芳香烃结构

芳香烃结构

第十章芳烃芳香性一、芳烃的特点与分类二、芳烃的构造异构和命名三、苯的结构四、芳烃的来源五、芳烃的物理性质六、单环芳烃的化学性质七、苯环上取代反应定位规则八、稠环芳烃九、芳香性十、富勒烯十一、多官能团的命名

一、芳烃的特点与分类1、芳烃的特点

芳烃是芳香族碳氢化合物的简称, 亦称芳香烃. 其显著特点是:

A、高度不饱和性

B、不易进行加成反应和氧化反应,易进行取代反应

C、成环原子间的键长趋于平均化

D、环型π电子离域体系由4n+2个π电子构成,即符合Huckel规则

E、环外质子的NMR信号出现在低场

2、分类a、单环芳烃b、多环芳烃c、稠环芳烃

苯邻二甲苯

1,2-二苯乙烷

萘

乙苯

叔丁苯

苯乙烯

(E)-1,2-二苯乙烯

1,3,5-三苯基苯

蒽菲二、芳烃构造异构和命名1、构造异构分侧链异构和位置异构

两种情况:

正丁苯

侧链异构

仲丁苯

异丁苯

叔丁苯

1,2,3-三甲苯连三甲苯

位置异构

1,2,4-三甲苯偏三甲苯

1,3,5-三甲苯均三甲苯

2、芳烃的命名a.单环芳烃常以苯环为母体,烷基作为取代基:

1-甲基-2-乙基苯

1,3-二甲苯(间二甲苯)

1-乙基-4-丙基苯

2-甲基-4-苯基戊烷

b. 多环芳烃或当侧链较复杂时, 也可以把苯环作为取代基: 2,3-二甲基-1-苯基-1-己烯

1,4-苯二乙烯1,4-二乙烯苯(对二乙烯苯) 对苯二乙烯

c.芳烃去掉一个氢原子剩下部分为芳基:

苯基(Phenyl) (Ph)

苯甲基(苄基)(Benzyl)( Bz)

2-甲苯基邻甲苯基o-tolyl

3-甲苯基间甲苯基m-tolyl

4-甲苯基对甲苯基p-tolyl

三、苯的结构

C6H6: 正六边形、共平面键角120°键长0.140nm(C-C: 0.154nm,C=C: 0.134nm)氢化热低(208.5<3x119.3)苯具有特殊稳定性

1、价键理论:

2、共振论:

3、分子轨道理论:

碳上6个2p轨道重新组合成6个分子轨道,其中3个分子轨道能量比原来的原子轨道即2p轨道能量低,称为成键轨道,另外三个比原子轨道能量低,构成反键轨道.

四、芳烃的来源1、从煤焦油中分离2、从石油裂解产物中分离3、芳构化

1、从煤焦油中分离:

酚油170-210℃:异丙苯、均四甲苯等

萘油210-230℃:萘、甲基萘、二甲基萘等

洗油230-300℃:联苯、苊、芴等

蒽油230-300℃:蒽、菲等

轻油<170℃: 苯、甲苯、二甲苯

2、从石油裂解产物中分离: 石油裂解产物:

气体组分(乙烯、丙烯等)裂解轻油(苯等)裂解重油(烷基苯、烷基萘等)

3、从芳构化反应得到:

烷烃、环烷烃在高温、高压和催化剂作用下经过环化、异构、脱氢形成芳烃

五、芳烃物理性质

芳烃为液体或固体; 密度小于1; 有特殊气味、有毒; 不溶于水,易溶于有机溶剂.

在二取代苯之中,

对位异构体对称性高、结晶能大,熔点高;因此可以利用结晶方法从邻间位异构体中分离对位异构体.

苯的核磁共振谱

甲苯的核磁共振谱

p-ethyltoluene

sec-butylbenzene

o-propyltoluene

hexylbenzene

甲苯的红外光谱

邻二甲苯的红外光谱

间二甲苯的红外光谱

对二甲苯的红外光谱

六、单环芳烃的化学性质

1、取代反应

2、芳环上亲电取代反应机理

3、加成反应

4、氧化反应

5、聚合反应

1、取代反应甲、卤化乙、硝化丙、磺化丁、Friedel-Crafts 反应戊、氯甲基化

甲、卤化反应

芳烃与卤素作用生成卤代芳烃a.催化剂:FeCl3 、FeBr3 、AlCl3等b.卤素活性:F>Cl>Br>Ic.芳烃活性:烷基苯>苯>卤代苯

d. 烷基苯和卤代苯的卤代物主要为邻对位异构体

邻氯甲苯和邻溴甲苯的空间效应

乙、硝化反应

芳烃与混酸作用,芳环上H原子被硝基取代生成硝基取代芳烃

a. 硝化剂:浓HNO3 + 浓H2SO4(简称混酸)

b. 底物活性:烷基苯>苯>硝基苯

丙、磺化反应

芳烃与浓H2SO4作用,芳环上H原子被磺(酸)基-SO3H取代生成芳磺酸

a. 磺化剂: 浓H2SO4 或发烟H2SO4

b. 底物活性:烷基苯>苯>苯磺酸

0℃43%53% 4%100℃13%79% 8%

丁、Friedel-Crafts 反应

在催化剂作用下,芳烃中芳环上氢原子被烷基或酰基取代的反应

b. 常用烷基化剂:卤代烃、烯烃(醇)

c. 常用酰基化剂:酰卤、酸酐(酸)

d. 芳环上不能连有强吸电基(-NO2、-CN、-COR、-SO2R)

e. 烷基化对吸电基更敏感

f. 烷基化时易发生多烷基化、可逆、重排反应

a. 常用催化剂:AlCl3、FeCl3、ZnCl2、(HF、BF3、H2SO4)

g. 酰基化不可逆,产物单一

戊、氯甲基化

在无水ZnCl2存在下,芳烃与甲醛及HCl作用,芳环上氢原子被氯甲基(—CH2Cl)取代

与烷基化反应相似,芳环上不能连有强吸电基.实际操作中可以用多聚或三聚甲醛代替甲醛

—CH2Cl 可以方便的转化为—CH3、—CH2OH、—CH2CN、—CH2COOH、—CH2N(CH3) 2