第四章芳烃_有机化学及实验
芳烃的性质实验报告
芳烃的性质实验报告
芳烃是一类含有苯环结构的碳氢化合物，具有特殊的化学性质。
本实验旨在通
过对芳烃的性质进行实验研究，以期深入了解其化学特性及应用价值。
首先，我们进行了对芳烃的物理性质的实验研究。
实验结果显示，芳烃具有较
高的沸点和熔点，这与其分子结构紧密相关。
此外，我们还测试了芳烃的溶解性，发现芳烃在非极性溶剂中溶解度较高，而在极性溶剂中溶解度较低，这与芳烃的分子极性有关。
接着，我们对芳烃的化学性质展开了实验研究。
在实验中，我们发现芳烃具有
较高的稳定性，不易发生化学反应。
但在适当的条件下，芳烃可以发生亲电取代反应和求核取代反应，这为芳烃的合成和改性提供了重要的理论基础。
此外，我们还对芳烃的燃烧性质进行了实验研究。
实验结果表明，芳烃在氧气
条件下可以发生完全燃烧，生成二氧化碳和水，释放大量的能量。
这为芳烃作为燃料的应用提供了重要的参考依据。
最后，我们对芳烃的环境影响进行了实验研究。
实验结果显示，芳烃在大气中
易发生光化学反应，产生有害的光化学污染物，对环境造成一定的影响。
因此，在芳烃的生产和使用过程中，需要采取相应的环保措施，减少对环境的影响。
综上所述，通过对芳烃的性质进行实验研究，我们深入了解了芳烃的物理性质、化学性质、燃烧性质以及环境影响等方面的特点。
这对于进一步的芳烃的应用和环境保护具有重要的理论和实践意义。
希望本实验能为相关领域的研究和应用提供一定的参考价值。
第四章芳烃_有机化学及实验
第四章芳烃一基本要求1、掌握芳烃的分类、命名和结构。
2、掌握芳烃的化学反应：氧化反应、加成反应和取代反应，重点学习芳香族化合物的亲电取代反应理论。
3、掌握芳烃亲电取代反应中的定位效应。
三类定位基的特点极其理论解释以及利用定位效应于有机合成中。
4、了解芳烃的一些物理性质和光谱特征，特别是苯环的各向异性效应在解析1HNMR谱图方面的应用。
5、了解芳香族亲电取代反应的机理和实例，学会运用付-克反应处理有机化学中的分析、合成问题。
二基本概念苯的凯库勒结构，离域结构，共振结构，休克尔规则，自由基加成，亲电取代反应，亲核取代反应，付-克反应，第一类定位基，第二类定位基，第三类定位基，共轭效应(C)，诱导效应(I)。
三重点与难点提示1苯的离域结构：苯具有平面正六边形结构，每两个相邻碳原子之间的距离是一样的，分子中每个碳原子都以sp2 杂化轨道分别与一个氢和两个碳以σ键结合，3个σ键之间的夹角都是120°，每个碳还剩一个p电子，处于和苯环平面相垂直的p轨道上。
6个p轨道彼此重叠，互相贯通成圆环。
由于苯分子的这种对称性排列，电子云是平均分布在整个环上的，6个p电子发生离域形成环状大л键(见图4.1)。
图4.1苯的离域л分子轨道2、苯的共振结构共振论认为许多化合物可以用一个结构式表示其结构，例如乙烯C CHH。
但有一些化合物却不能用单一的结构式精确表示其结构。
它的真实结构是由多个共振结构式共振而成的共振杂化体。
例如，苯的真实结构可以认为主要是由下列共振结构式共振而成的共振杂化体。
共振结构式之间用双箭头“”连接。
+_共振论认为共振结构式符合下列规定：（1）各共振结构式中原子位置无任何变动，且成对或未成对的电子数也应相同，它的差别在于电子的分布。
例如：CH 3CCH 3OCH 3C CH 2OH CH 2CHCH 2CH 2CH CH 2CH 2CHCH 2CH 2CHCH 2CH 3COOCH 3COO（2）能量越低越稳定的共振结构在共振杂化体中占较大的分量，它们的贡献越大。
有机化学第四篇芳香烃
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，它们不必然具有香味，也不必然含有苯环结构。
分类：芳香烃按照分子中是不是含有苯环，可分为苯系芳烃和非苯系芳烃。
苯系芳烃按所含苯环的数量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，多环芳烃按照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：能够看做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别离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 33NO 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。
第四章 芳香烃
目录△
2 、萘的一般性状
无色晶体 m.p 80.55℃ b.p 218℃ ，易升华
3、萘的化学性质
（1） 亲电取代
萘的亲电取代反应比苯易进行
Cl + Cl2 I2 , C6H6 + HCl
Br + Br2 CCl4 + HBr
第四章 芳 香 烃
目录△
NO2 + HNO3 H2SO4
SO 3H 0-60 75-80 % + H2SO4 160 75-80 %
COOH
注意：没有α-H的侧链不被氧化，如叔丁苯不能使高锰酸钾褪色 第四章 芳 香 烃
目录△
激烈条件下苯环也可以被氧化
O + O2 V2O5 450-500o O O
第四章 芳 香 烃
目录△
第四节
卤代： X2 + FeX3
苯环上亲电取代反应历程
X+
+ FeX4
一、 正离子的形成
亲电离子
硝化： 2H2SO4 + HNO3
CH2COOH
1. 萘的结构
萘分子中碳原子和氢原子都在同一平面内，碳－碳键的长度 不全相等，但与苯相近。
142
pm
136
pm
140 pm
123
第四章 芳 香 烃
目录△
萘分子中碳原子和氢原子都在同一平面内，碳－碳 键的长度不全相等，但与苯相近。 萘的共振式为：
共振能为 251.2 kJ/mol
第四章 芳 香 烃
薁
目录△
第一节 苯的结构
一 、苯的凯库勒（kekule）式
苯是一个很稳定的化合物，分子式为C6H6，起反应时， 六个碳原子作为一个整体转移到新化合物中，其一元取代 物只有一种，这说明其中六个H是相同的。据此，1865年 kekule 提出了苯的环状构造式。
有机化学41
第四章 芳 香 烃Ⅰ 学习要求1. 熟练掌握用系统命名法命名芳香烃和芳香族化合物。
2. 掌握和熟练应用芳环的亲电取代反应及侧链氧化反应。
3. 了解亲电取代反应的影响因素，熟练应用亲电取代反应定位规律判断反应的主要产物，芳环的化学活性和确定合成路线。
4. 了解芳香性的概念，掌握休克尔规则，熟练应用休克尔规则判断环状共轭烯烃有无芳香性。
Ⅱ 内容提要一．苯的结构与芳香性1．苯的分子式为C 6H 6，有较大的不饱和性。
苯分子中每个碳原子以sp 2杂化轨道与相邻的两个碳原子组成碳碳σ键，与一个氢原子组成碳氢σ键，六个碳原子和六个氢原子都在同一平面内，构成平面六边形。
六个碳原子上各自未杂化的含有单电子的且垂直于环平面p 轨道，相互轴向平行重叠形成闭合的离域大π键。
2．苯分子中碳碳键长完全平均化，形成的完全离域的闭合共轭体系，其离域能为150kJ ·mol ﹣1，使得苯环具有很好的热力学稳定性。
在通常的反应条件下，苯环的结构保持不变，不易被氧化，不易被加成，较易于发生苯环上的取代反应。
3．苯环上具有较多的π电子且具有较大的可极化性，可与缺电子的亲电试剂作用，发生亲电取代反应。
苯环上连有供电子基（致活基团）时，亲电取代反应活性增加，主要产物为邻、对位取代产物；苯环上连有吸电子基（致钝基团）时，亲电取代反应的活性降低，主要产物为间位取代产物。
4．苯分子的特定结构及特殊性质称为芳香性，芳香性是芳香烃化合物的共性，其他芳环具有和苯环相似的化学性质。
如果符合以下两点条件，则该体系具有芳香性：①具有平面环状的闭合共轭体系。
②该闭合共轭体系中离域的π电子数等于(4n + 2)个（n = 0,1,2,3…。
一般n ≤6）。
这就是休克尔(Hückel)规则。
二．芳烃的化学性质1．苯环上的亲电取代反应FeX 3NO 2S O 3H X AlCl 3R (RCO)2AlCl 3COR+ X 2+ 浓HNO + 浓H 2SO + R X+ RC OX卤代反应，反应不可逆，通常用Cl 2，Br 2。
有机化学：第四章芳香烃
治学善质疑,心灵悟真谛
2.稠环芳香烃 分子中无独立苯环，两个或多个苯环稠合。
C C
萘
C
C
C
C
蒽
C
C
C
C
菲
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二、单环芳烃的构造异构和命名
1.苯的同系列，通式是CnH2n-6（4个不饱和度） 具有侧连异构和位置异构。
CH2CH2CH3
H3C
CH3
CH
CH2CH3
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2)付-克烃基化反应的重排
卤代烷具有三个碳以上时，常产生重排产物。
H3C Cl
AlCl 3
CH3
+
CH3
CH3
重排由不稳定碳正离子中间体稳定性引起。
H
CH3 CH CH2
重排
CH3 CH CH3
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治学善质疑,心灵悟真谛
没有更稳定的离子中间体产生，就没有重排产物。
5）卤代苯亲电取代生成邻对位两种产物
Br
HNO 3
H2SO 4
Cl Cl Br
FeCl 3
Br H2SO 4
+ Br Br NO 2
+ Br Br Cl
+ Br Br SO 3H
NO 2 Cl SO 3H
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6）硝基苯亲电取代只生成一种间位产物
NO 2
NO 2
HNO 3 H2SO 4
NO 2
Cl Cl FeCl 3
O2N
NO 2 Cl
NO 2
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；
2022新第四章 芳香烃
第四章芳香烃芳香烃中“芳香”二字的由来，最初是指那些从天然的香树脂、香精油中提取而且具有芳香气味的物质，因而称为“芳香烃”或“芳烃”。
随着有机化学的发展，人们发现许多具有芳香族化合物特性的物质，却没有芳香味，而具有芳香味的化合物却不具备芳香族化合物的特性，所以“芳香烃”一词只是沿用了历史的名词。
芳香烃一般是指含有苯环结构并具有特殊化学性质的碳氢化合物。
但某些碳环烃（如环戊二烯负离子）不含苯环，却具有苯的类似性质。
因此，芳香烃是指苯及其化学性质类似于苯的化合物。
根据分子中是否含水量有苯环可将芳香烃分为两大类：苯系芳香烃（含有苯环）和非苯芳香烃。
1．苯系芳香烃：根据苯环的连接情况苯系芳香烃可分为：单环芳烃：分子中只含有一个苯环的芳烃。
多环芳烃：分子中含有两个或两个以上独立苯环的芳烃。
稠环芳烃：分子中含有两个或两个以上苯环通过共用两个相邻碳原子稠合而成的芳烃。
2．非苯芳烃：分子中不存在苯环结构，但具有与苯相似的电子结构和化学性质的芳香环，并具有芳香族化合物的共同特性。
第一节单环芳烃单环芳香烃的命名(Nomenclature of Aromati Compounds)：一般以苯环为母体，烷基作为取代基命名为某烷基苯；有多个取代基时，以某一个取代基所连的碳原子作为1编号，必须使取代基位置数字之和最小。
不同取代基时，小取代基优先。
二取代时，也可用邻、间、对表示位置。
对于复杂的取代基或不饱和碳链，则把苯作为取代基：若苯环上连有非烷基取代基时，按以下顺序命名：—SO3H, —COOH, —CHO, —CN, —OH, —NH2, —R, —NO2, —X顺序靠前的为母体，靠后的为取代基。
苯的同分异构现象更复杂，有碳链异构，取代基异构，位置异构。
苯的结构(The Structure of Benzene)：1825年从煤焦油中发现了一种无色液体，分子式为C6H6命名为苯。
但直到1931年才确定了苯的结构。
苯的结构稳定，不易发生加成反应、氧化反应，却易发生取代反应，不具备其它不饱和烃的性质。
芳香烃-有机化学
单环芳烃的物理性质
相对密度
单环芳烃的相对密度小于 1，但比同碳数的 脂肪烃和脂环烃大，一般在 0.86～0.9。
单环芳烃的物理性质
沸点
苯的同系物中每增加一个 -CH2-单位，沸点 平均增高约25℃。如苯、甲苯、乙苯、正丙 苯和正丁苯的沸点分别为80.1℃、110.6℃， 130℃，159.2℃ 和 183℃。含同碳数的各 种异构体的沸点很接近，如邻、间和对二甲 苯的沸点分别为 144.4℃，139.1℃ 和 138.2℃ 。
长0.140nm（0.154/0.137）。如何解释呢？ 杂化轨道理论： 碳 sp2杂化和共轭大π键
H H
120 。
0.108nm H
sp2
H
H 0.140nm
H
6个P电子高度离域
π
6 6
电子环流 效应，没 有头和尾
强调离 域
苯的6个碳碳键完全相同,无单双 键的区别，苯结构式另一写法：
结构特征：
四 单环芳烃的化学性质
苯环上电子云密度高， 易被亲电试剂进攻，泳衣 品牌发生亲电取代反应。 而烯烃易进行的是亲电加 成。 苯环的特殊结构——环状的共轭大π键，决定 了苯环的特殊稳定性——芳香性——易于亲电 取代，不易加成、氧化。
1、亲电取代反应
硝化反应
浓H2SO4的作用——促使NO2 +离子（硝基正离子）的生成
第四章 芳 香 烃
芳香的含义？ • 通常把苯及其衍生物总称为芳香族化合物。
过去：天然产物中许多物质有芳香气味，分子中都含有苯环。 • 芳香族碳氢化合物简称芳香烃或芳烃，一般指分子中 含有苯环结构的烃，通式符合C 现在：是指有芳香性的化合物。 nH2n-6(n≥6)。 • 另外还有符合休克尔规则的非苯芳烃。
芳 烃
44芳烃内容提要芳烃是一类重要的化合物，芳烃结构的特殊性导致其不一般的物理、化学性质。
掌握这些物质的结构极其性质，其中亲电取代反应极其理论，亲电取代反应中的定位效应是本章的重点和难点。
了解芳烃化合物在有机化学和有机化工，特别是石油化工中的应用。
芳香族碳氢化合物(又名芳烃)是一类在结构上具有单、双键相间的环状化合物。
因这类化合物具有芳香气味而得名。
芳烃虽然含有单键、双键和碳环，但它们的化学性质与烷烃、烯烃、炔烃以及脂环烃都有很大区别。
这种特殊性曾经被作为芳香性的标志。
芳香族碳氢化合物及其衍生物在有机化学中占有非常重要的地位。
最常见的芳烃是含苯环的化合物，而不含苯环的芳烃称为非苯芳烃。
4.1 芳烃的分类、命名和结构4.1.1 芳烃的分类根据是否有苯环以及所含苯环的数目和连结方式的不同，芳烃可以分为三类：单环芳烃、多环芳烃及非苯芳烃(见表4.1)。
4.1.2 芳香族化合物的命名4.1.2.1 单环芳烃和多苯代脂肪烃的命名单烷基苯以苯为母体，烷基作为取代基来命名。
多烷基苯的命名要标出取代基在苯环上的位置，取代基的位置用阿拉伯数字表示，或用邻(ortho-，简写作o-)、间(meta-，简写作m-)、对(para-，简写作p-)等字表示。
但苯环上烃基较复杂或有不饱和烃基时，可以把苯环作为取代基来命名。
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）CH 3CH 3CH 3CH 3CH 3CH 3异丙基苯 苯乙烯或乙烯基苯 1，2-二苯乙烯CH(CH 3)2CH CH 2CH CH4.1.2.2 取代单环芳烃的命名取代芳烃的命名遵循下列原则：1、某些取代基，如硝基(－NO 2)，亚硝基(－NO)，卤素(－X)等取代的芳烃， 母体总是苯。
读作“某(基)苯”。
NO 2BrCH 3NO 2硝基苯溴苯 间硝基甲苯2、当苯环上取代基为氨基(－NH 2)、羟基(－OH)、醛基(－CHO)和羧基(－COOH)等时，常把它们与苯环一起作为母体来命名，其它较简单的取代基作为取代基来命名。
有机化学 第4章芳香烃
CH3
+ Cl2
光照 或加热
CH2Cl + HCl
a CH2CH3
+ Br2
光照 或加热
a CHCH3 Br
99%
+ HBr
五、苯环亲电取代的定位效应
1．定位效应 当苯环上已有取代基，在进行亲电取代反应时， 苯环上原有取代基将影响亲电取代反应活性和第二个
基团进入苯环的位置。如在硝化反应中甲苯和硝 基苯的硝化活性和主要产物不同。甲苯硝化时， 用混酸作硝化剂，温度控制在30℃就可反应，主 产物为邻-硝基甲苯和对-硝基甲苯。
甲苯 二苯甲烷
联苯
萘
薁
第一节 苯及其同系物
一、 苯的结构(Struecture of Benzene)
C6H6
（一）苯的Kekulé结构式
H
C
HC
CH
HC
CH
C
H
苯的凯库勒式可以说明苯分子的组成及原子相 互连接次序，并表明碳原子是四价的，六个氢原子 的位置等同，因而可以解释苯的一元取代产物只有 一种的事实。但不能解释苯的邻位二元取代产物只 有一种的实验事实。按凯库勒式推测苯的邻位二元 取代产物，应有以下两种：
+E
Slow
H E Fast
E +H
（二）苯侧链烃基的反应 1. 烷基苯的氧化反应
[O]
CH3 KMnO4
CH(CH3)2 [O]
COOH COOH
× C(CH3)3 [O]
CH3
[O]
－CH2CH3
COOH －COOH
C(CH3)3
C(CH3)3
2．烷基苯的侧链卤代反应
烷基苯在光照或加热条件下，与氯或溴反应， 卤代反应发生在烷基侧链上。当烷基是比甲基复杂 的侧链时，卤素原子主要取代a-活泼氢原子（通常 称为苄基氢）。例如：
4芳香烃
1
CH3
1 2
CH3
C 2H 5
1 3
4
4
C 2H 5
CH(CH3)2
4
CH3
C2H5
1,3–二甲基-4-乙基苯 或4-乙基-1,3-二甲苯
1-甲基-4-乙基苯或对甲乙苯 4-乙基甲苯或对乙基甲苯
1–甲基-2-乙基-4-异丙基苯 或2-乙基-4-异丙基甲苯
药用基础化学(下册)
2.复杂结构的烷基苯
OH
空间效应 少量产物
COOH
③ 两个取代基都为间位定位基，二者的定 位效应又相互矛盾是，反应很难发生。
第四章 芳香烃
1.考虑定位规律及空间效应。
2.定位效应在有机合成中的应用
例1：由苯合成邻硝基苯甲酸。
CH3Cl
无水AlCl3
2.考虑引入取代基的先后次序 3.考虑反应难易程度及产率
CH3 COOH NO2 KMnO4
药用基础化学(下册)
四、苯及其同系物的性质
苯环性质稳定，不易被氧化和加成，而易发生卤代、硝 化、磺化和傅-克烷基化等取代反应，即具有芳香性。 1. 苯环上的亲电取代反应
（1） 卤代反应：苯环上氢原子被卤素(－X)取代的反应。
H + X —X Fe 或 FeX3
卤代苯 X + HX
X2： F2>Cl2>Br2>I2
特点
直接与苯环相连的原子含有未共用电子对。
除-X外，其他的邻、对位定位基均能活化苯环 新引入的基团进入原有取代基的邻位或对位。
作用
药用基础化学(下册)
（二）间位定位基 —NO2、—CN、—HSO3、—CHO、—COOH
特点
直接与苯环相连的原子都含重键或带有正电荷
汪小兰有机化学第四章芳香烃
有机
芳烃的分类
二. 来源 1. 煤焦油中提取
炼焦时将煤干馏得焦炭及副产品煤焦油,煤 焦油组成十分复杂,含有大量的芳香族化合物, 通过分馏可得到多种芳香族化合物:
煤焦油分馏产物
馏分 轻油 酚油 萘油 重油 蒽油 沥青
➢不能解释苯为什么表现出难加成、易 取代的化学特性；
➢不能解释苯的几何结构
苯结构的近代概念
碳原子都是sp2杂 化
六个碳原子和六个 氢原子都在同一平 面上
六个碳原子组成一 个正六边形
碳碳键长完全相等 （0.140nm）
所有键角都是120º
H H
H
H H
H
现代杂化理论: SP2杂化，大键(离域)，共 轭体系，离域能为150kj/mol, 而一般有机反 应有机活化化学能反仅应60的～8活0k化j/能mo，l，故由破于坏共共轭轭能体远系大的亲于 电加成与氧化反应均很难。
说起苯的六碳环结构, 人们自然都会想
起凯库勒(德1829-1896)著名的仲夏夜之梦,
他通过梦的启迪而认识到苯的环状结构, 并被
公认为发现苯环结构的鼻祖。事实上, 奥地利
一位中学教师洛斯密德（Loschmidt 1821-
1895）在1861年出版的<<化学研究>>中就
提出了包括苯环在内的与现代分子模型相近
苯环结构的稳定性亦可用其氢化热数据来 进一步证明: 环己烯/环己二烯/苯分别加氢, 产物都是环己烷, 氢化热数据分别为: 119.7/-213.5/208.4kj/mol( 苯 氢 化 热 远 小 于 环己烯氢化热的三倍, 其差值150即是共轭能, 同样环己二烯氢化热亦能反映这种共轭效应) 。
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'
第四章 芳香烃
CH CH2
苯乙烯 Phenyl ethylene (Styrene)
㈡ 二取代苯的命名
二 单环芳烃的异构和命名
当化合物分子中含2个以上官能团和取代基时，按下 列顺序确定主官能团
COOH S O3H COOR COX CONH2
CN CHO C O OH NH2 OR R -X -NO2
见教材的P145
25℃
或 浓H2SO4 / 75℃
SO 3H Yield 95％
苯磺酸
Benzenesulfonic acid
SO3H CH3
发烟H2SO4 200℃以上
SO3H
SO3H
CH3
CH3
+ H2SO4浓
室温
SO3H +
+2H2O
注意
SO3H
※1 苯的磺化反应是可逆反应，在有机合成中应用广泛
四 单环芳烃的化学性质
三 单环芳烃的物理性质
㈡ 来源之二：石油的芳构化
Pt, H2 环化
CH3
Pt, H2 环化
Pt,高温 异构化
Pt, 3H2 芳构化
CH3 Pt, 3H2 芳构化
Pt, 3H2 芳构化
CH3
三 单环芳烃的物理性质
单环芳烃一般为无色液体，比水轻，不溶于 水，溶于一般的有机溶剂
芳烃的熔点及沸点变化符合一般规律，在各 异构体中，对称性大者，熔点较高
二 单环芳烃的异构和命名
在-OH之前的基团与苯环相连时，苯环作为取代基命名 在-OH之后的基团与苯环相连时，则以苯环为母体命名 多取代苯确定主官能团后，按最低系列原则编号
选择母体的顺序如下：
-N+R3 、 -COOH、 -SO3H、 -COOR（酯）、 -COX（酰卤）、 -CONH2（酰胺）、 -CN、-CHO、 C=O、 -OH、 -NH2、 -OR、 -R、 -X、 -NO2 等
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- -
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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.
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F.A.Kekulé (1829-1896) 德国化学家
1. 存在共轭效应 2. 环合大π键 ,稳定
KJ/mol
苯的氢化热
苯非常稳定，难以发生氧化、加成反应
2.共振结构－共振论
0.139nm
LC Pauling (1901-1994) 美国 1954，1963年 获奖
共振结构式 共振式表示方式
类
单环芳烃
型
定
义
实
CH3
例
甲苯
含一个苯环的芳烃
多个苯环共用两个以上碳原子
稠环芳烃
多环 芳烃 联苯
萘
联苯
CH 2
多个苯环以单键相连
多苯代脂 苯环之间相隔一个以上碳原子 肪烃 含有结构及性质与苯环 非苯芳烃 相似的芳烃
甲烷
薁
4.1.2 芳烃的命名
1.单环芳烃和多苯代脂肪烃的命名 如-NO2,卤素、简单烷基等作取代基, 苯为母体, 读作某(基)苯
4.2.2 芳烃分子中π电子的特性
电子分散在两个成ຫໍສະໝຸດ 碳原子核连线的 上下方，受原子核的束缚作用较小，容 易发生亲电加成反应.
电子成圆柱形对称地分布在两个碳原 子之间，受原子核约束力增加，与亲 电试剂加成反应的速度较慢.
大键非常稳定，难与亲电试剂发生 加成反应,也难发生氧化反应，而容 易发生取代反应.
SO 3H NH 2 对氨基苯磺酸 CHO Br 间溴苯甲醛 COOH NO 2 对硝基苯甲酸
CH3 o m p 对 o 邻 m 间
OH O2N NO2 NO2 2,4,6-三硝基苯酚
2. 联苯类化合物的命名 以联苯为母体来命名，读作某联苯.
3 2 O2N 4 5 6 2' 1 1' 3' 4' NO2
Ha Ha NH N Ha Ha N HN
4.3.1 芳烃的物理常数
苯及其同系物大多为液体，有特殊香气，但有毒 苯由于其高度对称性而具有相对较高的熔点 苯及其同系物的密度比开链烃、环烷烃和环烯烃大 苯及同系物都是非极性或极性很小的化合物， 故不溶于水
4.3.2 芳烃的光谱特征
1. 红外光谱 取代类型 苯 单取代 1,2-二取代 1,3-二取代 1,4-取代 1,2,3-三取代 1,2,4-三取代 1,3,5-三取代 δ外=CH频率(cm-1 )(强度) 670(s) 770~730(s) 770~735(s) 810~750(s) 900~860(m) 860~800(s) 800~770(s) 860~800(s) 900~860(m) 900~860(m)
共振式书写遵循的规则 1)共振结构式中原子排列相同，只有电子排布不同
CH2＝CH－OH CH3CH＝O
2) 共振式中配对的电子或未配对的电子数相等
[ CH2=CHCH2 CH2CH=CH2 ]
[ CH2=CHCH2
CH2CHCH2 ]
3) 中性分子也可表示为电荷式，但电子的转移与 原子电负性吻合
三个特征吸收：1)1600和1500 cm-1(共轭双键伸 缩振动吸收), 2) 3100~3000cm-1 (C―H键伸缩振动), 3)950~650cm-1(C―H键面外弯曲振动)
2. 质子核磁共振谱
苯环的各向异性效应
Ha Hb
[18]-轮烯是芳香性分子，环内的 4 个氢 Hb 均为 -0.6ppm ，而环外的 10 个氢Ha为7.6ppm。
8 7 6 5
9 10
1 2
4 3 菲
Cl
O
O 9- 氯蒽 9,10-蒽醌
Br 9-溴菲
4.1.3 芳烃的异构现象
二取代苯有三种异构体，邻、对、间二取代苯
CH3 CH3
CH3
CH3
邻二甲苯
CH3 对二甲苯
H3C 间二甲苯
4.2 苯的异构和休克尔规则
4.2.1 苯的结构
1.凯库勒结构和离域结构
大 键
6' 5'
4,4’-二硝基联苯
3.稠环类化合物的命名——以萘或蒽或菲为母体来命名
8 7 6 5 萘
1 2 3 4 1， 4， 5， 8位又称α位； 2， 3， 6， 7位又称为β位。
NO2
NO 2
α- 硝基萘
NO2 1， 5-二硝基萘
7 6
8
9
1
5 10 4 蒽
2 3
1，4，5，8位为α位 2，3，6，7位为β位 9，10位为γ位
O [ CH2=CHC CH3 O CH2-CH-C ] CH3
4) 越稳定的共振式对共振杂化体的贡献越大
O CH3 C OH O CH3 C OH
贡献较大
贡献较小
稳定的共振式 1）没有正负电荷分离 2）原子均满足惰性气体电子构型 3）电荷分布与电负性一致
CH2CHCl
共振杂化体的能量比能量最低的共振结构还要低。 这种能量之间的差叫共振能(离域能)。
NO2 Br CH(CH3)2
硝基苯
溴苯
异丙基苯
取代基为复杂烃基、不饱和烃、-NH2、-OH、-CHO和 -COOH等时, 苯为取代基.
CH CH2 CHO NH2 OH
苯甲醛
苯胺
苯酚
当苯环上有多个取代基时, 按顺序规则，排在后面的 为母体，排在前面的为取代基 -NO2，-X ，－R，－OR， －R， －NH2， －OH， －COR(酰基)， －CHO， －CN， －CONH2(酰胺)， －COX(酰卤)， －COOR， －COOH
Chapter 4
芳烃
本 章内容
1 2
芳烃的分类、命名和异构 苯的异构和休克尔规则
芳烃的物理性质 芳烃的化学性质
3
4 5 6
芳香族化合物的亲电取代反应理论
稠环芳烃的亲电取代反应 芳烃的来源与制备
7
4.1 芳烃的分类、命名和异构
4.1.1 芳烃的分类 芳烃是一类在结构上具有单、双键相间的环状化合物
能量 π* 反键轨道
圆心－非键轨道
非键轨道 π 成键轨道
成键轨道和非 键轨道具有全 充满或者全空 结构的环多烯 烃或环多烯离 子具有芳香性。
n=
4
5
6
8
联苯
萘
蒽
菲
3. 非苯芳烃的芳香性
环丙烯正离子 环戊二烯负离子 环庚三烯正离子
H H H H
2-
H H
环辛四烯负离子
[18]－轮烯
薁(yù )
4.3 芳烃的物理性质
4.2.3 Hü ckel规则及量子化学基础
1. 芳香性的判断 具有4n+2个电子的单环共轭体系具有 芳香性 1）单环体系π电子符合4n+2 (n=0,1,2,3…) 2）环状共轭体系——每个原子需有p轨道 3）π电子所在原子共平面 Erich Hückel (1896–1980) 德国
2.休克尔规则的量化基础