第二节 芳香烃 学案 11

第二节芳香烃
一：苯的结构与化学性质
1、物理性质：苯是一种无色、有特殊气味的液体，密度比水小，不溶于水。

2、结构特点：
现代科学对苯分子结构的研究：
①苯分子为平面正六边形结构，分子中的6个碳原子构成正六边形，键角为120°，分子中的6个碳原子和6个氢原子都在同一平面内。

（碳原子的杂化方式为杂化）
苯分子中碳碳键键长为40×10-10m，介于单键和双键之间。

(独特的结构决定其具有独特的性质)
③结构简式：或均可
3、化学性质：（组成上高度不饱和，结构比较稳定）
从苯的分子组成上看，具有很高的不饱和度，其性质应该同乙烯、乙炔相似，但实际上苯（选填“能”“不能”）与溴的四氯化碳溶液、高锰酸钾酸性溶液反应，苯在化学性质上与烯烃和炔烃明显不同。

①苯的稳定性(与烷烃相似)
②苯在空气中燃烧：方程式
燃烧现象：；
③苯的取代反应（与烷烃相似）——卤代、硝化、磺化
Ⅰ．苯与液溴在铁粉催化下发生取代反应：
方程式：
条件：
Ⅱ．苯与浓硝酸发生取代反应：（硝化反应）
方程式：
条件：
④苯的加成反应（与H
2、Cl
2
) ：
苯在特殊条件下可与H
2
发生加成反应：
方程式：
条件：
二、苯的同系物：
（由于苯基和烷基的相互影响，使其性质发生了一定的变化——更活泼）
1、基本概念：
①芳香族化合物：分子中含有苯环的有机化合物，如硝基苯、溴苯、苯乙烯等。

②芳香烃：含有苯环的烃类，如甲苯、苯乙烯等。

③苯的同系物：苯环上的H原子被烷基取代的产物，如甲苯、二甲苯等。

通式：CnH
2n-6
(n≥6)
结构特点：只含有一个苯环，苯环上连结烷基，从分子组成上看远未饱和。

2、苯的同系物的化学性质：
苯的同系物的性质与苯相似，能发生取代反应、加成反应。

但由于烷基与苯环的相互影响，使苯环上的氢原子更活泼，而烷基则易被氧化。

侧链对苯环的影响，使得苯环上的氢原子活泼而容易发生取代反应；而苯环对侧链的影响使得侧链易被氧化，所以，苯的同系物一般能使酸性KMnO4溶液褪色。

①苯的同系物的苯环易发生取代反应：(比苯更容易)
a、甲苯与氯气反应：
化学方程式为：
说明：产物以邻对位取代为主
b、甲苯跟硝酸、硫酸的混合酸发生硝化反应，可制得三硝基甲苯。

化学方程式为：
有机产物的名称是，简称，又叫，是一
种晶体，不溶于水。

它是一种烈性炸药，广泛用于国防、开矿、筑路、兴修水利等。

说明：
a、由此证明苯的同系物的侧链对苯环有很大的影响，
b、苯进行取代反应时，环上六个氢被取代的机会是均等的。

如果苯环上已有一个取代基，则第
二个取代基的导入，生成主要产物或者是邻对位，或者是间位。

c、苯的同系物的取代反应的规律一般是：在有催化剂存在的条件下，取代反应发生在苯环上；
没有催化剂（光照等）的条件下，取代反应发生在上。

②苯的同系物的加成反应：
苯及其同系物的加成反应比烯烃、炔烃要难些。

如甲苯在一定条件下和氢气发生加成反应：
③氧化反应——燃烧：
④氧化反应——使酸性高锰酸钾溶液褪色：（区别苯和苯的同系物）
说明：
a、苯的结构稳定，一般不易被氧化剂如KMnO
4溶液、稀HNO
3
等氧化，但苯的同系物却大都能被
常用氧化剂所氧化，如甲苯、二甲苯等都能使酸性KMnO
4
溶液褪色。

实际上苯的同系物发生氧化时，被氧化的不是苯环，而是苯环上的侧链——甲基被氧化成羧基(—COOH)；
b、苯的同系物被酸性高锰酸钾溶液氧化时，不论它的侧链长短如何，氧化都发生在跟苯环直接相连的C原子上。

如果与苯环直接相连的碳原子上没有氢时，则很难被氧化；
c、可用酸性高锰酸钾溶液区分苯和苯的同系物。

分别取少量待测物后，再加少量的酸性高锰酸
钾溶液，振荡后观察现象，能褪色的为苯的同系物，不能褪色的是苯。

总结：苯的同系物能被酸性高锰酸钾溶液氧化，而苯不能；苯的同系物的硝化反应条件与苯的硝化反应的条件也不一样。

这是由于苯环上的氢原子被烷基取代，在苯的同系物分子中存在烷基与苯环之间的相互作用，从而导致苯与甲苯在性质上存在差异。

三：芳香烃的来源及其应用
1、来源：
①煤的干馏：自从1845年人们从煤焦油内发现苯及其他芳香烃后，很长时间里煤是一切芳香烃的主要来源——产量低，不能满足需求。

②石油的催化重整：自20世纪40年代以来，随着石油化学工业的发展，通过石油化学工业中的催化重整等工艺可以获得芳香烃。

2、应用：
一些简单的芳香烃，如苯、甲苯、二甲苯、乙苯等是基本的有机原料，可用于合成炸药、染料、药品、农药、合成材料等。

3、稠环芳香烃：有些稠环芳香烃有致癌作用，又称致癌芳香烃。

①萘C10H81、4、5、8为α位，2、3、6、7为β位
②蒽C10H141、4、5、8为α位，2、3、6、7为β位，9、10为γ位
③菲C14H10
四、阅读资料P37［思考与交流］中第3问
1、实验步骤：
把苯和少量液态溴放在烧瓶里，同时加入少量铁屑作催化剂。

用带导管的瓶塞塞紧瓶口（如图1），跟瓶口垂直的一段导管可以兼起冷凝器的作用。

在常温时，很快就会看到，在导管口附近出现白雾（由溴化氢遇水蒸气所形成）。

反应完毕后，向锥形瓶内的液体里滴入AgNO3溶液，有浅黄色溴化银沉淀生成。

把烧瓶里的液体倒在盛有冷水的烧杯里，烧杯底部有褐色不溶于水的液体。

不溶于水的液体是溴苯，它是密度比水大的无色液体，由于溶解了溴而显褐色。

注意事项：
(1)装置特点:长导管;长管管口接近水面,但不接触(2)长导管的作用:导气;冷凝[冷苯与溴]
(3)苯,溴,铁顺序加药品(强调:是液溴,不是溴水,苯与溴水只萃取,不反应)
(4)铁粉的作用:催化剂(真正的催化剂是FeBr3)
(5)提示观察三个现象:导管口的白雾;烧瓶中的现象;滴入硝酸银后水中生成的沉淀
(6)将反应的混合物倒入水中的现象是什么?[有红褐色的油状液体沉于水底]
(7)溴苯的物理性质如何?[比水重,不溶于水,油状]
(8)如何除去溴苯中的溴?[水洗,再用10%烧碱溶液洗,再干燥,蒸馏]
(9)反应方程式+Br2→
图1溴苯的制取图2硝基苯的制取
2、制取硝基苯的实验方案与实验步骤：
①配制混和酸：先将1.5 mL浓硝酸注入大试管中，再慢慢注入2 mL浓硫酸，并及时摇匀和冷却。

②向冷却后的混酸中逐滴加入1 mL苯，充分振荡，混和均匀。

③将大试管放在50~60 ℃的水浴中加热约10 min，实验装置如图2所示。

④将反应后的液体倒入一个盛有冷水的烧杯中，可以观察到烧杯底部有黄色油状物生成，用分液漏
斗分离出粗硝基苯。

⑤粗产品依次用蒸馏水和5%NaOH溶液洗涤，最后再用蒸馏水洗涤。

若将用无水CaCl2干燥后的粗硝基苯进行蒸馏，可得纯硝基苯。

蒸馏应在通风柜或通风良好处进行。

纯硝基苯为无色、具有苦杏仁气味的油状液体，其密度大于水。

注意事项：
(1)装置特点:水浴;温度计位置;水浴的水面高度（反应装置中的温度计，应插入水浴液面以下，以测量水浴温度。

）
(2)药品加入的顺序:先浓硝酸再浓硫酸→冷却到50-60℃再加入苯
(3)水浴温度:50-60℃(温度高苯挥发,硝酸分解,温度低),水浴加热
(4)HNO3→HO-NO2去HO-后,生成-NO2称为硝基
(5)浓硫酸的作用:催化剂,吸水剂。