第七章 多环芳烃_PPT幻灯片
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芳香性：易取代、难加成、难氧化
凡符合休克尔规则，具有芳香性，但又不含苯环 的烃类化合物就叫做非苯芳烃。
2、非苯芳烃
1）环多烯π分子轨道能级图
例如，π电子数为6时，正六边形的三个顶角在 中心水平线以下，这相当于三个成键轨道；另外三个 顶角则在中心水平线以上，这相当于三个反键轨道。
2）芳香离子 a. 环丙烯正离子（有芳香性）
1， 2-二 氢 化 萘
H2, Ni/Pd-C T. P.
C、氧化
H2, Rh-C/Pt-C T. P.
CrO3, CH3COOH
10~15℃
V2O5
400~500℃
四氢化萘
十氢化萘 O
1，4-萘醌 O O
O 邻苯二甲酸酐 O
有取代基时：
NH 2
[O]
COOH COOH
活化基团——同环氧化
NO2
1984年， Kroto经 Curl介绍认识了 Smalley，参观 了用于研究半导体和金属原子簇的激光超声团簇发生 器，观看了在He气氛中激光蒸发SiC2的实验。
1985年9月，Kroto利用该仪器与Smalley的两位研 究生合作，用石墨代替SiC2进行激光蒸发实验，他们 从质谱图中发现质荷比为720的高丰度分子离子峰（对 应C60)；Curl提议立即停止所有其它实验，集中精力研 究这一意外发现。随后他们发现 在He气流中掺如NO2、 SO2、H2、CO、O2、NH3等进行激光蒸发石墨时这种 原子簇出人意料的表现惰性。
Robert F. Curl, 1933年生于得克萨斯的Alice, 1954Rice 大学学士，1957伯克利分校博士；此后一直在Rice大 学任教并从事微波及红外光谱研究；1967年晋升教授 ；1992-1996年任系主任。
Harold W. Kroto, 1939年生于英国剑桥的Wisbech, 1964英国Sheffield大学博士；1967年后一直在Sussex 大学任教并从事微波光谱学和不稳定物质研究；1985 年晋升教授。
[10] 轮烯、[14] 轮烯虽π电子数符合Hückel规 则，但轮内H有强烈排斥作用使环不能在同一平面， 故无芳香性。见下图：
[18] 轮烯
[18]轮烯有18个π电子，符合Hückel规律，是一 个典型的芳香大环化合物。
4）富勒烯（Fullerene)
Curl、 Kroto and Smalley 1996 Nobel Prize
萘与苯一样也可发生卤代、硝化、磺化等亲电 取代反应，且α位比β位活泼
B r
+B r2
C4 Cl
回 流
混酸
NO 2
100%H2SO4 〈80℃
H SO3H 动力学产物 H S O 3 H
95%H2SO4 165℃
B、催化加氢
SOH 3
热力学产物
H
SO3H
H
Na
C 2 H 5 OH
1， 4-二 氢 化 萘 不稳定
Cl +SbCl5 Cl H2O O Cl
SbCl6O-
b. 环戊二烯负离子（芳香性）
二茂铁－夹心面包
Fe
c. 环庚三烯正离子（芳香性）
3）轮烯
通常将n≥10的具有交替单双键的单环多烯烃 (CnHn)叫做轮烯。这类化合物是否有芳香性，决定 于下列条件：
a、共平面或接近于平面； b、轮内氢原子间没有或很少有空间排斥作用； c、π电子数符合Hückel规则。
1970年日本量子化学家也曾经计算过具有 Ih对称 性的C60的笼型结构，并计算出该物质具有芳香性。
但是他们的工作没有深入进行下去，与 Nobel Prize 失之交臂！
7.4 致癌芳烃 （多存在于烧烤食物中）：
作业：3，7
3-甲基胆蒽
2、蒽和菲
1）结构 平面型分子
8 7
91
6
27
5
4
3 2
6
3
5 10 4
蒽
8
1
9 10
菲
1,4,5,8称为位 2,3,6,7称为位 9,10位称为γ位
2）性质（自学）
8.3 非苯芳烃
1. 休克尔(E.Hückel)规则（4n+2规则）
2. 定义：对于平面封闭的环状共轭体系，若其π电子数 为4n+2（n = 0，1，2，…）个，则此体系具有芳香 性。也称为4n+2规则。
Richard E. Smalley, 1943年生于Ohio的Akron, 1965年 密执安大学学士，1973普林斯顿大学博士；1976年后 一直在Rice大学任教并从事团簇化学研究和超声速流 激光光谱研究；1981年晋升该校化学教授；1990成为 该校物理学教授；1986-1996年任该校量子研究所主任 ；后任该校纳米科学技术中心主任。
按照苯环相互连接的方式，多环芳烃可分为如下 三类： （1）联苯和联多苯类：
（2）多苯代脂肪烃
（3）稠环芳烃
8.1 联苯及其衍生物
1、编号及命名
3 2 2 ' 3 '
3 2 2 ' 3 ' 2 "3 "
4 11 '
பைடு நூலகம்
4 ' 4 11 ' 4 '1 " 4 "
5 6 6 ' 5 ' 5 6 6 ' 5 ' 6 "5 "
NO 2
[O]
COOH
钝化基团——异环氧化
COOH
4）萘环的亲电取代定位规律 A、邻、对位定位基发生同环取代 a、在α-位时，进入同环的另一个α-位
OH 混酸
OH +
OH NO 2
NO 2 主产物
b、在β位时，进入与其相邻的α位
OH混 酸
N2 O OH
B、间位定位基发生异环取代，取代基一般进入另一 个环的α-位
Kroto由美国著名拱形建筑专家Richard B. Fuller 为美国万国博览会会设计的展览馆的由五边形和六边 形拱形屋顶受到启发，提出了C60的足球分子模型。
C60具有芳香性； C60 F60 是一种超级润滑剂，在 空腔中填入一个金属原子而形成超原子分子。
早在1969年David Jones在New Scientist上发表论 文指出在石墨生产高温过程中有可能形成石墨空心球；
（二）联苯
2、结构
三联苯
3、制备（自学）
4、性质（自学） 如：联苯的硝化反应:
HNO3
H2SO4
O2N
O2N
钝化基团、 异环取代
NO2
HNO3 H2SO4
4,4’-二硝基联苯（主要产物）
O2N
O2N
2,4’-二硝基联苯
2）命名
α-位
β-位
Br O 2N
1-溴 -7-硝 基 萘
3）化学性质
A、亲电取代
凡符合休克尔规则，具有芳香性，但又不含苯环 的烃类化合物就叫做非苯芳烃。
2、非苯芳烃
1）环多烯π分子轨道能级图
例如，π电子数为6时，正六边形的三个顶角在 中心水平线以下，这相当于三个成键轨道；另外三个 顶角则在中心水平线以上，这相当于三个反键轨道。
2）芳香离子 a. 环丙烯正离子（有芳香性）
1， 2-二 氢 化 萘
H2, Ni/Pd-C T. P.
C、氧化
H2, Rh-C/Pt-C T. P.
CrO3, CH3COOH
10~15℃
V2O5
400~500℃
四氢化萘
十氢化萘 O
1，4-萘醌 O O
O 邻苯二甲酸酐 O
有取代基时：
NH 2
[O]
COOH COOH
活化基团——同环氧化
NO2
1984年， Kroto经 Curl介绍认识了 Smalley，参观 了用于研究半导体和金属原子簇的激光超声团簇发生 器，观看了在He气氛中激光蒸发SiC2的实验。
1985年9月，Kroto利用该仪器与Smalley的两位研 究生合作，用石墨代替SiC2进行激光蒸发实验，他们 从质谱图中发现质荷比为720的高丰度分子离子峰（对 应C60)；Curl提议立即停止所有其它实验，集中精力研 究这一意外发现。随后他们发现 在He气流中掺如NO2、 SO2、H2、CO、O2、NH3等进行激光蒸发石墨时这种 原子簇出人意料的表现惰性。
Robert F. Curl, 1933年生于得克萨斯的Alice, 1954Rice 大学学士，1957伯克利分校博士；此后一直在Rice大 学任教并从事微波及红外光谱研究；1967年晋升教授 ；1992-1996年任系主任。
Harold W. Kroto, 1939年生于英国剑桥的Wisbech, 1964英国Sheffield大学博士；1967年后一直在Sussex 大学任教并从事微波光谱学和不稳定物质研究；1985 年晋升教授。
[10] 轮烯、[14] 轮烯虽π电子数符合Hückel规 则，但轮内H有强烈排斥作用使环不能在同一平面， 故无芳香性。见下图：
[18] 轮烯
[18]轮烯有18个π电子，符合Hückel规律，是一 个典型的芳香大环化合物。
4）富勒烯（Fullerene)
Curl、 Kroto and Smalley 1996 Nobel Prize
萘与苯一样也可发生卤代、硝化、磺化等亲电 取代反应，且α位比β位活泼
B r
+B r2
C4 Cl
回 流
混酸
NO 2
100%H2SO4 〈80℃
H SO3H 动力学产物 H S O 3 H
95%H2SO4 165℃
B、催化加氢
SOH 3
热力学产物
H
SO3H
H
Na
C 2 H 5 OH
1， 4-二 氢 化 萘 不稳定
Cl +SbCl5 Cl H2O O Cl
SbCl6O-
b. 环戊二烯负离子（芳香性）
二茂铁－夹心面包
Fe
c. 环庚三烯正离子（芳香性）
3）轮烯
通常将n≥10的具有交替单双键的单环多烯烃 (CnHn)叫做轮烯。这类化合物是否有芳香性，决定 于下列条件：
a、共平面或接近于平面； b、轮内氢原子间没有或很少有空间排斥作用； c、π电子数符合Hückel规则。
1970年日本量子化学家也曾经计算过具有 Ih对称 性的C60的笼型结构，并计算出该物质具有芳香性。
但是他们的工作没有深入进行下去，与 Nobel Prize 失之交臂！
7.4 致癌芳烃 （多存在于烧烤食物中）：
作业：3，7
3-甲基胆蒽
2、蒽和菲
1）结构 平面型分子
8 7
91
6
27
5
4
3 2
6
3
5 10 4
蒽
8
1
9 10
菲
1,4,5,8称为位 2,3,6,7称为位 9,10位称为γ位
2）性质（自学）
8.3 非苯芳烃
1. 休克尔(E.Hückel)规则（4n+2规则）
2. 定义：对于平面封闭的环状共轭体系，若其π电子数 为4n+2（n = 0，1，2，…）个，则此体系具有芳香 性。也称为4n+2规则。
Richard E. Smalley, 1943年生于Ohio的Akron, 1965年 密执安大学学士，1973普林斯顿大学博士；1976年后 一直在Rice大学任教并从事团簇化学研究和超声速流 激光光谱研究；1981年晋升该校化学教授；1990成为 该校物理学教授；1986-1996年任该校量子研究所主任 ；后任该校纳米科学技术中心主任。
按照苯环相互连接的方式，多环芳烃可分为如下 三类： （1）联苯和联多苯类：
（2）多苯代脂肪烃
（3）稠环芳烃
8.1 联苯及其衍生物
1、编号及命名
3 2 2 ' 3 '
3 2 2 ' 3 ' 2 "3 "
4 11 '
பைடு நூலகம்
4 ' 4 11 ' 4 '1 " 4 "
5 6 6 ' 5 ' 5 6 6 ' 5 ' 6 "5 "
NO 2
[O]
COOH
钝化基团——异环氧化
COOH
4）萘环的亲电取代定位规律 A、邻、对位定位基发生同环取代 a、在α-位时，进入同环的另一个α-位
OH 混酸
OH +
OH NO 2
NO 2 主产物
b、在β位时，进入与其相邻的α位
OH混 酸
N2 O OH
B、间位定位基发生异环取代，取代基一般进入另一 个环的α-位
Kroto由美国著名拱形建筑专家Richard B. Fuller 为美国万国博览会会设计的展览馆的由五边形和六边 形拱形屋顶受到启发，提出了C60的足球分子模型。
C60具有芳香性； C60 F60 是一种超级润滑剂，在 空腔中填入一个金属原子而形成超原子分子。
早在1969年David Jones在New Scientist上发表论 文指出在石墨生产高温过程中有可能形成石墨空心球；
（二）联苯
2、结构
三联苯
3、制备（自学）
4、性质（自学） 如：联苯的硝化反应:
HNO3
H2SO4
O2N
O2N
钝化基团、 异环取代
NO2
HNO3 H2SO4
4,4’-二硝基联苯（主要产物）
O2N
O2N
2,4’-二硝基联苯
2）命名
α-位
β-位
Br O 2N
1-溴 -7-硝 基 萘
3）化学性质
A、亲电取代