第五章芳香烃
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⼤学有机化学第五章芳烃第五章芳⾹烃【⽬的要求】1、掌握单环芳烃的结构;单环芳烃的同分异构和命名;单环芳烃的化学性质;萘的结构及萘的化学性质;蒽和菲的结构;正确理解芳⾹性及H ückel 规则与芳⾹性的关系。
2、正确理解价键理论、分⼦轨道理论和共振论对苯分⼦结构的解释;熟悉苯的物理性质。
3、了解其它多环芳烃;⾮苯芳烃;芳烃的来源。
【教学内容】第⼀节单环芳烃⼀、苯的结构(⼀)苯的开库勒(Kekul é)结构式(⼆)苯分⼦结构的近代概念1、分⼦轨道理论对苯分⼦结构的认识2、共振论对苯分⼦结构的解释⼆、单环芳烃的异构和命名苯的⼀元取代物没有异构体,命名⼀般以苯为母体,烷基为取代基。
苯的⼆元取代物有三种异构体,命名时可⽤阿拉伯数字或“邻、间、对”字头表⽰取代基的不同位置。
CH 3CH 3CH 3CH 3CH 3邻⼆甲苯间⼆甲苯对⼆甲苯三、单环芳烃的物理性质四、单环芳烃的化学性质苯环是⼀个平⾯结构,离域的π电⼦云分布在环平⾯的上⽅和下⽅,它象烯烃的π电⼦⼀样,能够对亲电试剂提供电⼦,但是,苯环是⼀个较稳定的共轭体系,难以破坏,所以苯环很难进⾏亲电加成,易于亲电取代。
亲电取代是苯环的典型反应。
(⼀)、亲电取代反应芳烃的重要亲电取代反应有卤代、硝化、磺化和傅-克烷基化、酰基化反应等。
1、卤代反应在催化剂 (AlCl 3、FeX 3、BF 3、ZnCl 2、等路易斯酸) 的存在下,苯较容易和氯或溴作⽤,⽣成氯苯或溴苯。
这类反应称为卤代反应(halogenation)。
Br溴苯2、硝化反应苯与浓硫酸和浓硝酸(也称混酸)共热,苯环上⼀个氢原⼦被硝基(—NO 2)取代,⽣成硝基苯。
这个反应称为硝化反应(nitration)。
NO23、磺化反应苯与浓硫酸反应很慢,与发烟硫酸(含SO3的浓硫酸)反应较快,在室温下即可作⽤,苯环上的氢原⼦被磺酸基(—SO3H)取代⽣成苯磺酸。
这类反应称为磺化反应(sulfonation)。
②如烃基较复杂,即取代基较多,或有不饱和键时,也可以把链烃当作母体,苯环当、二烃基苯有三种异构体
、三烃基苯也有三种异构体
当芳烃分子消去一个氢原子所剩下的原子团叫芳基(Aryl)
当环上有多种取代基时,首先选择好母体。
选择母体的顺序如下:
原子是等同的事实,提出了苯的环状构造式。
因为碳原子是四价的,故再
简写为称为:
原子间连接的次序,但这个式子仍存在着缺点,它不能说明下列问题
第一、既然含有三个双键,为什么苯不起类似烯烃的加成反应?
由此可见,凯库勒式并不能确切地反映苯的真实情况。
+
反应历程:氯或溴本身不能与苯起取代反应,必须在Lewis
氯或溴分子极化。
因此,卤化的第一步是苯环形成π络合物,在
因而使得被进攻的那个碳原子脱离了共轭体系,剩下的四个π电子则分部在余下
在FeBr4-的作用下,很快使碳正离子消去一个质子,恢复了原来的苯环。
②硝化反应
a:硫酸的作用我们知道硫酸能起脱水作用,是否硫酸的存在能阻止硝化的逆反应?可是硝基苯与水无任何作用。
但没有硫酸的存在,的确减慢了硝化反应的速度,但反应能进行。
这就导致人们考虑,硫酸的存在不是对硝化生成的水发生作用,而是对硝酸起作用。
根据对硝酸-硫酸混合物的深入系统的研究,发现浓硫酸与硝酸作用生成硝基正离子NO2+。
b:硝化反应历程
硝基正离子NO2+是亲电试剂。
硝化反应的第一步是硝基正离子进攻苯环的π键,生成了σ络合物:
当苯环形成σ络合物后,H+随即很快消除,恢复苯环结构。
这两步反应机理,通常称为亲电加成-消除反应。
硝基苯在过量混合酸存在下,在较高温度下生成间二硝基苯,导入第三个硝基极为困难。
可以说,用苯直接硝化一般就得不到三硝基苯的。
③磺化反应
磺化反应是一可逆反应
它在过热水蒸汽作用下或与稀硫酸或稀盐酸共热时可水解脱下磺酸基。
故磺化反应在有机合成一应用较广。
可作占位基团,反应完成后,再脱去磺酸基。
如:
用磺酸基占位的策略,避免了甲苯直接氯化生成对氯甲苯。
②烷基苯的磺化较苯容易
③磺化反应温度不同,产物比例不同。
高温对位产物为主要成分
④磺酸基可被硝基、卤素等取代
磺酸基容易被H+从苯环上取代,也能被卤素和硝基从被强烈活化的位置取代。
即羟基(-OH)、氨基(-NH2)邻对位的磺酸基容易被取代。
⑵反应历程
共轭体系,。
若把反应步骤颠倒一下,先氧化,后硝化,那么所得的产物是单一的间硝基苯甲酸所以如果希望获得所需的产物,使用正确的反应步骤是重要的。
b: 硝化反应萘与混酸在常温下就可以反应,几乎全是α-硝基萘。
c:磺化反应
②氧化反应
萘比苯易氧化
③加成反应萘比苯容易加成,在不同条件下可以发生部分加氢或全部加氢。
(3)萘环的定位规律
①萘环上原取代基为第一类定位基—
②萘环上原取代基为第二类定位
酰基化和磺化反应是,常常出现一些特殊:
、其他的稠环芳烃
9、10位特别活泼,大部分反应都发生在这两个位置上
菲存在于煤焦油的蒽油馏分中。
带光泽的无色晶体,m.p101不溶于水,溶于乙醇,苯和乙醚中,溶液有蓝色的荧光。