7-第七章----多环芳烃与非苯芳-烃-4学时(参考模板)
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第七章 多 环 芳 烃与非苯芳 烃
学习要求:
1.掌握萘、蒽、菲的结构。
2.掌握多环芳烃的化学性质、萘的磺化反应、动力学控制和热力学控制。 3.理解芳香性概念、芳香性的判别、休克尔规则。 4.了解非苯芳烃的类型和代表物及反芳香性。
5.了解致癌烃、煤焦油的组成。 计划课时数 4课时
重点:萘、蒽、菲的结构。
难点:芳香性的判别、休克尔规则。
教学方法 采用多媒体课件、模型和板书相结合的课堂讲授方法。 引言
多 环 芳 烃
芳烃按其结构可分类如下:
§7.1 联苯
对热很稳定,当它和二苯醚以26.5:73.5混合时,受热到400℃时也不分解,所以广泛的用作高温传热液体. §7.2稠环芳烃
2CH 3
CHCH 32CH 3CH 2苯系芳烃非苯芳烃单环芳烃
多环芳烃联苯
稠环芳烃
多苯代脂烃
苯乙苯异丙苯苯乙烯联苯对三联苯萘 蒽
二苯甲烷
环戊二烯负离子环庚三烯正离子薁
7.2.1萘
(一)萘的结构
平面结构,所有的碳原子都是sp 2
杂化的,是大π键体系。
分子中十个碳原子不是等同的,为了区别,对其编号如下:
萘的一元取代物只有两种,二元取代物两取代基相同时有10种,不同时有14种。 (二)萘的反应和用途 1. 加成反应
萘比苯易加成,在不同的条件下,可发生部分或全部加氢。
2. 氧化反应 萘比苯易氧化
3. 取代反应
(1)消化 萘与混酸在常温下就可以反应,产物几乎全是α-硝基萘。
存在于煤焦油中,白色闪光状晶体,熔点80.6,
℃,沸点218有特殊气味,能挥发并易升华,不溶于水。
萘是重要的化工原料.
。也常用作防蛀剂(如卫生球)
0.142nm
说明萘环中各碳原子
的P 轨道重叠的程度不完全相同,稳定性不如苯。1234
567810
9αβα
αα
βββ1、4、5、8位又称为 位αβ2、3、6、7位又称为 位电荷密度αβ
>+ 2H 2Pd / C
3H 2四氢化萘十氢化萘
O O
O 2+ 9O 2V O 400~550℃
+ 4CO 2 + 4H 2O 邻苯二甲酸酐
重要的有机化工原料N H 2
4+C OOH C OOH
含邻、对位基时同环氧化NO 24+含间位基时异环氧化
(2)磺化反应
磺化反应的产物与反应温度有关。低温时多为α-萘磺酸,较高温度时则主要是β-萘磺酸,α-萘磺酸在硫酸里加热到165℃时,大多数转化为β-异构体。其反应式如下:
高温生成β-异构体的原因:
为什么磺化反应随着温度不同生成的产物不一样呢?这里就有一个速度控制和平衡控制的问题。
由于萘的的α-位比β-位活泼,在低温下,反应活性不是很强的时候,α位优先反应,生成α-萘磺酸,这种利用反应速度来控制主要产物的结果叫做速度控制。以前我们讨论苯环的定位基效应大多是速度控制产物。
当温度升高,逆反应速度增加,平衡更容易建立;同时由于温度升高,对反应活化能较高的β取代的反应速度也加快,加速了β取代产物的生成,当加热到160℃时,大部分α异构体转变成β异构体,反应达到了平衡,所以,β-萘磺酸是平衡控制产物。
两种竞争反应进程曲线图如下:
SO3H
3
H
+ H2SO4
萘磺酸
β
,
165℃
有机合成的重要中间体
位比稳定,被认为
是空间斥力的结果
αβ
斥力大斥力小
速度控制产物平横控制产物
()()
E大小
E
萘+H2SO4
从曲线上我们看到,β-萘磺酸比α-萘磺酸更稳定,为什么呢?
α位活泼,反应快,但位阻大,不稳定,容易脱去; β位不活泼,难生成,但较稳定,生成后难脱去。
另外,磺化反应容易生成β产物,一个很重要的原因这个反应是可逆反应。其它反应可逆程度很小,即使升高温度也得不到β产物。正因为这个原因,其它β取代产物往往要通过磺化反应在转化。例如β-萘胺的合成就是先生成β-萘磺酸然后转化称萘酚在转化成萘胺的:
7.2.2蒽 (自学)
蒽分子中含有三个稠合的苯环,所有原子都在同一个平面上,形成包含14个碳原子
的π分子轨道。蒽的结构如下:
有四个α位、四个β位和两个γ位,因此亿元取代产物有三种异构体。 蒽的键长参数见课本。
蒽虽然是是一个芳烃,但它的不饱和性比萘更加明显,性质也更加活泼,取代反应主要发生在γ位上。
共振能 150.6kj/mol 255kj/mol 351.4kj/mol 每个环共振能 150 128 117
H
SO 3H
H SO 3
H
H
SO 3H
OH
NH 2
5
氧化反应: 难 易 还原反应: 难 易 加成反应:
难 易
1、氧化反应
2、加成反应
因为产物保留了两个苯环理论上还有300kj/mol 的共振能,实际上只损失51kj/mol ,如果发生在α位,则保留了萘环的共振能255kj/mol ,共振能损失较大,所以γ位活泼。
7.2.3菲
(自学)
菲是蒽的同分异构体,三个苯环不在一条直线上。
菲的化学性质和蒽相似,也发生在9,10位,但总的来说不如蒽活泼。如:
7.2.4.其他稠环烃
多环芳烃是个尚未很好开发的领域,而且来源丰富,大量存在于煤焦油和石油中。现在己从焦油中分离出好几百种稠环芳烃,有待研究利用。
很久以前就注意到,如在动物体上长期涂抹煤焦油,可以引起皮肤癌,经长期的实验,发现合成的1
,2,5,6-二苯并蒽具有致癌的性质,后来又从煤焦油中分离出一个致癌的物质,3,4-苯并芘。现在已知的致癌物质中以6-甲基-1,2-苯并-5,
10-次乙基蒽的效力最强。