芳香烃命名

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第四章
第一节 第二节 第三节 第四节



芳香烃的分类与命名 单环芳香烃 稠环芳香烃 非苯芳香烃
第一节
芳香烃的分类与命名
一、芳香烃的分类 二、芳香烃的命名
一、芳香烃的分类
含有苯环的有机化合物称为芳香族化合物, 把分子中含有苯环结构的烃称为芳香烃。 (1) 单环芳香烃:分子中只含有一个苯环的 芳香烃称为单环芳香烃。
1, 2-二甲苯 1, 3-二甲苯
CH3
CH3
CH3
1, 4-二甲苯
当苯环上有三个相同的取代基,可用阿拉伯数 字标记取代基的位置,也可用连、偏、均表示其相 对位次。
CH3 CH3 CH3 H3C CH3 CH3 CH3 CH3 CH3
1,2,3-三甲苯
1,3,5-三甲苯
1,2,4-三甲苯
当苯环连接两个或两个以上不同烷基时,烷 基仍按“次序规则” 规定的“较优基团后列出” 的原则排列。苯环上碳原子的编号从与最不优先 的烷基相连的碳原子开始,选定使烷基具有“最 低序列”的方式编号。
OH
(2) 原有的两个取代基定位作用不一致时
NO2
CH3
CH3 OH
OH
OH
(四) 定位规律在有机合成上的应用
例1 解: 由苯合成邻位、间位及对位硝基氯苯。
例2
解:
由苯合成对氯乙苯。
例3 解:
由苯合成 3-硝基-4-氯苯磺酸。
第三节 稠环芳香烃
稠环芳烃是指分子中含有由两个或多个苯环 共用两个相邻碳原子稠合而成的芳烃。
傅-克反应(Friedel-Crafts) (1)傅-克烷基化反应
R + RCl AlCl3
烷基化 酰基化
Lewis酸:AlCl3, FeCl3,SnCl4,BF3,ZnCl2等。
烷基化反应中的重排
10
+ CH3CH2CH2
CH3CH+CH3
(2)傅-克酰基化反应
+ RCOCl
AlCl3
COR
+ HCl
CH3
3. 硝化反应
+ HONO2
浓H2SO4 50-60℃
NO2
+ H2O
CH3
CH3
CH3 NO2
浓H2SO4 + HONO2 30℃
+
NO2
反应机制:
H2SO4 + HONO2 酸
+ ••
H—O—NO2 + HSO4H NO2+ + H2O
硝基正离子
+ ••

H—O—NO2
H
NO 2
+ + O=N=O
CH3 CH3 CH(CH3)2 CH2CH3
1-甲基-3-乙基苯
CH3CH2CH2
2-甲基-4-丙基-1-异丙基苯
当苯环连接较复杂的烃基或不饱和烃基时, 常以苯环为取代基进行命名。
CH3CH2 CHCH2CHCH3 CH3
2-甲基-4-苯基己烷 苯乙烯
CH CH2
芳烃分子中去掉一个氢原子后剩下的原子团 称为芳基,常用 Ar— 表示。



萘分子中α位电子密度最高,β 位其次,中 间两个共用碳原子的电子密度最低。在蒽和菲分 子中,9、10 位电子密度最高。
一、萘
萘是无色片状结晶,熔点为80.2 ℃,沸点为 218 ℃ 。萘不溶于水,溶于乙醇、乙醚、苯等有 机溶剂。萘易升华,具有特殊气味。
(一) 取代反应 1. 卤代反应 在三氯化铁存在下,将氯气通入萘的苯溶液中, 主要得到α-氯萘。 萘的溴代反应也得到与氯代反应相似的结果。 2. 硝化反应 萘用混酸硝化时,在室温下即可进行,主要产 物是α-硝基萘。 3. 磺化反应 萘在较低温度(60 ℃)下磺化时,主要生成α-萘 磺酸;而在较高温度 ( 165 ℃ ) 下磺化时,主要生成 β-萘磺酸。将α-萘磺酸与硫酸共热至 165 ℃ 时, 转变成β-萘磺酸。
二、蒽和菲
蒽和菲互为同分异构体,分子式均为 C14H10。 蒽是无色片状晶体,熔点为 216 ℃,沸点为 342 ℃, 不溶于水,易溶于苯等溶剂,溶液有蓝色荧光。 蒽和菲的化学性质更加活泼。无论是取代反应、 加成反应和氧化反应,都发生在 9 位或 10 位,反 应产物分子中具有两个完整的苯环。
三、其他稠环芳烃
H NO2
- H+
4. 磺化反应
ArH
发烟H2SO4
ArSO3H + H2O
SO3H
SO3H
+ SO3
220-230 ℃
SO3H
CH3
CH3
CH3 SO3H
+ 浓H2SO4
+
SO3H
反应机理
SO3 + H3O+ + HSO4SO3
+ SO 3
+
2H2SO4
+
H
SO 3
+ H
+
SO 3H
5、 傅瑞德尔-克拉夫茨烷基化反应
1.4920
1.4915 1.5139 1.5048 1.4888
苯乙烯
苯乙炔
-30.6
-44.8
145.2
142.4
0.9061
0.9281
1.5468
1.5485
三、单环芳烃的化学性质
稳定性 取代反应 特殊条件下加成反应
(一) 亲电取代反应机理
1.反应机理
π-配合物
碳正离子中间体
σ-配合物
失去一个质子而恢复苯环结构,形成取代产物。
(二) 氧化反应 在乙酸溶液中,萘用三氧化铬氧化生成 1,4-苯醌。 在强烈条件下氧化,如在 V2O5 的作用下, 萘在高温下被空气氧化,则其中一个环破裂, 生成邻苯二甲酸酐。
(三) 加氢反应 萘比苯容易发生加氢反应,用金属钠在液氨 和乙醇的混合物中进行还原时,得到 1,4-二氢 化萘。 萘在催化剂存在下加氢时,可生成四氢化萘 或十氢化萘。
H
H H
H
H H
苯分子中的大 π 键
芳香烃:具有芳香性的碳氢化合物。 芳香性:1)具有稳定的环系; 2)易于亲电取代,难于亲he 加成。
二、单环芳烃的物理性质
苯及其同系物一般为无色液体,密度比水 小,不溶于水,易溶于石油醚、醇、四氯化碳 等有机溶剂。 单环芳烃的密度比碳原子数相同的脂肪烃 大,一般在 0.8 ~ 0.91 g· cm-3 之间。
苯的亲电取代反应进程的能量变化
2. 卤代反应
FeX3 50-60℃
X
+ X2
+ HX (X=Cl,Br)
三卤化铁的作用--促使卤素分子极化而离解 X2 + FeX3 X+ + FeX4-
比较:
CH3 + Br2 FeBr3 o 55~60 C CH3 CH2Br + Br2 hv + HBr Br + Br CH3
(2) 芳香离子:某些环烃虽然没有芳香性, 但其转变成正离子或负离子后则显示芳香性。
(3) 稠合体系:蓝烃是由一个五元环和一个 七元环稠合而成的:
其成环原子的外围π电子有10个,符合 4n + 2 规则 (n = 2),具有芳香性。
(一) 单环芳香烃的命名 以苯环为母体,以烃基为取代基,称为某烷 基苯。
CH3 CH2CH3 CH3CHCH3
甲苯
乙苯
异丙苯
当苯环上连有两个或两个以上取代基时,可 用阿拉伯数字标明其相对位次。若苯环上连有两 个相同取代基时,常用邻或 o、间或 m、对或 p 来标明它们的相对位次。
CH3 CH3 CH3
(二) 多环芳烃的命名 多苯代脂肪烃命名时,以脂肪烃为母体,以 苯环为取代基。
CH2CH2CH2
1, 3-二苯基丙烷
稠环芳烃的命名
简单稠环芳烃给予特定名称,每种稠环上碳 原子的编号有所不同。
6 5 8 7 7 8
1
2 3 7 6
8
9
1
2 3 3 2
4
6
5 4
9
1 10
5
10
4



萘的一元取代物可用α、β来命名;二元或 多元取代物异构体较多,命名时用阿拉伯数字标 明取代基的位次。
2. 与氯气加成
+
Cl Cl2 光照 50OC Cl Cl Cl Cl Cl
自由基反应
六六六
具有杀虫活性
(三) 氧化反应
2
+ 9 O2
V2O5 450-500℃ O
O O
+ 4 CO2 + 4H2O
(四) 芳烃侧链的反应 1. 氯代反应
Cl CH2CH3
光 Cl2
CHCH3
2. 氧化反应
CH3
KMnO4
例:
+
O CH3 C
O CH3 C
+
O Cl
无 水AlCl3
C
CH3
+
HCl HCl
O O 无 水 AlCl3 C CH3
+
CH3COOH
CH3 C O
6、氯甲基化
+ HCHO + HCl(浓) ZnCl2 60℃
CH2Cl
苄氯
苯环上有强吸电子集团时,反应难进 行。
(二) 加成反应
1. 催化加氢
1. 邻对位定位基
第一类定位基,使苯环活化 (卤素除外)。
2. 间位定位基 第二类定位基,间位定位基能使苯环钝化
取代基的定位效应
+ NR 3
(二) 取代定位规律的理论解释 1、邻对位定位基的影响:
① 甲基
σ-π超共轭体系
② —NR2,—NH2,—OH,—NHCOR,—OCOR等
③ 氯原子
致活作用的邻对位定位基
SO3 H CH3
CH3 CH3
α-萘磺酸
1,3,5-三甲基萘
蒽和菲的取代物,命名时用阿拉伯数字标明 取代基的位次。
Br
9-溴代蒽
9,10-二氢菲
第二节
单环芳香烃
一、苯分子的结构 二、单环芳烃的物理性质 三、单环芳烃的化学性质 四、苯环上亲电取代反应的定位规律
一、苯分子的结构
sp2 杂化
闭合的六个原子六个电子的共轭体系。
1 6 5 2
1,2,5,6-二苯并蒽

3,4-苯并芘
第四节 非苯芳香烃
德国化学家休克尔指出,对于单环共轭多烯分 子,当成环原子共平面,且离域的π电子数是 4n + 2 时(n=0,1,2,3,……),该化合物就具有芳香性。 萘、蒽、菲的环上原子均处于同一平面内,π 电子数为 10 或 14,因此具有芳香性。 (1) 轮烯:具有交替的单双键的单环共轭多烯, 称为轮烯。轮烯的分子通式为(CH)x(x≥10)。 轮烯是否具有芳香性,主要决定于以下三方面: 首先,看环上的碳原子是否均处于一个平面上;其 次,轮内氢原子间没有或很少有空间排斥作用;第 三,π电子数是否符合 4n+2规则。
间二甲苯
对二甲苯
-来自百度文库7.9
13.5
139.1
138.4
0.8642
0.8611
1.4972
1.4959
丙苯
异丙苯 连三甲苯 偏三甲苯 均三甲苯
-99.5
-96 -25.4 -43.8 -44.7
159.2
152.4 176 169 165
0.8620
0.8618 0.8944 0.8758 0.8652
CH3 诱 导 效 应 δ δ δ
CH3 1.017 0.999 1.011
共 轭 效 应
δ
OH
δ
诱 导 效 应
δ
致钝作用的间位定位基
诱 导 效 应
NO2
NO2
δ δ
0.740 0.808 0.726
δ
(三) 二取代苯的定位规律 (1) 原有的两个取代基定位作用一致
NO2
CH3 NO2
NO2 COOH
CH3 CH CH2
(2) 多环芳香烃:分子中含有两个或两个 以上独立苯环的芳香烃称为多环芳香烃。根据 苯环的连接方式的不同,多环芳香烃又可以分 为多苯代脂肪烃、联苯和联多苯。
联苯
多苯代脂肪烃
(3) 稠环芳香烃:分子中含有两个或多个苯 环共用两个相邻碳原子的芳香烃,称为稠环芳 香烃。



二、芳香烃的命名
COOH
• 在过量氧化剂存在下,无论支链长短,最后都氧化成 苯甲酸(说明的活泼性):
KMnO4
CH2CH3

COOH
注意: 叔丁基苯 由于无 ,在一般情况下 不氧化
CH3
均有,直接 氧化成苯甲酸
CH2CH2CH3
COOH
MnO4-/H2O

四、苯环上亲电取代反应的定位规律
(一) 两类定位基
一些常见单环芳烃的物理性质

苯 甲苯 乙苯 邻二甲苯

熔点/℃
5.5 -95.0 -95.0 -15
沸点/℃
80.1 110.6 136.3 144.4
密度/(g· cm3)
0.879 0.8669 0.8670 0.8670
折射率 (20℃)
1.5001 1.4961 1.4959 1.5055
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