芳烃

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C2H5
① 烷基化反应
+ C2H5Br
AlCl3
+ HBr
76%
+ H2C=CH2 + CH3CH2OH
AlCl3 微H﹢ H2SO4
C2H5
-CH2CH3 + H2O
傅-克烷基化反应历程
.. CH3CH2—Cl + AlCl3 C2H5- Cl .. -AlCl3
CH3CH2+ + AlCl4ˉ
硝酰正离子
+ + NO2 + H3O + 2HSO4 ….. ①
H
+
NO2
….. ②
H
+
NO2
+ HSO4
-
NO2 + H2SO4 ….. ③
3. 磺化反应
浓HSO4 , 70~80℃ 或H2SO4· SO3 30~50℃
SO3H + H 2O
90~95%
CH3
CH3 + H2SO4
室温
SO3H +
c)反应可逆性与歧化 CH3
2
AlCl3 310~570℃
d) 苯环上带有强吸电子基团时(-NO2 、-SO3H 、-CN 、 O CH3-C- 、-COOH 等)难反应。 NO2 + CH3Br
AlCl3
×
② 酰基化反应
催化剂:无水AlCl3
O 酰化剂: R-C-Cl R-C R-C
O O O
+ CH3 +
8.2 单环芳烃的构造异构和命名
一、芳烃的异构体及命名
1. 一烃基苯的命名(无异构体)
(1)把烃基作取代基,苯作母体。 CH3 C2H5 CH(CH3)2
甲苯
乙苯
异丙苯
(2)当苯与烯、炔相连时,习惯上把苯作取代基,不饱和 烃作母体。 -CH=CH2 -C≡CH
苯乙烯(或乙烯苯) 苯乙炔
(3) 若烃基的碳链较长或烃链上含有多个苯环时,一般把苯 作取 代基,烃作母体。 CH3 CH3 CH3CH2CH2-CH—CH-CH2 C H
① 甲苯 H H δ C 存在着:
供电子诱导效应(+I) 和供电子共轭效应(+C) H
O H
O
δ -

+
α-络合物
H
SO3
SO3
- ….…②
+
SO3
SO
3
ˉ4 + HSO

+ H2SO4 ……③
SO3H
﹢ + H3O
+ H2O ……④
4. 付列德尔—克拉夫茨(Friedel-Crafts)反应
包括 烷基化—— 被 -R 取代 O 酰基化—— 被 R-C- 取代 催化剂:AlCl3 、 FeCl3 、BF3等路易斯酸 烷基化试剂:卤代烷、烯、醇等
CH3CH2CH2
+
重排
﹢ CH3CHCH3 CH3CHCH3
﹢ + CH3CHCH3
b) 产物的多元烷基化,使反应不易停留在一取代。 C2H5
苯过量
+ C2H5Br
AlCl3
C2H5
1:1
C2H5 +
C2H5 -C2H5 C2H5
+ C2H5
0.3 : 1
C2H5
-C2H5 C2H5 CH3 + CH3
CH—C CH—C
O O + 4CO2 + 4H2O
O
顺丁烯二酸酐
8.5 苯环上亲电取代的定位规律
一、定位规律
CH3
H2SO4+ HNO3 30℃
CH3
NO2 +
CH3
+
CH3 NO2
( O + P = 96.5 %) NO2
H2SO4+ HNO3 90~100 ℃
56.5 %
NO2 + NO2 NO2
Br
3. 有多种官能团时,作母体优先顺序为:(排前作 母体,排后作取代基)
-COOH、-SO3H、-COOR、-COX、-CONH2、-CN、 O -CHO、 C R 、-OH 、 -NH2 NH2
4 5 6 1 3 -OH 2
4-氨基-3-羟基苯磺酸 P-氨基-O-羟基苯磺酸
SO3H
8.3 单环芳烃的物理性质
卤素活性: F2>Cl2>Br2>I2 卤 素:Cl2 、Br2 催化剂:Fe 、 FeX3
Br
FeBr3 55~60℃
+ Br2
+ HBr
59~65%(主)
Br
Br
主要副反应:
+ Br2
FeBr3
55~60℃
+
Br
Br
C H3
CH3 + 2Br2
Fe
CH3 +
Br + 2HBr
高度注意邻对位!
Br
苯和其低分子量的同系物芳烃一般都是无色带有香 味的液体,易燃,不溶于水,比水轻。易溶于有机溶剂, 如乙醚、CCl4 、石油醚等非极性溶剂。具有一定的毒性, 吸入过量苯蒸气,急性中毒引起神经性头昏,并可发生 再生障碍性贫血,急性白血病;慢性中毒造成肝损伤。
8.4 单环芳烃的化学性质
一、亲电取代
1. 卤代反应
=
酰基化与烷基化不同之处 烷基化反应 不易停留在一 元取代物阶段 引入>C3烃基时主 要得到异构化产物 如: + CH3CH2CH2Cl
AlCl3
酰基化反应 容易停留在一 元取代物阶段 引入>C3 烃基时 无异构化产物 CH3CHCH3

CH2CH2CH3
+
(30%)
Cl + CH3CH2C=O
O(70%) C-CH2CH3
联苯和联多苯 苯系芳烃 如:
联苯
芳烃
多环芳烃
多苯代脂肪烃 如:
三苯甲烷
非苯系芳烃
稠环芳烃
如:

最典型的芳香烃------苯
8-1 苯分子的结构
一、凯库勒式
凯库勒(Kekü lé )于1865年首先提出苯的结构式:
H H C C C C C H
但凯库勒结构式不能说明苯 的全部特性,它的主要缺点有:
H
C H3
CH2Br
CHBr2
Br2 hν Br2 hν
CBr3
+ Br2
CH2CH3 + Cl2

Cl-CH-CH3

游离基取代反应历程
反应活性规律:
甲苯 > 苯 > 卤苯 > 硝基苯
卤代反应历程
2Fe + 3Br2 Br2 + FeBr3 + 2Br+ 2 FeBr3
Br+ + FeBr4 H Br (或
CH3
SO3H SO3H
稀 H+ 180℃
+ H2SO4
注意磺化的可逆性!
制备意义
C H3
CH3 Br
解:
C H3 C H3 C H3
Br2 Fe
+ H2SO4 SO3H
Br SO3H
H3 O △

CH3 Br
磺化反应历程
2 H2SO4 ﹢ ……① ˉ SO3 + HSO4 + H3O
+
O
+δ S
AlCl3
CH2CH2CH3
Zn / Hg
HCl
亲电取代小结
反应历程: 第一步: + E﹢ H E


+
H E
α-络合物
第二步:
+
E
+ H﹢
O ﹢ ﹢ ﹢ ﹢ E = X 、NO2 、SO3 、R 、 R—C﹢
二、加成反应
1. 加氢
+ 3 H2
Ni 180~250℃ 180atm H2 / Pt 常温常压
第8章 芳
芳烃——芳香族碳氢化合物
(1)碳氢比高 如:

C:H=1:1
C : H = 10 : 8
特点
(2) 碳碳键长介于C—C与C=C之间 如: 0.139nm C— C 0.154nm C=C 0.133nm
(3) 对于氧化作用有相当大的抗力
(4) 易发生亲电取代反应,不易发生加成反应
单环芳烃
CH=CH
CH2-CH2
2. 加氯
+ 3 Cl2
紫外线
H H Cl H Cl
Cl
H Cl ―666‖
H Cl H Cl
三、氧化反应
1. 侧链氧化
氧化剂:KMnO4、K2Cr2O7 / H﹢
×
-COOH
-CH3 -CH2CH3 -CH3 CH(CH3)2
KMnO4 H﹢
-COOH -COOH
COOH
O CH3-C-Cl
乙酰氯
O C-CH3
AlCl3 苯乙酮
O CH3 -C CH3 -C
乙酐
CH3
AlCl3
O O
+ CH3COOH O= C-CH3
甲基对甲苯基酮
烷基化与酰基化相似之处: A)反应历程相似 B)催化剂相同 C)苯环上有强吸电子基时 (-NO2 、-SO3H 、-CN 、 O CH3-C- 、-COOH )一般都不能反应
OH
NH2 COOH SO3H CHO
苯酚 OH
1 2 3 4
苯胺 NH2
1
苯甲酸
苯磺酸 COOH
苯甲醛 OH 1
4
-NO2
2
2
-Cl
3
-Cl
间氯苯酚 m-氯苯酚 3-氯苯酚
邻硝基苯胺 O-硝基苯胺 2-硝基苯胺
NO2 对溴 苯甲酸 2-氯-4-硝基苯酚 P-溴苯甲酸 O-氯-P-硝基苯酚 4-溴苯甲酸
(4)氢化热不是环己烯的三倍。
+ H2 + 120 KJ / mol
+ 3 H2 Q = 3 ×120 = 360 KJ / mol
+ Q
实验值:苯的氢化热 = 208 KJ / mol 实验值比理论值低(360﹣208 = 152 KJ / mol ) 说明苯分子中不是由三个双键组成,而应该是比环己三 烯更稳定的物质。
CH3 -CH3
H3CCH3
CH3
-CH3
1,2,3-三甲苯 连三甲苯
1,2,4-三甲苯 偏三甲苯
1,3,5-三甲苯 均三甲苯
二、苯的衍生物命名
1. -R、-X 、-NO2 与苯相连时,苯作母体
Br CH3
NO2
溴苯
甲苯
硝基苯
2. 苯环上有-OH、-NH2、-SO3H、-CHO、-COOH 时,有专门名称
H
C H
Hale Waihona Puke Baidu
(1)分子中有三个双键,应该具有烯烃的性质。 例如,容易起加成反应与氧化反应,但实验证明在一般情 况下苯不易与 Cl2 或 Br2 加成,也不被 KMnO4 所氧化。
(2)苯的邻位二元取代物应有两种异构体,但实际上只有 一种。 X X X X
(3)苯分子中有三个C = C和三个 C—C 键长应不相同,这 样苯环就不是一个正六边形。但实验证明苯环是一个正 六边形结构,环中的碳碳键长是完全相等的。
2. 定位基类型
邻对位定位基—— 属第一类定位基,能活化苯环 (O+P > 60%),为邻对位定位基。
间 位 定 位 基—— 属第二类定位基,能钝化苯环 ( m > 40%),为间位定位基。
卤 素 定 位 基—— 如-X、-CH2X 等,为钝化基团, 但也是邻对位定位基。
二、定位规律的理论解释
1. 邻对位基的定位效应
二、近代物理方法测定苯的结构
苯的结构为:
(1)6个碳组成一个平面正六边形,6个氢与6 个 碳都 在同一个平面上。(共平面性) (2)所有键角都是120° (3)碳碳键键长为0. 139nm. 0.139nm
120°
轨道杂化理论
苯环所有碳原子都是采用SP2 杂化 ,每个碳原子以三 个杂化轨道分别与相邻的碳原子和氢原子形成三个σ键。 每个碳原子的未 参与杂化的P 轨道都 垂直于碳环的平面。 相邻的两个P 轨道彼 此从侧面重叠,开成 一个封闭的共轭体系, 这个封闭的共轭体称 为大π键,由于π电子 高度离域,从而使键 达到完全平均化。
三苯甲烷 2,3-二甲基-1-苯基己烷
苯基:-Ph 、 –C6H5
芳基:-Ar R CH2H3C-CH3
2. 二烃基苯
CH3
CH3
苄基:PhCH2-
CH3
-CH3
间二甲苯 m-二甲苯 1,3-二甲苯
邻二甲苯 O-二甲苯 1,2-二甲苯
对二甲苯 P-二甲苯 1,4-二甲苯
3. 三烃基苯
CH3 H3C-CH3
+
-
H
+
Br

H
+
﹣ + FeBr 4 Br
Br + HBr + FeBr3
α-络合物
2. 硝化反应
+ HNO3
混酸——浓H2SO4与浓HNO3混合 NO2
H2SO4
55~60℃
98%
+ H2 O
高度注意间位!
硝化反应历程
HO-NO2 + HO-SO2-OH ﹢ H2O-NO2 H2O + H2SO4 总反应式:HNO3 + 2 H2SO4 ﹢ + NO2 ﹢ H2O-NO2 + HSO4 ﹢ NO2 + H2O ﹢ H3O + HSO4
一硝化反应:
kC6H5CH3 / kC6H6 kC6H5NO2 / kC6H6 kC6H5Cl / kC6H6 kC6H6 = 1
> 1 < 1 < 1
-CH3能活化苯环 -NO2能钝化苯环 -Cl 能钝化苯环
1.定位基
在苯环上引入新的取代基时,其进入苯环的位置,主要决定 于原有取代基的性质。这个原有的取代基称为定位基。
-C(CH3)3
×
氧化规律: ①不管支链多长,氧化都得到苯甲酸 ②不管有多少支链,氧化都在原支链位置上生成甲酸 ③不含α-H的支链不能氧化。 应用: ① 在合成上使苯环引入羧基(-COOH) ② 可定性测得多元烃取代苯支链的位置
2. 破环氧化
氧化剂:V2O5 2 + 9O2
V 2 O5 400~500℃
+ CH3CH2
+
H
+
α-络合物
CH2CH3
CH2CH3 H
+
CH2CH3
+ AlCl4﹣
+ AlCl3 + HCl
烷基化反应的特点 a) 大于三个碳原子的直链烷基引入苯环时,常发生烷基的异 构化现象。
AlCl3
CH3CHCH3 CH2CH2CH3
+
(主) (次)
+ CH3CH2CH2Cl
原因是:
40 % NO2
NO2 NO2 + 6.4%
3.5%
NO2
(O + P = 6.7%) 93.2%
H2SO4+HNO3 55-60℃
0.3% NO2
一硝化反应的相对速度
C6H6 C6H5OH C6H5CH3 C6H5Cl C6H5NO2
苯 反应速度:1
苯酚 1000
甲苯 24.5
氯苯 0.33
硝基苯 6.20×10-8
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