯）
CH 3
CH3
CH3 1，3-二甲苯 （间二甲苯）
1，4-二甲苯 （对二甲苯）
CH 3
CH 3CHCH 2CHCH 3 CH3
CH3 C=C
C2H5
H
2-甲基-4-苯基戊烷
2-苯基-2-戊烯
芳基：Ar- 苯基： C6H5- , Ph
CH2CH3
+ CH3CH=CH2 无水AlCl3
CH(CH3)2
当苯环上有强的吸电子基时，烷基化反应不容易进行。
比较：烷基ห้องสมุดไป่ตู้与酰基化的异同
相同：① 催化剂相同 ② 反应历程相似 ③ 苯环上有吸电子基时不能发生付-克反应
不同：① 烷基化能发生异构化，而酰基化不能； ② 烷基化不停留在一取代物上，而酰基化停留 在一取代物上； ③ 二者催化剂用量不同，烷基化用量少，酰基 化用量多。
第五章 芳香烃
学习要求：
1.了解芳香烃的分类；掌握苯系单环芳烃的异构和命名 2. 掌握苯的结构及其化学性质 3. 掌握芳烃亲电取代的定位规律及其理论解释 4. 了解稠环芳香烃、非苯芳香烃；掌握休克尔规则
重点：
苯的结构及其化学性质；芳烃取代的定位规律及 休克尔规则
本章主要内容
第一部分 单环芳烃的概述及性质 第二部分 芳香烃的亲电取代反应历程 第三部分 芳烃亲电取代的定位规律 第四部分 稠环芳香烃概述 第五部分 休克尔规则和非苯芳香体系
二、亲电试剂与芳烃反应，得到中间体σ—配合物
H
+ Cl+
+ Cl
三、σ－配合物脱去一个质子，形成芳烃的取代产物
有机化学芳香烃
4.1.2.2 芳烃衍生物的命名
当苯环上连有- ,-CHO,- ,-COOH,- 当苯环上连有-OH,- ,- ,- ,- NH2,- ,-NO2,- 3H,- 等基团时我们又该 ,-SO ,- ,-X等基团时我们又该 如何命名这样的化合物呢? 如何命名这样的化合物呢? 首先仍然是选择一个母体. 首先仍然是选择一个母体. 一般我们按一定的次序选择一个最优先的基团 选择一个最优先的基团, 一般我们按一定的次序选择一个最优先的基团, 并将它与苯一起作为一个完整的母体.其它都作 并将它与苯一起作为一个完整的母体. 为取代基来看. 为取代基来看. 这一次序我们称为" 优先次序 ",它与在烯烃一 完全没有任何关系. 章中介绍的" 次序规则 "完全没有任何关系. 一些常见基团的优先次序如下: 一些常见基团的优先次序如下
3-硝基-5-羟基苯甲酸 -硝基- -
注意: 只是在选择母体时才有用, 选择母体时才有用 注意: " 优先次序 "只是在选择母体时才有用,
在选好母体后, " 优先次序 "则不再有任何用 在选好母体后, 处.
武汉大学医学有机化学2009 武汉大学医学有机化学2009
练习
HOOC
CH3O
SO3H
O2N
作为取代基,按烷烃的命名方法来命名. 作为取代基,按烷烃的命名方法来命名.
CH3 CH2 CH CH3 CH CH3
2-甲基-4-苯基戊烷 -甲基- -
武汉大学医学有机化学2009 武汉大学医学有机化学2009
命名
若苯环上连有不饱和基团时 通常也是将苯基作 若苯环上连有不饱和基团时,通常也是将苯基作 连有不饱和基团 为取代基处理 命名将遵守烯或炔烃的命名原则. 处理. 为取代基处理.命名将遵守烯或炔烃的命名原则.