第二节稠环芳烃
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稠环芳烃2.萘的性质萘是光亮的片状结构,熔点80.2℃,沸点218℃,有特殊气味,易升华,不溶于水,易溶于有机溶剂。
其化学性质与苯相似。
1)亲电取代反应:在萘环上,p电子的离域并不像苯环那样完全平均化,而是在α-碳原子上的电子云密度较高,β—碳原子上次之,中间共用的两个碳原子上更小,因此亲电取代反应一般发生在α 位。
从共振概念来看,亲电试剂E+ 进攻α 位和β 位将形成两种不同共振杂化体的中间体:进攻α 位:进攻β 位:在这两种杂化体中,虽然正电荷都分配在五个极限结构,但这些极限结构的能量是不同的。
在进攻α 位所形成的碳正离子中,前两个极限结构仍保留一个完整的苯环,能量较低,比其余三个极限结构稳定,对共振杂化体的贡献最大。
进攻β 位形成的共振杂化体中,仅仅第一个极限结构具有完整的苯环,因此进攻β 位比进攻α 位所得到的共振杂化体具有较高的能量,反应的活化能较大,反应速率较慢,所以亲电取代反应一般发生在α 位。
①卤化反应在Fe 或FeCl3存在下,将Cl2 通入萘的苯溶液中,主要得到α-氯萘:α-氯萘为无色液体,沸点259℃,可做高沸点溶剂和增塑剂。
次氯酸叔丁脂负载到SiO2上是近年开发的一种新的氯化剂,与芳烃反应条件温和,转化率高,选择性好。
例如:②硝化反应萘用混酸硝化主要生成α-硝基萘,为了控制一取代物,所用混酸的浓度比苯硝化时低。
③磺化反应萘在较低温度(60℃)磺化时,主要生成α-萘磺酸;在较高温度(165℃)磺化时,主要生成β-萘磺酸。
α-萘磺酸与硫酸共热到165℃时,也变成β-萘磺酸:只是因为磺化反应是可逆反应。
在低温下,取代反应发生在电子云密度高的α 位上,但因磺基体积较大,它与相邻的α 位上的氢原子之间距离小于它俩的范德华半径之和,所以α-萘磺酸稳定性较差。
在较高温度时生成稳定的β-萘磺酸。
即低温时,磺化反应是动力学控制,高温时是热力学控制,其反应能量变化如图所示。
璜化反应的进程和能量关系α-萘磺酸β-萘磺酸右图之中,ΔEΔEβ分别为α位、β位取代的α、活化能;ΔHΘΔHΘβ为其反应热。
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【拓展】 稠环芳烃
两个或两个以上的苯环共用两个邻位碳原子的化合物称稠环芳烃。
稠环化合物一般是固体,且大多为致癌物质。
其中比较重要的是萘、蒽、菲,它们是合成染料、药物等的重要化合物。
(一)萘
1.萘的结构和命名
萘的分子式为C10H8,是最简单的稠环芳烃。
萘的构造式如下:
萘的十个碳原子上的电子云分布不同,在命名时对萘环的碳原子作如下编号:
1-溴萘(α-溴萘) 2-溴萘(β-溴萘)
2.萘的性质
萘是白色片状晶体,熔点80.5℃,沸点218℃,不溶于水,溶于有机溶剂。
有特殊气味,易升华。
萘的化学性质活泼,容易发生亲电取代反应、氧化反应和还原反应。
(1) 取代反应
萘可以进行一般芳香烃的亲电取代反应,由于萘分子的α位电子云密度比β位大,所以取代反应较易发生在α位。
①卤化萘与氯在三氯化铁的催化下可得无色液体α-氯萘。
②硝化
萘和混酸在室温就可发生硝化反应,生成α-硝基萘。
③磺化
萘的磺化反应产物随温度的不同而不同,低温主要生成α-萘磺酸,高温主要生成β-萘磺酸。
第二节 稠环芳烃一、萘C 10H 8αββααββα12345678(一)命名1、一取代:数字或α,β表示取代位置2、多取代:数字表示取代位置,注意1号位(只能在4个α位中产生)3、其他同单环芳烃(如有羟基取代则母体应为萘酚) 例题:1、CH 3α-甲基萘2、NO 2β-硝基萘3、CH 3CH 31,5-二甲基萘4、CH 2CH 3H 3C2-甲基-6-乙基萘(位同比优先)5、SO 3HH 3C7-甲基-2-萘磺酸(母体是磺酸,保证磺酸基要获得小号位)6、OHα-萘酚(二)化性1、芳香性苯——易亲电取代,可加成氧化;2、e :——取代进入位。
例如:+H 2O混酸20~500CNO (亲电取代,进入α位)Ni +H 2H 2/Ni HH(加成)V 2O 5O 2, 450℃OO O(氧化)3、一取代萘的亲电取代反应(了解,可忽略) (1)邻对位基:进同环,邻对位且α位为主CH 3α位,ρe 高于β位,是主产物β位,ρe 低,是副产物,CH 3α位,ρe 高于β位,是主产物β位,ρe 低,是副产物例如:CH 3CH 3硝化CH 3NO 2硝化CH 3NO 2(2)间位基:进异环,α位NO 2α位,又可视为硝基的间位,故活性略大于5位58例如:NO 2硝化NO 2NO 2+NO 2NO 2二、蒽和菲C 14H 1012341056789蒽1234567891012345678910菲1、互为同分异构,两者命名类似萘,编号固定,有取代则标明取代位置。
2、芳香性苯;易亲电取代,可加成氧化,活性位置9、10位。
例如:1、NO 2NO 29,10-二硝基蒽2、Br 9-溴菲3、CCl 4Br 2,Br(9-溴菲)(亲电取代)4、亚铬酸铜H 2H HH H(9,10-二氢蒽)(加成)5、27H 2SO 4O O(9,10-蒽醌)(氧化)补充:1、多氢菲环戊烷多氢菲2、甾族化合物基本骨架:1R 3ABCD234567891011121314171615R 1R 2一般: R 1=R 2=CH 3。