16单环芳烃的性质
合集下载
第六章 单环芳烃
练习：合成下列化合物
(E) 烷基化反应（Friedel-Crafts烷基化反应）
O R C ＋ 或 O O R C O C Cl AlCl3 O C R R
AlCl3用量:
• 用酰氯时，用量 > 1 eqv. • 用酸酐时，用量 > 2 eqv.
eqv. = equivalent
比较：
•烷基化AlCl3用量为催化量
δδδ +
δδ +
δ+
δ-
CH3
CH2
CH2
Cl
分类
以C－H键为标准
如果X原子电负性小于H原子
给电子诱导效应 ＋I 效应 如果X原子电负性大于H原子 吸电子诱导效应 C X －I 效应
-O+R2 -OR
C
Y
一般为带负电的基团， 饱和烷基 －-NR > －O(CH3)3C － > (CH3)2CH － >
L. Pauling “共振论”
Br Br
Br Br
表达的是同一分子 （苯的1, 2－二溴代产物只有一个）
② 书写
或
6.3 单环芳烃的物理性质 无色液体，特殊气味 相对密度在0.86~0.93之间 不溶于水，易溶于有机溶剂，本身也是良好的有机溶剂。 具有一定的毒性
6.4 单环芳烃的化学性质
苯甲位/α位
Br Br
1
2
O 2N
3
2 1
5
COOH
Cl
3－硝基苯甲酸 1, 2－二溴苯 4－氯苯甲醛 间硝基苯甲酸 对氯苯甲醛 邻二溴苯 p－氯苯甲醛(para) o－二溴苯(ortho) m－硝基苯甲酸(meta)
简写 p－ClC6H4CHO
单环芳烃
2. 分子轨道理论 分子轨道理论认为：苯分子在形成 键后 键后， 分子轨道理论认为：苯分子在形成σ键后，每个碳原子 轨道， 都还有一个未参加杂化的 p 轨道，它们可经线形组合成六 个分子轨道，即ψ1、ψ2、ψ3、ψ4、ψ5、ψ6。它们除都有一 个分子轨道， 碳原子所在的平面外， 没有界面， 个共同的界面 —— 碳原子所在的平面外，ψ1没有界面，能 量最低； 各有一个界面，它们是简并的，能量相等， 量最低； ψ2、ψ3各有一个界面，它们是简并的，能量相等， 但能量比ψ 都是成键轨道。 但能量比 1高。 ψ1、ψ2、ψ3都是成键轨道。其余的都是反 键轨道。 键轨道。
苯环上的亲电取代反应及其反应历程
作用时，首先与离域的π电子作用 电子作用， 苯与亲电试剂 E+作用时，首先与离域的 电子作用， 生成π- 络合物，进而从苯环的π- 体系获得两个π电子 电子， 生成 络合物，进而从苯环的 体系获得两个 电子， 与苯环的一个碳原子形成σ- 络合物， 与苯环的一个碳原子形成 络合物，σ- 络合物的能量 比苯高，不稳定，容易失去一个质子， 比苯高，不稳定，容易失去一个质子，结果又形成了六 电子离域的闭合共轭体系。 个π电子离域的闭合共轭体系。 电子离域的闭合共轭体系 其反应历程可表述如下： 其反应历程可表述如下：
=
O X + R C
AlX3
COR
+
HX
常用的酰基化试剂： 常用的酰基化试剂：RCOX、( RCO)2O、RCOOH。 、 、 。
5. 氯甲基化： 氯甲基化：
+ (HCHO)3 + 3 HCl
无水 ZnCl2
CH2Cl 3 + H2O
该反应的应用价值在于： 可以顺利地转变为—CH3、—CH2OH、 该反应的应用价值在于：—CH2Cl可以顺利地转变为 可以顺利地转变为 、 —CH2CN、—CHO、—CH2COOH、—CH2N( CH3)2等基团。 等基团。 、 、 、
单环芳烃
··1第六章 单环芳烃一．学习目的和要求：1．掌握苯分子的结构，杂化轨道理论和分子轨道理论的定性解释。
2．掌握单环芳烃的同分异构和命名法。
3．掌握单环芳烃的化学反应，包括亲电取代反应，加成反应及芳烃侧链反应。
4．掌握苯环取代定位规则、给电子基团、吸电子基团及其理论解释和应用。
5. 理解亲电取代反应的可逆性和不可逆性。
6. 理解共振论的要点，会写共振式，区别Lewis 式与共振式。
7．了解单环芳烃的来源、制法及物理性质。
二．本章节重点、难点：苯分子的结构，共振论，苯的化学性质及应用，亲电取代反应历程，定位规则引言：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。
芳香二字的来由最初是指从天然树脂（香精油）中提取而得、具有芳香气的物质。
现代芳烃的概念是指具有芳香性的一类环状化合物，它们不一定具有香味，也不一定含有苯环结构。
芳香烃具有其特征性质——芳香性（易取代，难加成，难氧化）。
芳烃按其结构可分类如下：2CH 3CHCH 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6.1 苯的结构6.1.1 苯的凯库勒式苯加氢可以生成环己烷，说明苯具有六碳环的骨架，而苯的一元取代物只有一种，证明苯分子中六个氢原子是等同的。
因此，1865年凯库勒从苯的分子式出发，提出了苯的环状结构：为了保持碳的四价，凯库勒在环内加上了三个双键，便是苯的凯库勒式：简写为：这个式子虽然可以说明苯分子的组成以及原子间连接的次序，但这个式子仍存在着缺点，它不能说明下列问题：第一、既然含有三个双键，为什么苯不起类似烯烃的加成反应？第二、根据上式，苯的邻二元取代物应当有两种，然而实际上只有一种。
·· 2··3 为了解释这个问题，凯库勒又假定，苯分子中的双键不是固定的，而是不停地迅速来回移动：但是，凯库勒式并不能说明为什么苯具有特殊的稳定性以及苯分子中碳碳键的键长完全等同等事实。
第四章第一节单环芳烃
烷基苯也能发生卤代反应,但反应比苯更容易， 产物也主要是邻位和对位取代物。例：
CH3
CH3
+ Cl2
FeCl3
CH3
Cl +
Cl
+ HCl
1. 取代反应——卤代反应
但是在光照或加热煮沸条件下，卤代反应发生在烷基上， 且主要取代α -位的氢原子，这是自由基取代反应。如：
CH3
+ Cl2
光照
CH2Cl
CH3CHCH3
丙苯
异丙苯
一、异构和命名
当苯环上连有2个以上的取代基时，则产生位置异构, 二 取代苯有3个异构体。
CH3 CH3
1,2–二甲苯 邻二甲苯
CH3 CH3
1,3–二甲苯 间二甲苯
CH3
CH3
1,4–二甲苯 对二甲苯
一、异构和命名
三取代苯也有3个位置异构体。
CH3 CH3 CH3
1,2,3–三甲苯 连三甲苯
onr2nh2ohnhcororocorrx等四苯环亲电取代的定位规律ch3hno3hoacch3no2ch3ch3no2no263343clclno2clclclclclhno3h2so4no2no2306912第二类定位基间位定位基第类定位四苯环亲电取代的定位规律间位定位nr3no2cf3ccl3cnso3hchocorcoohconh2使新进入苯环的取代基主要进入原有取代基的间位并使苯环致钝亲电取代反应较苯难于进行
第四章 芳香烃
单环芳烃 苯及其 衍生物
CH3 CH3 CH3
多环芳烃
CH2
联苯 二苯基甲烷
芳 香 烃
非苯芳烃
稠环芳烃
萘
＋
蒽
H
环丙烯正离子
CH3
CH3
+ Cl2
FeCl3
CH3
Cl +
Cl
+ HCl
1. 取代反应——卤代反应
但是在光照或加热煮沸条件下，卤代反应发生在烷基上， 且主要取代α -位的氢原子，这是自由基取代反应。如：
CH3
+ Cl2
光照
CH2Cl
CH3CHCH3
丙苯
异丙苯
一、异构和命名
当苯环上连有2个以上的取代基时，则产生位置异构, 二 取代苯有3个异构体。
CH3 CH3
1,2–二甲苯 邻二甲苯
CH3 CH3
1,3–二甲苯 间二甲苯
CH3
CH3
1,4–二甲苯 对二甲苯
一、异构和命名
三取代苯也有3个位置异构体。
CH3 CH3 CH3
1,2,3–三甲苯 连三甲苯
onr2nh2ohnhcororocorrx等四苯环亲电取代的定位规律ch3hno3hoacch3no2ch3ch3no2no263343clclno2clclclclclhno3h2so4no2no2306912第二类定位基间位定位基第类定位四苯环亲电取代的定位规律间位定位nr3no2cf3ccl3cnso3hchocorcoohconh2使新进入苯环的取代基主要进入原有取代基的间位并使苯环致钝亲电取代反应较苯难于进行
第四章 芳香烃
单环芳烃 苯及其 衍生物
CH3 CH3 CH3
多环芳烃
CH2
联苯 二苯基甲烷
芳 香 烃
非苯芳烃
稠环芳烃
萘
＋
蒽
H
环丙烯正离子
有机化学第六章单环芳烃
付氏烷基化反应的特点
•易重排 •反应可逆 •易多取代 •苯环上已有–NO2、-SO3H、-COOH、-COR等取代基时反应 不再发生。
其它产生碳正离子的物质也可作烷基化试剂。
+ CH2 CH2
A lC l 3 /H C l
C H 2C H 3
。 95 C
CH3 CH3
+ C H 3C H
CH2
A lC l 3 /H C l
2
+ 9O 2
V 2O 5 450℃
2
HC
b. 加成反应（了解）
Cl
光
H Cl H Cl H
+ 3 C l2 50℃
H Cl H Cl
H Cl
3、苯侧链反应
a. 侧链氧化
CH3
K M nO 4
COOH
烃基苯无论链多长 都氧化成苯甲酸
CH3 H 3C C CH3
K M nO 4
叔丁基苯无-H
例
CH3
H
120
0
1 20
0
H
1 20
0
H
0. 13 96 n m
H H
H
二、苯的结构的近代观点
•每个C都是sp2 杂化,形成平面正六边形结
构。 (碳碳键长都是0.1396nm , C–C–C键 角都是120°) •每个C上未参与杂化的p轨道垂直于苯环平 面, 彼此相互平行, 从侧面互相重叠。
苯 的 分 子 模 型
由于酰基化反应无重排，如把芳酮进一步还原，可得到直 链烷基苯。
O C H3C H 2 C Cl
O
Z n — Hg
C C H 2C H 3
浓 H Cl
C H 2C H 2C H 3
大学化学 之单环芳烃
－
H O
+
SO3
SO 3
－
H SO4
+ H 2S O 4
•常用的磺化剂还有三氧化硫和氯磺酸等.
例1
+ ClS O 3 H SO3H
+
HCl
例2
S O 2 Cl
+
2
ClS O 3 H
+
H 2S O 4 +
HCl
•该反应是在苯环上引入一个氯磺酸基(-SO2Cl),因此 叫做氯磺化反应.
甲苯比苯容易磺化，与浓硫酸在常温下就可以起反应， 主要产物是邻甲苯磺酸和对甲苯磺酸。
• 煤焦油中含有大量的芳香族化合物,分馏煤焦油可得 各种馏分. • 苯及其同系物主要存在于低沸点馏分中(轻油). • 苯和甲苯等一部分轻油馏分未能立即冷凝成液体,仍 以气态被煤气带走,用重油洗涤煤气(吸收苯和甲苯), 再蒸馏取得苯和甲苯.
6.3.2 石油的芳构化
• 主要将轻汽油中含6~8个碳原子得烃类,在催化剂铂 或钯等存在下,于450~500℃进行脱氢,环化和异构化 等一系列复杂反应转变为芳烃(工业上称此过程为 铂重整).
2 苯的结构
价键理论
六个碳原子都是以sp2杂化， 六个碳碳σ键：sp2-sp2，
六个碳氢σ键：sp2-1s， 六个p轨道从侧面互相重叠形成 Π 6。
6
·
· ·
0.110nm
·
Π
6 6
120°
0.1397nm
· ·
苯的大π键 Π 6 。
6
3 苯的结构表示方法
广泛使用的是Kekulè 式。 也有用六边形加一个圆圈来表示，圆圈表示苯环中的π 电子云为一个整体。缺点是无法表示环上的p电子数，有 时甚至能造成误解。
H O
+
SO3
SO 3
－
H SO4
+ H 2S O 4
•常用的磺化剂还有三氧化硫和氯磺酸等.
例1
+ ClS O 3 H SO3H
+
HCl
例2
S O 2 Cl
+
2
ClS O 3 H
+
H 2S O 4 +
HCl
•该反应是在苯环上引入一个氯磺酸基(-SO2Cl),因此 叫做氯磺化反应.
甲苯比苯容易磺化，与浓硫酸在常温下就可以起反应， 主要产物是邻甲苯磺酸和对甲苯磺酸。
• 煤焦油中含有大量的芳香族化合物,分馏煤焦油可得 各种馏分. • 苯及其同系物主要存在于低沸点馏分中(轻油). • 苯和甲苯等一部分轻油馏分未能立即冷凝成液体,仍 以气态被煤气带走,用重油洗涤煤气(吸收苯和甲苯), 再蒸馏取得苯和甲苯.
6.3.2 石油的芳构化
• 主要将轻汽油中含6~8个碳原子得烃类,在催化剂铂 或钯等存在下,于450~500℃进行脱氢,环化和异构化 等一系列复杂反应转变为芳烃(工业上称此过程为 铂重整).
2 苯的结构
价键理论
六个碳原子都是以sp2杂化， 六个碳碳σ键：sp2-sp2，
六个碳氢σ键：sp2-1s， 六个p轨道从侧面互相重叠形成 Π 6。
6
·
· ·
0.110nm
·
Π
6 6
120°
0.1397nm
· ·
苯的大π键 Π 6 。
6
3 苯的结构表示方法
广泛使用的是Kekulè 式。 也有用六边形加一个圆圈来表示，圆圈表示苯环中的π 电子云为一个整体。缺点是无法表示环上的p电子数，有 时甚至能造成误解。
芳香烃
+ H2
H = –120kJ/mol
+ 3 H2
H = –208kJ/mol
苯的结构
苯分子是正六边形结构，六个碳原子和六个氢原子 在同一平面上，相邻的碳碳键之间的夹角是120， 碳碳键的键长都是0.139nm。 六个碳原子都是s p２杂化，所有的 键都在同一平 面上。每个碳原子都有一个未参加杂化的P轨道， 并且都垂直于键所构成的平面，六个ｐ轨道侧面 相互重叠形成一个闭合的大 键共轭体系。大 键的电子云就象两个救生圈分布在分子平面的上下 方。 由于 电子的充分离域，离域能大，体系的势能就 低，因此，苯环就特别稳定。由于苯分子中所有的 碳碳键完全相同，为此，常常用正六边形内加一个 圆圈来表示苯的结构。
甲苯
乙苯
丙苯
异丙苯
单环芳香烃的异构和命名
苯的二元取代物有三种异构体。 例如：
C H3 C H3 C H3 C H3 C H3 C H3
1，2-二甲苯 1，3-二甲苯 1，4-二甲苯 （邻二甲苯或o-二甲苯） （ 间二甲苯或m-二甲苯） （对二甲苯或p-二甲苯）
单环芳香烃的异构和命名
取代基相同的三元取代物有三种异构体。 例如：
C H3 H3 C C H3 C H3 C H3 H3 C C H3 C H3 C H3
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）
苯基
苯分子上去掉一个氢原子剩下的基团 C6H5—叫做苯基。可简写作Ph-。
甲苯基和苯甲基
甲苯分子中苯环上去掉一个氢原子， 得到甲苯基，
苯的共振能
+ 3 H2
150.0（共振能）
H = –120kJ/mol
+ 3 H2
H = –208kJ/mol
苯的结构
苯分子是正六边形结构，六个碳原子和六个氢原子 在同一平面上，相邻的碳碳键之间的夹角是120， 碳碳键的键长都是0.139nm。 六个碳原子都是s p２杂化，所有的 键都在同一平 面上。每个碳原子都有一个未参加杂化的P轨道， 并且都垂直于键所构成的平面，六个ｐ轨道侧面 相互重叠形成一个闭合的大 键共轭体系。大 键的电子云就象两个救生圈分布在分子平面的上下 方。 由于 电子的充分离域，离域能大，体系的势能就 低，因此，苯环就特别稳定。由于苯分子中所有的 碳碳键完全相同，为此，常常用正六边形内加一个 圆圈来表示苯的结构。
甲苯
乙苯
丙苯
异丙苯
单环芳香烃的异构和命名
苯的二元取代物有三种异构体。 例如：
C H3 C H3 C H3 C H3 C H3 C H3
1，2-二甲苯 1，3-二甲苯 1，4-二甲苯 （邻二甲苯或o-二甲苯） （ 间二甲苯或m-二甲苯） （对二甲苯或p-二甲苯）
单环芳香烃的异构和命名
取代基相同的三元取代物有三种异构体。 例如：
C H3 H3 C C H3 C H3 C H3 H3 C C H3 C H3 C H3
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）
苯基
苯分子上去掉一个氢原子剩下的基团 C6H5—叫做苯基。可简写作Ph-。
甲苯基和苯甲基
甲苯分子中苯环上去掉一个氢原子， 得到甲苯基，
苯的共振能
+ 3 H2
150.0（共振能）
有机化学芳烃(单环芳烃)
合成芳香 族化合物
4.2 侧链上的反应 加成反应和 4.3 加成反应和氧化反应
9
4.1 亲电取代反应
A A+ B+ A B + B 一取代苯 二取代苯(o,m,p) 二取代苯(o,m,p) B + A A
取代试剂： 取代试剂： –X 卤化 –NO2 硝化 –SO3H 磺化 –R 烷基化
O –C–R －CH2Cl 酰基化 氯甲基化
、－SO 、－ 、－COOR、－ 、－COCl、－ 、－CONH2、－ 、－ 、－CN、－ 、－CHO、 －COOH、－ 3H、－ 、－ 、－ 、－ 、 >C=O、－ 、－OH、－ 2、 —Ph、－ 、－ 、－ 、－NH 、－R、－ 、－NO 、－ 、－ 、－ 、－X、－ 2 CHO Cl SO3H 2-氯苯甲醛 2-甲酰基-3-氯苯磺酸 甲酰基CH3 3-硝基-1-溴苯 硝基Br CH3O COOH NO2 COOH 2-甲氧基苯甲酸 4-甲氧基-1,3-苯二甲酸 甲氧基-1,31-甲基-3-硝基-5-溴苯 甲基- 硝基-
有机化学
山东大学化学与化工学院 刘嘉丽
第 4章 芳 烃
Hydrocarbon） （Aromatic Hydrocarbon）
单环芳烃 苯 苯系芳烃 乙苯 联苯 联苯 对三联苯 蒽 CH 2 二苯甲烷 多环芳烃 稠环芳烃 萘 多苯代脂烃 非苯芳烃 环戊二烯 环庚三烯 正离子 负离子 薁
2
CH CH 2 3
7
§2 苯的结构
实验测定：平面分子，完全对称；每一个键角： 实验测定：平面分子，完全对称；每一个键角：1200 每一个C—C键长：0.140nm 键长： 每一个 键长 离域使分子内能降低， 离域使分子内能降低，使体系 趋于平均化，更稳定。 趋于平均化，更稳定。
第14讲——单环芳烃的化学性质
Br Br
苯比环己二烯更稳定
Nu
C＝C
E+
-配合物
H = -45.14 Nu
C+ C
慢
E
Nu- C C
快
E
碳正离子 亲电加成反应
中间体
(2) 一取代反应 ——记住进攻基团、产物结构
①卤化反应
+ X2
FeX3 或Fe
Fe + X2
FeX3 FeX3 + X2
反应活性：F2＞Cl2＞Br2＞I2
–X 卤苯 FeX4- + X+
O –C–CH2CH3
Zn/Hg HCl
？× + CH3CH2CH2Cl AlCl3
–CH2CH2CH3
F-C反应：有吸电基团时不能够发生
⑥氯甲基化反应 + HCHO + HCl ZnCl2
练习4：完成下列反应式
–CH2Cl 苯氯甲烷 光 (苄基氯)
Cl2
–CH3
1、
CH2Cl2
？–CH2Cl
？–CH2–
NBS
KMnO4 △
–CHCH3 Br
×
教学要点——第十四讲 单环芳烃的化学性质
★要点14-3：掌握苯环上亲电取代反应的试剂、条件、 产物结构。
卤化
硝化
磺化 F-C烷基化 F-C酰基化
X2+Fe HNO3+H2SO4 H2SO4 RX+AlCl3 RCOX+AlCl3
–X
–NO2
–SO3H
–R
–COR
O
–R
–C–R
烷基化 酰基化
学习重点：(1)反应机理——亲电取代反应 (2)一取代反应的进攻基团、产物结构 (3)再取代反应的位置和反应条件
6 单环芳烃化学性质资料
快
-H
+
亲电取代机理
H
E
E
+
E+
快
E+
慢
+
快 －H+
络合物
E
+=
+
络合物
+ R C=O
+ + X , NO2 , SO3 , R ,
2018/10/20
19
2 卤化反应
说 明
路易斯(Lewis)酸作催化剂，常用FeX3。 但需注意：工业上一般氯代用FeCl3、溴代 则用FeBr3作催化剂。 反应历程
2018/10/20 27
H
H C
H
O S
OH O
O S O OH
磺化反应的应用 ① 用作占位基团
Cl
H3C
FeCl3 Cl2
H3 C
+
H3C
Cl
×
CH3 Cl
CH3
CH3
CH3
浓 H2SO4
100℃
SO3H
FeCl3 Cl2
SO3H
Cl 稀 H SO 2 4
② 合成染料、洗涤剂等 ③ 用作酸性催化剂
H3 C
2018/10/20
CH2 CH3
4
1-甲基-4-乙基苯
苯环上连有两个取代基时，可以用 邻 (1,2-) 、间 (1,3-) 、对 (1,4-) 表示取代基 的相对位置。
CH3
H3 C CH3
H3 C
CH3
CH2 CH3
对二甲苯 p-二甲苯
2018/10/20
邻甲乙苯 o-甲乙苯
5
间二甲苯 m-二甲苯
有机化学第六章芳烃
第六章芳烃芳烃是芳香族碳氢化合物的简称。
一般情况下，把苯及其衍生物称为芳香族化合物。
其中分子中只含一个苯环的芳烃叫做单环芳烃。
芳香二字的来由最初是指从天然树脂（香精油）中提取而得、具有芳香气的物质。
现代芳烃的概念是指具有芳香性的一类环状化合物，它们不一定具有香味，也不一定含有苯环结构。
芳香烃具有其特征性质——芳香性（易取代，难加成，难氧化）。
第一节单环芳烃的结构、异构和命名一、单环芳烃的结构苯是单环芳烃中最简单最重要的化合物，也是所有芳香族化合物的母体。
1. 凯库勒构造式根据元素分析得知苯的分子式为C6H6。
仅从苯的分子式判断，苯应具有很高的不饱和度，显示不饱和烃的典型反应—加成、氧化、聚合，然而苯却是一个十分稳定的化合物。
通常情况下，苯很难发生加成反应，也难被氧化，在一定条件下，能发生取代反应，称为“芳香性”。
1865年凯库勒从苯的分子式出发，根据苯的一元取代物只有一种，说明六个氢原子是等同的事实，提出了苯的环状结构。
这个式子虽然可以说明苯分子的组成以及原子间连接的次序，但这个式子仍存在着缺点，它不能说明苯既然含有三个双键，为什么苯不起类似烯烃的加成反应？环己烯的氢化热为119.6kJ/mol,如果苯的构造式用凯库勒式表示的话，苯的氢化热为环己烯氢化热的三倍。
119.6×3=358.8KJ/mol 。
实际上苯的氢化热是208.4KJ/mol,比预计的数值低150.4KJ/mol。
2.闭合共轭体系根据现代物理方法（如X射线法，光谱法等）证明了苯分子是一个平面正六边形构型，键角都是120℃ ,碳碳键的键长都是0.1397nm。
按照轨道杂化理论，苯分子中六个碳原子都以sp2杂化轨道互相沿对称轴的方向重叠形成六个C-C σ键，组成一个正六边形。
每个碳原子各以一个sp2杂化轨道分别与氢原子1s轨道沿对称轴方向重叠形成六个C-H σ键。
由于是sp2杂化，所以键角都是120℃,所有碳原子和氢原子都在同一平面上。
有机化学单环芳烃
所以上述表示法不能准确反映1,3-丁二烯
的真实结构。
有机化学
芳烃
9
6-1 苯的结构
基本要点
苯的共振式和共振论
✓ 当一个离子、分子或自由基按照价键理论可以
写出两个以上的经典结构式时，这些结构式共振
(或重叠)成一个共振杂化体，共振杂化体接近实
际分子。 如醋酸根是由下列式子参加共振的：
O
O
H3C C O
H3C C O
为共振符号，与表示平衡的
不同.
共振杂化体绝非混合物, 它只具有单一结构.
有机化学
芳烃
10
6-1 苯的结构
共振论基本要点
✓共振结构式对分子的贡献大小与它们的稳 定性大小成正比。关于共振结构能量的比较， 有如下经验规则：
[1] 共振结构式中，共价键越多，能量越低， 则更稳定。
√
有机化学
芳烃
[3] 键角和键长有改变的结构不稳定。
[4] 满足八隅体的共振结构式稳定。
+ .. CH2 O.. H
+
CH2=O..H
贡献较大
有机化学
较芳稳烃 定(八隅体)
14
6-1 苯的结构
共振论基本要点
✓共振结构能量比较的经验规则：
[3] 键角和键长有改变的结构不稳定。 [4] 满足八隅体的共振结构式稳定。
② 烷基相对位置不同引起的位置异构
H3C CH2CH3
CH3CH2
CH3
CH2CH3
CH3
有机化学
CH3 CH3
CH3
CH3
H3C
芳烃
CH3
H3C H3C
CH3
21
6-2 单环芳烃的构造异构和命名
第六章：单环芳烃
CH3
CH3 + H2SO4
室温
CH3 SO3H + SO3H
SO3H
稀 H+ 180℃ ℃
+ H2SO4
制备意义
CH3
CH3 Br
解：
CH3 CH3 CH3
Br2 Fe
+ H2SO4 SO3H
﹢ Br H3O
△
CH3 Br
SO3H
磺化反应历程
2 H2SO4 +δ S O H
+
﹢ 4 + H3O ……① ① SO3 + HSO O
二、近代物理方法测定苯的结构
苯的结构为： 苯的结构为：
个碳组成一个平面正六边形， 个氢与 个氢与6 （1）6个碳组成一个平面正六边形，6个氢与 个 碳都 ） 个碳组成一个平面正六边形 在同一个平面上。（共平面性） 在同一个平面上。（共平面性） 。（共平面性 （2）所有键角都是 ）所有键角都是120° ° （3）碳碳键键长为 139nm. ）碳碳键键长为0. 120° 0.139nm
硝酰正离子
H
+ -
NO2
….. ②
NO2 H
+
NO2
+ HSO4
+ H2SO4 ….. ③
NO2
H2SO4+ HNO3 95℃ ℃
NO2
H2SO4+ HNO3
NO2 NO2
100~110℃,5天 ℃ 天
O2N
少量
NO2
CH3
H2SO4+ HNO3 30℃ ℃
CH3 NO2 +
CH3
H2SO4+ HNO3 50℃ ℃
第六章 单环芳烃
19
3、共振论-----价键理论的延伸 共振杂化体
-
{
CH2=CH CH=CH2
-
+ +
CH2=CH CH CH2 CH2 CH=CH CH
-
CH2 CH CH=CH2 CH2 CH CH CH2
+
}
参与组成共振杂化体的价键结构式称共振结构式
20
苯环的两种凯库勒极限结构
苯共振于两种结构之间
真正的分子是各共振结构的共振杂化体， 而不是不断变化达到平衡的混合物。 事实：
R
+
RCl
AlCl3
+
HCl
CH2=CHCH2 CH3CH2CH2OH
烷基异构化，多元取代。
亲电试剂C正离子的稳定性：叔>仲>伯。 C正离子常发生分子重排成稳定的碳正离子。
40
E、傅列德尔——克拉夫茨酰基化反应
+
RC
O Cl
AlCl3
O C R
+
HCl
无异构化，停留在一元取代。
LiAlH4 O C R Zn_Hg HCl CH2 R OH CH R
α-H
（HNO3稀 ） KMnO4
O C OH
CH3 C CH3 CH3
（HNO3稀 ） KMnO4 不反应
——CF3稳定的侧链
45
CH3
KMnO4/H or K2Cr2O7 H
COOH
CH(CH3)2
COOH
CH3
KMnO4/H or K2Cr2O7 H
COOH
C(CH3)3
C(CH3)3
46
b、烷基苯---α-H的氯化反应 ——自由基取代反应
3、共振论-----价键理论的延伸 共振杂化体
-
{
CH2=CH CH=CH2
-
+ +
CH2=CH CH CH2 CH2 CH=CH CH
-
CH2 CH CH=CH2 CH2 CH CH CH2
+
}
参与组成共振杂化体的价键结构式称共振结构式
20
苯环的两种凯库勒极限结构
苯共振于两种结构之间
真正的分子是各共振结构的共振杂化体， 而不是不断变化达到平衡的混合物。 事实：
R
+
RCl
AlCl3
+
HCl
CH2=CHCH2 CH3CH2CH2OH
烷基异构化，多元取代。
亲电试剂C正离子的稳定性：叔>仲>伯。 C正离子常发生分子重排成稳定的碳正离子。
40
E、傅列德尔——克拉夫茨酰基化反应
+
RC
O Cl
AlCl3
O C R
+
HCl
无异构化，停留在一元取代。
LiAlH4 O C R Zn_Hg HCl CH2 R OH CH R
α-H
（HNO3稀 ） KMnO4
O C OH
CH3 C CH3 CH3
（HNO3稀 ） KMnO4 不反应
——CF3稳定的侧链
45
CH3
KMnO4/H or K2Cr2O7 H
COOH
CH(CH3)2
COOH
CH3
KMnO4/H or K2Cr2O7 H
COOH
C(CH3)3
C(CH3)3
46
b、烷基苯---α-H的氯化反应 ——自由基取代反应
16单环芳烃的性质
课程名称
有机化学
课 型
讲授
审批签字
课 次
16
主要教学内容（任务与案例）
1、单环芳烃的物理性质
2、单环芳烃的化学性质
授课时数
2
授课时间
授课班级
化工1201、1202
分析1201
教材对应范围
章
节
页次
四
三、四
47-51
教学目标
知识点：熟悉单环芳烃的化学反应及应用。
技能目标：.掌握单环芳烃的鉴别方法。
价值观：以假说的方法研究苯的结构，并从中了解研究事物所应遵循的科学方法。
2.侧链氧化
烷基苯比苯易被氧化，这是因为烷基苯侧链受苯环的影响，其α—氢原子活泼，容易被氧化，而且不论侧链长短，最后产物一般都是苯甲酸。
练习
选择题
（1）下列反应中属于取代反应的是（ ）
A．苯与浓硫酸共热至 B．乙烯通入溴水中
C．苯与氢气在催化剂作用下反应制得环己烷 D．苯与液溴混合后撒入铁粉
（2）下列说法中正确的是（ ）
2、加成反应：
由于苯的特殊稳定性，苯及其同系物与烯烃或炔烃相比，不易进行加成反应，必须在催化剂、高温、高压或光的作用下才能进行，生成脂环烃或其衍生物。
例如：
3、氧化反应
苯环氧化
常见氧化剂如高锰酸钾、重铬酸钾、硫酸、稀硝酸等都不能使苯环氧化。但是在工业上在特殊的氧化剂五氧化二钒及高温的条件下，能使苯环氧化，破裂生成顺丁烯二甲酸酐。
教学重点
（突破方法） 与
教学难点
（处理方法）
（重点）——单环芳烃的化学反应
（难点）——单环芳烃的化学反应和鉴别方法
教具
拟留作业
P58Biblioteka 学情分析学生明确结构决定性质，性质反映结构。
有机化学
课 型
讲授
审批签字
课 次
16
主要教学内容（任务与案例）
1、单环芳烃的物理性质
2、单环芳烃的化学性质
授课时数
2
授课时间
授课班级
化工1201、1202
分析1201
教材对应范围
章
节
页次
四
三、四
47-51
教学目标
知识点：熟悉单环芳烃的化学反应及应用。
技能目标：.掌握单环芳烃的鉴别方法。
价值观：以假说的方法研究苯的结构，并从中了解研究事物所应遵循的科学方法。
2.侧链氧化
烷基苯比苯易被氧化，这是因为烷基苯侧链受苯环的影响，其α—氢原子活泼，容易被氧化，而且不论侧链长短，最后产物一般都是苯甲酸。
练习
选择题
（1）下列反应中属于取代反应的是（ ）
A．苯与浓硫酸共热至 B．乙烯通入溴水中
C．苯与氢气在催化剂作用下反应制得环己烷 D．苯与液溴混合后撒入铁粉
（2）下列说法中正确的是（ ）
2、加成反应：
由于苯的特殊稳定性，苯及其同系物与烯烃或炔烃相比，不易进行加成反应，必须在催化剂、高温、高压或光的作用下才能进行，生成脂环烃或其衍生物。
例如：
3、氧化反应
苯环氧化
常见氧化剂如高锰酸钾、重铬酸钾、硫酸、稀硝酸等都不能使苯环氧化。但是在工业上在特殊的氧化剂五氧化二钒及高温的条件下，能使苯环氧化，破裂生成顺丁烯二甲酸酐。
教学重点
（突破方法） 与
教学难点
（处理方法）
（重点）——单环芳烃的化学反应
（难点）——单环芳烃的化学反应和鉴别方法
教具
拟留作业
P58Biblioteka 学情分析学生明确结构决定性质，性质反映结构。
单环芳烃的命名和性质
高分子材料和工程塑料
高分子材料
一些单环芳烃的衍生物，如苯乙烯和苯酚甲 醛树脂，可用于合成高分子材料，如合成橡 胶和合成纤维。
工程塑料
单环芳烃可以与其他化合物共聚，生成工程 塑料，如聚酰胺、聚酯和聚碳酸酯等，这些 塑料具有优良的机械性能、耐热性和化学稳 定性，广泛应用于汽车、电子、航空航天等 领域。
02 单环芳烃的物理性质
沸点
沸点
单环芳烃的沸点随着分子量的增加而升高。例如，苯的沸点为80.1℃，而甲苯 的沸点为110.6℃。
影响因素
沸点主要受到分子间作用力的影响，包括范德华力和氢键。
熔点
熔点
单环芳烃的熔点通常较高，因为芳香 烃分子间的范德华力较强。
影响因素
熔点还受到分子内共轭效应的影响， 共轭效应可以增强分子内的稳定性， 提高熔点。
衍生物命名法
衍生物命名法是以苯环为母体，将其 他基团作为取代基来命名。例如，甲 苯、乙苯等。
衍生物命名法能够表达出芳烃的结构 特征，但命名较为繁琐。
构造异构体的命名
对于具有相同碳架但氢原子分布不同的单环芳烃，构造异构体的命名是根据碳原 子的排列顺序来命名的。例如，邻、间、对二甲苯。
构造异构体的命名能够准确表达出芳烃的结构特征，但需要掌握生物，如酞菁颜料，具 有鲜艳的颜色和良好的稳定性，常用于涂 料、油墨和塑料制品的着色。
农药和医药中间体
农药
一些单环芳烃的化合物可以作为农药的合成原料，如苯酚和苯胺可以用于生产除草剂、 杀虫剂等农药。
医药中间体
单环芳烃在医药工业中常作为合成药物的中间体，用于生产抗癌药物、抗生素、镇痛药 等。
反应过程中，芳烃的π电子云会向取代基的正电部分 偏移，使碳原子带有部分正电荷，有利于亲电试剂的
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2、加成反应：
由于苯的特殊稳定性，苯及其同系物与烯烃或炔烃相比，不易进行加成反应，必须在催化剂、高温、高压或光的作用下才能进行，生成脂环烃或其衍生物。
例如：
3、氧化反应
苯环氧化
常见氧化剂如高锰酸钾、重铬酸钾、硫酸、稀硝酸等都不能使苯环氧化。但是在工业上在特殊的氧化剂五氧化二钒及高温的条件下，能使苯环氧化，破裂生成顺丁烯二甲酸酐。
二、单环芳烃的化学性质
1、取代反应
（1）卤代反应
在催化剂卤化铁或铁粉的作用下，苯与卤素反应，苯环上的氢原子被卤素原子取代，生成卤苯，同时放出卤化氢，此反应成为卤代反应，也叫卤化反应。例如：
这是工业上和实验室制备溴苯和氯苯的方法之一。
（2）硝化反应
苯与浓硝酸和浓硫酸的混合酸（也称混酸）于50—60℃反应，苯环上的氢原子被硝基(—NO2)取代，生成硝基苯，这类反应叫做硝化反应。
A．苯既能发生加成反应，又能发生取代反应
B．不饱和烃不能发生取代反应
C．加成反应常发生在不饱和碳原子上
D．乙烯加氢实际上也能看成乙烯被氧化
（3）下列物质中不能使酸性高锰酸钾溶液褪色的是（ ）
A．电石气 B．乙苯 C．氢硫酸 D．乙烷
（4）芳香烃是指（ ）
A．分子中有一个或多个苯环的化合物 B．分子组成满足通式 的化合物
C．分子中含有苯环的烃 D．苯及苯的同系物的总称
课堂小结：
教学重点
（突破方法） 与
教学难点
（处理方法）
（重点）——单环芳烃的化学反应
（难点）——单环芳烃的化学反应和鉴别方法
教具
拟留作业
P58
学情分析
学生明确结构决定性质，性质反映结构。
课后小记
教学环节
教学内容
备 注
复习
苯的组成和结构
新课
一、单环芳烃的物理性质
单环芳烃一般为无色液体，具有特殊气味，易燃，燃烧时产生浓烟。其蒸气有毒，长期吸入有害身体健康。单环芳烃比水轻，不溶于水，易溶于汽油、乙醚、乙醇、四氯化碳等有机溶剂。特别易溶于二甘醇、N，N—二甲基甲酰胺等特殊溶剂。因此，常用这些溶剂来萃取芳烃。沸点随相对分子质量的增加而升高，对位异构体由于分子对称，晶格能较大，其熔点一般比邻位和间位的异构体高。
课程名称
有机化学
课 型
讲授学内容（任务与案例）
1、单环芳烃的物理性质
2、单环芳烃的化学性质
授课时数
2
授课时间
授课班级
化工1201、1202
分析1201
教材对应范围
章
节
页次
四
三、四
47-51
教学目标
知识点：熟悉单环芳烃的化学反应及应用。
技能目标：.掌握单环芳烃的鉴别方法。
价值观：以假说的方法研究苯的结构，并从中了解研究事物所应遵循的科学方法。
这是实验室和工业上制备硝基苯的方法之一。
（3）磺化反应
苯与浓硫酸或发烟硫酸作用，苯环上的氢原子被磺（酸）基（—SO3H）取代生成磺基取代的苯，此反应叫做磺化反应。例如：
（4）傅列德尔—克拉夫茨（Friedel—Crafts）反应
此反应简称傅—克反应，实际上包括烷基化反应和酰基化反应。
烷基化反应 ：
酰基化反应 ：
2.侧链氧化
烷基苯比苯易被氧化，这是因为烷基苯侧链受苯环的影响，其α—氢原子活泼，容易被氧化，而且不论侧链长短，最后产物一般都是苯甲酸。
练习
选择题
（1）下列反应中属于取代反应的是（ ）
A．苯与浓硫酸共热至 B．乙烯通入溴水中
C．苯与氢气在催化剂作用下反应制得环己烷 D．苯与液溴混合后撒入铁粉
（2）下列说法中正确的是（ ）
由于苯的特殊稳定性，苯及其同系物与烯烃或炔烃相比，不易进行加成反应，必须在催化剂、高温、高压或光的作用下才能进行，生成脂环烃或其衍生物。
例如：
3、氧化反应
苯环氧化
常见氧化剂如高锰酸钾、重铬酸钾、硫酸、稀硝酸等都不能使苯环氧化。但是在工业上在特殊的氧化剂五氧化二钒及高温的条件下，能使苯环氧化，破裂生成顺丁烯二甲酸酐。
二、单环芳烃的化学性质
1、取代反应
（1）卤代反应
在催化剂卤化铁或铁粉的作用下，苯与卤素反应，苯环上的氢原子被卤素原子取代，生成卤苯，同时放出卤化氢，此反应成为卤代反应，也叫卤化反应。例如：
这是工业上和实验室制备溴苯和氯苯的方法之一。
（2）硝化反应
苯与浓硝酸和浓硫酸的混合酸（也称混酸）于50—60℃反应，苯环上的氢原子被硝基(—NO2)取代，生成硝基苯，这类反应叫做硝化反应。
A．苯既能发生加成反应，又能发生取代反应
B．不饱和烃不能发生取代反应
C．加成反应常发生在不饱和碳原子上
D．乙烯加氢实际上也能看成乙烯被氧化
（3）下列物质中不能使酸性高锰酸钾溶液褪色的是（ ）
A．电石气 B．乙苯 C．氢硫酸 D．乙烷
（4）芳香烃是指（ ）
A．分子中有一个或多个苯环的化合物 B．分子组成满足通式 的化合物
C．分子中含有苯环的烃 D．苯及苯的同系物的总称
课堂小结：
教学重点
（突破方法） 与
教学难点
（处理方法）
（重点）——单环芳烃的化学反应
（难点）——单环芳烃的化学反应和鉴别方法
教具
拟留作业
P58
学情分析
学生明确结构决定性质，性质反映结构。
课后小记
教学环节
教学内容
备 注
复习
苯的组成和结构
新课
一、单环芳烃的物理性质
单环芳烃一般为无色液体，具有特殊气味，易燃，燃烧时产生浓烟。其蒸气有毒，长期吸入有害身体健康。单环芳烃比水轻，不溶于水，易溶于汽油、乙醚、乙醇、四氯化碳等有机溶剂。特别易溶于二甘醇、N，N—二甲基甲酰胺等特殊溶剂。因此，常用这些溶剂来萃取芳烃。沸点随相对分子质量的增加而升高，对位异构体由于分子对称，晶格能较大，其熔点一般比邻位和间位的异构体高。
课程名称
有机化学
课 型
讲授学内容（任务与案例）
1、单环芳烃的物理性质
2、单环芳烃的化学性质
授课时数
2
授课时间
授课班级
化工1201、1202
分析1201
教材对应范围
章
节
页次
四
三、四
47-51
教学目标
知识点：熟悉单环芳烃的化学反应及应用。
技能目标：.掌握单环芳烃的鉴别方法。
价值观：以假说的方法研究苯的结构，并从中了解研究事物所应遵循的科学方法。
这是实验室和工业上制备硝基苯的方法之一。
（3）磺化反应
苯与浓硫酸或发烟硫酸作用，苯环上的氢原子被磺（酸）基（—SO3H）取代生成磺基取代的苯，此反应叫做磺化反应。例如：
（4）傅列德尔—克拉夫茨（Friedel—Crafts）反应
此反应简称傅—克反应，实际上包括烷基化反应和酰基化反应。
烷基化反应 ：
酰基化反应 ：
2.侧链氧化
烷基苯比苯易被氧化，这是因为烷基苯侧链受苯环的影响，其α—氢原子活泼，容易被氧化，而且不论侧链长短，最后产物一般都是苯甲酸。
练习
选择题
（1）下列反应中属于取代反应的是（ ）
A．苯与浓硫酸共热至 B．乙烯通入溴水中
C．苯与氢气在催化剂作用下反应制得环己烷 D．苯与液溴混合后撒入铁粉
（2）下列说法中正确的是（ ）