芳香族化合物

芳香族化合物
1.芳香族化合物：分子中含有苯环的有机化合物叫做芳香族化合物。

历史上曾将一类从植物胶中取得的具有芳香气味的物质称为芳香族化合物。

但根据气味分类并不科学，现在是指分子中至少含有一个苯环，具有与开链化合物或脂环烃不同的独特性质的一类化合物。

如苯、萘、蒽及其衍生物。

它包括芳香烃及其衍生物，如卤代芳香烃、芳香族硝基化合物、芳香醇、芳香酸等。

最初是指分子中含有苯环的化合物。

19世纪中叶，化学工作者发现有相当多的有机化合物具有一些特别的性质，它们的分子式中氢原子与碳原子之比往往小于1，但是它们的化学性质却不像一般的不饱和化合物。

例如它们不容易起加成反应而容易起取代反应，这些化合物中许多有芳香气味，有些是从香料中提取出来的，因此当时称它们为芳香族化合物。

后来发现芳香族化合物是苯分子中一个或多个氢原子被其他原子或原子团取代而生成的衍生物。

有些化合物可以看作是由苯通过两个或两个以上的碳原子并连起来的多环体系，它们也属于芳香族化合物，如萘和蒽等。

20世纪30年代以后，芳香族化合物的含义又有了进一步的发展。

有些化合物不含苯环，但具有芳香族化合物的某些性质，例如：酚酮、二茂铁等都能发生取代反应，这些化合物是非苯芳香族化合物。

2.芳香烃：简称“芳烃”，通常指分子中含有苯环结构的碳氢化合物。

是闭链类的一种。

具有苯环基本结构，历史上早期发现的这类化合物多有芳香味道,所以称这些烃类物质为芳香烃,后来发现的不具有芳香味道的烃类也都统一沿用这种叫法。

例如苯、萘等。

芳香烃根据结构的不同可分为三类：①单环芳香烃即苯的同系物；②稠环芳香烃，如萘、蒽、菲等；
③多环芳香烃，如联苯、三苯甲烷。

主要来源于石油和煤焦油。

芳香烃在有机化学工业里是最基本的原料。

现代用的药物、炸药、染料，绝大多数是由芳香烃合成的。

燃料、塑料、橡胶及糖精也用芳香烃为原料。

3.苯（C6H6）在常温下为一种无色、有甜味的透明液体，并具有强烈的芳香气味。

苯可燃，有毒，也是一种致癌物质。

苯是一种碳氢化合物也是最简单的芳烃。

它难溶于水，易溶于有机溶剂，本身也可作为有机溶剂。

苯是一种石油化工基本原料。

苯的产量和生产的技术水平是一个国家石油化工发展水平的标志之一。

结构式：
结构：平面六边形，平面型非极性分子。

4.苯的物理性质
苯的沸点为80.1℃，熔点为5.5℃，在常温下是一种无色、味甜、有芳香气味的透明液体，易挥发。

苯比水密度低，密度为0.88g/ml，但其分子质量比水轻。

苯难溶于水；但苯是一种良好的有机溶剂，溶解有机分子和一些非极性的无机分子的能力很强,除甘油,乙二醇等多元醇外能与大多数有机溶剂混溶，除碘和硫稍溶解外,无机物在苯中不溶解.苯对金属无腐蚀性。

5.苯的化学性质
苯参加的化学反应大致有3种：一种是其他基团和苯环上的氢原子之间发生的取代反应；一种是发生在苯环上的加成反应（注：苯环无碳碳双键，而是一种介于单键与双键的独特的键）；一种是普遍的燃烧（氧化反应）（不能使酸性高锰酸钾褪色）。

(1)取代反应：苯环上的氢原子在一定条件下可以被卤素、硝基、磺酸基、烃基等取代，生成相应的衍生物。

由于取代基的不同以及氢原子位置的不同、数量不同，可以生成不同数量和结构的同分异构体。

(会产生邻、间、对三种类型的同分异构体)
(2)卤代反应：苯环上发生的卤代反应大多以Fe（或Fe3+）作为催化剂。

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2-4），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：
图2-4溴苯的制取
(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(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
白雾是如何形成的?(长管口与水面位置关系为什么是这样)
(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－Br＋HBr
(3)硝化反应：苯和硝酸在浓硫酸作催化剂的条件下可生成硝基苯
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2-5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(讲清为什么)
(3)水浴温度:50-60C(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
(6)硝基苯的物质性质如何?有杂质与纯净时的颜色有什么不同?要想得到纯净的硝基苯,如何除去其中的杂质?
硝基苯的毒性如何?
火焰明亮并有浓黑烟。

这是由于苯中碳的质量分数较大。

2C6H6+15O212CO2+6H2O
2)苯本身不能和酸性KMnO4溶液反应，不会与高锰酸钾反应褪色，与溴水混合只会发生萃取，而苯
钾褪色（本质是氧化反应），这一条同样适用于芳香烃（取代基上如果有不饱和键则一定可以与高锰酸钾反应使之褪色）。

注意：①是仅当取代基上与苯环相连的碳原子；
②这个碳原子要与氢原子相连（成键）。

至于溴水，苯及苯的衍生物以及饱和芳香烃只能发生萃取（条件是取代基上没有不饱和键，不然依然会发生加成反应）。

1、能证明苯分子中不存在单双键交替的理由是（）
A 苯的邻位二元取代物只有一种
B 苯的间位二元取代物只有一种
C 苯的对位二元取代物只有一种
D 苯的邻位二元取代物有二种
2、苯环结构中不存在C-C单键与C=C双键的交替结构，可以作为证据的是（）
①苯不能使溴水褪色
②苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色
③苯在一定条件下既能发生取代反应，又能发生加成反应
④经测定，邻二甲苯只有一种结构
⑤经测定，苯环上碳碳键的键长相等，都是1.40×10-10m
A．①②④⑤B．①②③⑤C．①②③D．①②
3、下列物质中所有原子都有可能在同一平面上的是（）
4、下列关于苯的性质的叙述中，不正确的是
A、苯是无色带有特殊气味的液体
B、常温下苯是一种不溶于水且密度小于水的液体
C、苯在一定条件下能与溴发生取代反应
D、苯不具有典型的双键所应具有的加成反应，故不可能发生加成反应
6.苯的同系物：是指分子里含有一个苯环，组成符合CnH2n-6（n>6）的环烃。

分子里含有一个苯环说明是苯上的氢被烃基取代的产物，组成符合CnH2n-6是说明组成要相差一个或若干个CH2原子团，只有满足这两点的一系列烃，才是苯的同系物。

(苯的同系物不包括苯）
(1)侧链与苯环化学性质的相互影响
1）侧链影响苯环。

使得苯环邻位和对位上的氢原子活泼，易被其它的原子或原子团取代。

2）苯环影响侧链。

使得侧链跟苯环直接相连的碳原子上的氢原子活泼，易被氧化，且无论侧链长短，其氧化产物都为苯甲酸。

如甲苯、乙苯均能使酸性高锰酸钾溶液褪色。

(2)甲苯和溴能发生取代反应，但条件不同，取代位置不同。

1）发生在苯环上，即侧链对苯环的影响(Fe催化）。

2）发生在侧链上，即类似烷烃的取代反应，还能继续进行。

其条件同烷烃取代反应（光照）。

(3)苯的同系物的褪色反应
1）苯的同系物不能使溴褪色（不发生反应），但能萃取溴水中的溴使溴水层褪色（物理性质）。

2）苯的同系物能使酸性高锰酸钾溶液褪色。

而苯不可以使高锰酸钾溶液褪色，是由于苯环对甲基的影响。

注：若与苯直接相连的碳上无氢原子，则该同系物不可以使高锰酸钾溶液褪色
7.甲苯：无色澄清液体。

有苯样气味。

能与乙醇、乙醚、丙酮、氯仿、二硫化碳和冰乙酸混溶，极微溶于水。

相对密度0.866。

凝固点-95℃。

沸点110.6℃。

易燃。

蒸气能与空气形成爆炸性混合物。

低毒。

高浓度气体
有麻醉性。

有刺激性。

结构简式。

8.甲苯的化学性质：化学性质活泼，与苯相像。

可进行氧化、磺化、硝化和歧化反应，以及侧链氯化反应。

甲苯能被氧化成苯甲酸。

(1)硝化反应：
3
+3HO-NO2 O2-NO2+3H2O
2
甲苯与浓硝酸在浓硫酸的催化（100摄氏度）下可发生反应，生成三硝基甲苯。

又名TNT，是一种黄色针状晶体。

不溶于水。

它是一种烈性炸药。

用于国防、开矿、筑路等。

(2)取代反应：
(3)加成反应：
课外小阅读（一）：苯的历程
苯最早是在19世纪初研究将煤气作为照明用气时合成出来的。

1803年-1819年G.T.Accum采用同样方法制出了许多产品，其中一些样品用现代的分析方法检测出有少量的苯。

然而，一般认为苯是在1825年由麦可·法拉第发现的。

他从鱼油等类似物质的热裂解产品中分离出了较高纯度的苯，称之为“氢的重碳化物”（Bicarburetofhydrogen）。

并且测定了苯的一些物理性质和它的化学组成，阐述了苯分子的碳氢比。

1833年，Milscherlich确定了苯分子中6个碳和6个氢原子的经验式（C6H6）。

弗里德里希·凯库勒于1865年提出了苯环单、双键交替排列、无限共轭的结构，即现在所谓“凯库勒式”。

据称他是因为梦到一条蛇咬住了自己的尾巴才受到启发想出“凯库勒式”的。

他又对这一结构作出解释说环中双键位置不是固定的，可以迅速移动，所以造成6个碳等价。

他通过对苯的一氯代物、二氯代物种类的研究，发现苯是环形结构，每个碳连接一个氢。

1845年德国化学家霍夫曼从煤焦油的轻馏分中发现了苯，他的学生C.Mansfield随后进行了加工提纯。

后来他又发明了结晶法精制苯。

他还进行工业应用的研究，开创了苯的加工利用途径。

1861年，化学家约翰·约瑟夫·洛斯密德（Johann Jasef Loschmidt）首次提出了苯的化学键，双键交替结构，但他的成果未受到重视。

1865年，弗里德里希·凯库勒在论文《关于芳香族化合物的研究》中，再次确认了四年前苯的结构，为此，苯的这种结构被命名为“凯库勒式”。

他对这一结构作出解释说环中双键位置不是固定的，可以迅速移动，所以造成6个碳等价。

他通过对苯的一氯代物、二氯代物种类的研究，发现苯是环形结构，每个碳连接一个氢。

此外，詹姆斯·杜瓦发现了一种苯的类似物；命名为“杜瓦苯”，现已被证实，可由苯经光照得到。

大约从1865年起开始了苯的工业生产。

最初是从煤焦油中回收。

随着它的用途的扩大，产量不断上升，到1930年已经成为世界十大吨位产品之一。

课外小阅读（二）：苯的工业制备
苯可以由含碳量高的物质不完全燃烧获得。

自然界中，火山爆发和森林火险都能生成苯。

苯也存在于香烟的烟中。

煤干馏得到的煤焦油中，主要成分为苯。

直至二战，苯还是一种钢铁工业焦化过程中的副产物。

这种方法只能从1吨煤中提取出1千克苯。

1950年代后，随着工业上，尤其是日益发展的塑料工业对苯的需求增多，由石油生产苯的过程应运而生。

现在全球大部分的苯来源于石油化工。

工业上生产苯最重要的三种过程是催化重整、甲苯加氢脱烷基化和蒸汽裂化。

从煤焦油中提取：在煤炼焦过程中生成的轻焦油含有大量的苯。

这是最初生产苯的方法。

将生成的煤焦油和煤气一起通过洗涤和吸收设备，用高沸点的煤焦油作为洗涤和吸收剂回收煤气中的煤焦油，蒸馏后得到粗苯和其他高沸点馏分。

粗苯经过精制可得到工业级苯。

这种方法得到的苯纯度比较低，而且环境污染严重，工艺比较落后。

从石油中提取：在原油中含有少量的苯，从石油产品中提取苯是最广泛使用的制备方法。

蒸汽裂解：蒸汽裂解是由乙烷、丙烷或丁烷等低分子烷烃以及石脑油、重柴油等石油组份生产烯烃的一种过程。

其副产物之一裂解汽油富含苯，可以分馏出苯及其他各种成分。

裂解汽油也可以与其他烃类混合作为汽油的添加剂。

裂解汽油中苯大约有40-60%，同时还含有二烯烃以及苯乙烯等其他不饱和组份，这些杂质在贮存过程中易进一步反应生成高分子胶质。

所以要先经过加氢处理过程来除去裂解汽油中的这些杂质和硫化物，然后再进行适当的分离得到苯产品。

课外小阅读（三）：甲苯的作用与用途
甲苯大量用作溶剂和高辛烷值汽油添加剂，也是有机化工的重要原料，但与同时从煤和石油得到的苯和二甲苯相比，目前的产量相对过剩，因此相当数量的甲苯用于脱烷基制苯或岐化制二甲苯。

甲苯衍生的一系列中间体，广泛用于染料；医药；农药；火炸药；助剂；香料等精细化学品的生产，也用于合成材料工业。

甲苯进行侧链氯化得到的一氯苄；二氯苄和三氯苄，包括它们的衍生物苯甲醇；苯甲醛和苯甲酰氯（一般也从苯甲酸光气化得到），在医药；农药；染料，特别是香料合成中应用广泛。

甲苯的环氯化产物是农药；医药；染料的中间体。

甲苯氧化得到苯甲酸，是重要的食品防腐剂（主要使用其钠盐），也用作有机合成的中间体。

甲苯及苯衍生物经磺化制得的中间体，包括对甲苯磺酸及其钠盐；CLT酸；甲苯-2,4-二磺酸；苯甲醛-2,4-二磺酸；甲苯磺酰氯等，用于洗涤剂添加剂，化肥防结块添加剂；有机颜料；医药；染料的生产。

甲苯硝化制得大量的中间体。

可衍生得到很多最终产品，其中在聚氨酯制品；染料和有机颜料；橡胶助剂；医药；炸药等方面最为重要。