苯环的成键特点与立体结构

苯环的成键特点与立体结构
凡是具有一个苯环或多个苯环的化合物都是芳香族化合物。

要认识和研究芳香族化合物，就当从认识苯环的成键特点着手，进而了解其立体结构。

一、苯环的成键特点
1．苯环中C原子的sp2杂化情况
苯环中的任一个C原子，基态时的价层电子构型为2s22p2，杂化轨道理论认为，成键时C原子中的一个2s电子可以被激发到一个空的2p轨道上去，使基态的C原子转变为激发态的C原子（2s12p3 ）。

同时，C原子的2s轨道与各填有一个电子的两个2p轨道发生sp2杂化，形成三个能量等同的sp2杂化轨道：
`
2．苯环中C原子之间、C原子与H原子之间的成键情况
苯环上的每个C原子都以sp2杂化方式分别与2个C原子形成C—Cσ键、与1个H原子形成C—Hσ键。

由于C原子是sp2杂化，所以键角是120°，并且6个C原子和6个H 原子都在同一平面内(参见示意图1)。

另外，苯环上6个碳原子各有1个未参加杂化的2p 轨道，它们垂直于环的平面(参见示意图2)，并从侧面相互重叠而形成一个闭合的π键，并且均匀地对称分布在环平面的上方和下方。

通常把苯环的这种键型称为大π键(参见示意图3)。

二、苯环的立体结构
由于三个sp2杂化轨道都处在同一平面内，所以苯分子中的所有C原子和H原子必然都在同一平面内，每个碳碳键的键长相等，其数值介于C—C单键和C=C双键之间，键长都是0.140nm（C-H键的键长都是0.108nm），不存在单双键之分，六个C原子形成一个正六边
形，所有键角均为120o，这些都得到了现代物理方法
三、相关知识运用与拓展训练
[例1]有人提出，苯除了平面正六边形的分子结构外，还可能有两种具有三维空间的立体结
构的分子（Ⅰ）和（Ⅱ），如图所示。

请你根据现有的实验事实分析这两种结构是否合理?
若在结构（Ⅱ）分子中引入2个-X基团，可形成____种同分异构体。

[解析]
[答案]这两种结构不合理。

6种
[例2]下列有机分子中，所有的原子不可能处于同一平面的是（）
[解析]
因CH2=CH2和为平面形分子，H—C≡N为直线形分子， CH4为正四面体形分子，联
想这些已有知识可知，只有分子中所有的原子不可能处于同一平
面。

[答案]（D）。

[例3] 下列有机分子中的所有C原子不可能处于同一平面上的是（）
[解析]由苯的平面结构可知道：苯分子中的6个C原子和6个H原子处于同一平面。

故A项中的7个C原子和B项中的6个C原子均共平面。

C项中两个苯环共用2个C 原子相连而成，因此两个苯平面重合。

而D项中与相连的C原子用4条
单键连接周围的3个C原子和一个H原子，它们围成四面体，故D项中14个C 原子不可能处于同一平面上。

[答案]（D）。

[例4]已经知道C-C单键可绕轴旋转。

某烃分子结构简式为
（A）7 （B）8 （C）9 （D）10
[解析] 我们已经清楚：苯环是平面结构，其中的6个C原子和6个H原子处于
[答案]（C）。

练习巩固：
1．关于苯分子中C原子的杂化轨道方式，下列叙述正确的是（）
2．甲烷分子中的4个氢原子全部被苯基取代，可得如图所示的分子，对该分子的描述不正确的是（）
（A）分子式为C25H20 （B）所有碳原子都在同一平面上
（C）此分子为非极性分子
（D）此物质属于芳香烃，是苯的同系物
3．能说明苯分子苯环的平面正六边形结构中, 碳碳链不是单双键交替排布的事实是
（）（A）苯的一元取代物没有同分异构体（B）苯的间位二元取代物只有一种（C）苯的邻位二元取代物只有一种（D）苯的对位二元取代物只有一种
参考答案：1．B 2．B D 3．C。