芳烃
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芳香烃
芳香烃的还原反应
1.Birch还原反应 碱金属（钠、钾或锂）在液氨与醇（乙醇、异丙醇或二级丁醇）的混合液中，与芳香化合物反应，苯环可被还原成1,4-环己二烯类化合物，这种反应叫做Birch（伯奇）还原。例如，苯可被还原成1,4-环己二烯。 Birch还原反应与苯环的催化氢化不同，它可使芳环部分还原生成环己二烯类化合物，因此Birch还原有它的独到之处，在合成上十分有用。 萘同样可以进行Birch还原。萘发生Birch还原时，可以得到1,4二氢化萘和1,4,5,8-四氢化萘。 2.催化氢化反应 苯在催化氢化( catalytic hydrogenation)反应中一步生成环己烷体系。萘在发生催化加氢反应时，使用不同的催化剂和不同的反应条件，可分别得到不同的加氢产物。蒽和菲的9、10位化学活性较高，与氢气加成反应优先在9、10位发生。 3.用金属还原 用醇和钠也可以还原萘，温度稍低时得1,4-二氢化萘，温度高时得1,2,3,4-四氢化萘。[1]
萘、蒽和菲的亲电取代反应
在正常情况下，萘比苯更易发生典型的芳香亲电取代反应，硝化和卤化反应主要发生在α位上。 由于萘十分活泼，溴化反应不用催化剂就可进行，氯化反应也只需在弱催化剂作用下就能发生。 为什么取代反应主要发生在α位上？共振理论认为：取代基进攻α位形成的碳正离子中间体有两个稳定的含有完整苯环结构的极限式，而进攻卢位形成的碳正离子中间体只有一个稳定的含有完整苯环结构的极限式，所以前者比后者稳定。显然，稳定碳正离子相对应的过渡态势能也相对较低，所以进攻α位，反应活化能较小，反应速率快。 在发生可逆的磺化反应时，进入的位置和外界的条件很有关系。低温时，口氢先被取代，当温度升高后，再转移到较稳定的p位上，这结果表明α-萘磺酸的生成是受动力学控制的，而β-萘磺酸的生成是受热力学控制的。 上述现象表明，与萘的硝化、卤化反应一样，生成α-萘磺酸比生成β-萘磺酸活化能低，低温条件下提供能量较少，所以主要生成α-萘磺酸。但磺化反应是可逆的，由于,α-磺基与异环的α-H处于平行位置，空阻较大，不稳定，随着反应温度升高，α-萘磺酸的增多，α-磺化反应的逆向速率将逐渐增加；另外，温度升高也有利于提供β-磺化反应所需的活化能，使其反应速率也加大，β-磺基与邻近的氢距离较大，稳定性好，其逆向反应速率很慢，所以α-萘磺酸逐渐转变成β-萘磺酸。 萘的酰化反应既可以在α位发生，也可以在β位发生，反应产物与温度和溶剂很有关系。 一取代萘进行亲电反应时，第一取代基(G)也有定位效应，卤素以外的邻对位取代基使环活化，因此取代反应主要在同环发生。 如果第一取代基(G)在β位时，有时6位也能发生取代反应，因为6位也可以被认为是G的对位。 间位取代基使环钝化，因此取代反应主要发生在异环的α位。 但是，磺化和傅一克反应常在6，7位发生，生成热力学稳定产物。 蒽比苯、萘更易发生亲电取代反应，除磺化反应在1位发生外，硝化、卤化、酰化时均得9-取代蒽，取代产物中常伴随有加成产物。 菲的9，10的化学活性很高，取代首先在9，10位发生。 此外菲的1,2,3,4,10和5,6,7,8,9是对应的，所以应有五种一元取代产物
1.Birch还原反应 碱金属（钠、钾或锂）在液氨与醇（乙醇、异丙醇或二级丁醇）的混合液中，与芳香化合物反应，苯环可被还原成1,4-环己二烯类化合物，这种反应叫做Birch（伯奇）还原。例如，苯可被还原成1,4-环己二烯。 Birch还原反应与苯环的催化氢化不同，它可使芳环部分还原生成环己二烯类化合物，因此Birch还原有它的独到之处，在合成上十分有用。 萘同样可以进行Birch还原。萘发生Birch还原时，可以得到1,4二氢化萘和1,4,5,8-四氢化萘。 2.催化氢化反应 苯在催化氢化( catalytic hydrogenation)反应中一步生成环己烷体系。萘在发生催化加氢反应时，使用不同的催化剂和不同的反应条件，可分别得到不同的加氢产物。蒽和菲的9、10位化学活性较高，与氢气加成反应优先在9、10位发生。 3.用金属还原 用醇和钠也可以还原萘，温度稍低时得1,4-二氢化萘，温度高时得1,2,3,4-四氢化萘。[1]
萘、蒽和菲的亲电取代反应
在正常情况下，萘比苯更易发生典型的芳香亲电取代反应，硝化和卤化反应主要发生在α位上。 由于萘十分活泼，溴化反应不用催化剂就可进行，氯化反应也只需在弱催化剂作用下就能发生。 为什么取代反应主要发生在α位上？共振理论认为：取代基进攻α位形成的碳正离子中间体有两个稳定的含有完整苯环结构的极限式，而进攻卢位形成的碳正离子中间体只有一个稳定的含有完整苯环结构的极限式，所以前者比后者稳定。显然，稳定碳正离子相对应的过渡态势能也相对较低，所以进攻α位，反应活化能较小，反应速率快。 在发生可逆的磺化反应时，进入的位置和外界的条件很有关系。低温时，口氢先被取代，当温度升高后，再转移到较稳定的p位上，这结果表明α-萘磺酸的生成是受动力学控制的，而β-萘磺酸的生成是受热力学控制的。 上述现象表明，与萘的硝化、卤化反应一样，生成α-萘磺酸比生成β-萘磺酸活化能低，低温条件下提供能量较少，所以主要生成α-萘磺酸。但磺化反应是可逆的，由于,α-磺基与异环的α-H处于平行位置，空阻较大，不稳定，随着反应温度升高，α-萘磺酸的增多，α-磺化反应的逆向速率将逐渐增加；另外，温度升高也有利于提供β-磺化反应所需的活化能，使其反应速率也加大，β-磺基与邻近的氢距离较大，稳定性好，其逆向反应速率很慢，所以α-萘磺酸逐渐转变成β-萘磺酸。 萘的酰化反应既可以在α位发生，也可以在β位发生，反应产物与温度和溶剂很有关系。 一取代萘进行亲电反应时，第一取代基(G)也有定位效应，卤素以外的邻对位取代基使环活化，因此取代反应主要在同环发生。 如果第一取代基(G)在β位时，有时6位也能发生取代反应，因为6位也可以被认为是G的对位。 间位取代基使环钝化，因此取代反应主要发生在异环的α位。 但是，磺化和傅一克反应常在6，7位发生，生成热力学稳定产物。 蒽比苯、萘更易发生亲电取代反应，除磺化反应在1位发生外，硝化、卤化、酰化时均得9-取代蒽，取代产物中常伴随有加成产物。 菲的9，10的化学活性很高，取代首先在9，10位发生。 此外菲的1,2,3,4,10和5,6,7,8,9是对应的，所以应有五种一元取代产物
第四章 芳香烃
AlCl3
C 2H 5
+ HBr
此反应中应注意以下几点： ① 常用的催化剂是无水AlCl3，此外 FeCl3、BF3、 无水HF、SnCl4、ZnCl2、H3PO4、H2SO4等都有催化 作用。 ② 当引入的烷基为三个碳以上时，引入的烷基 会发生碳链异构现象。例如：
+ CH3CH2CH2Cl
AlCl3
CH3 N O X N CH3 O
O C CH3
=
c. 与苯环直接相连的基团可与苯环的大 π 键发 生σ ,π –超共轭效应或具有碳碳重键。如：
CH3
C6H5
CH=CH2
(2) 第二类定位基（即间位定位基）
―N+(CH3)3 ＞ ―NO2 ＞ ―CN ＞ ―SO3H ＞ ―CHO ＞ ―COOH ＞ ―COOR ＞ ―CONH2 ＞―+NH3 等.
氯化苄 （苯氯甲烷）
反应条件不同，产物也不同。因两者反应历程不同，光照卤 代为自由基历程，而前者为离子型取代反应。
侧链较长的芳烃光照卤代主要发生在α碳原子上。
CH2CH3
Cl2， 光 91%
CHCH 3 Cl
+ 9%
CH2CH2 Cl
CH2CH3
Br， 光 100%
CHCH 3 Br
CH2CH2-CH-CH 3 CH3
C-H键长都是0.110nm
所有键角都是120°
苯的分子模型
1.杂化轨道理论解释
苯分子中的碳原子都是以sp2杂化轨道成键的， 故键角均为120°，所有原子均在同一平面上。
苯中的p轨道
p轨道的重叠
2.从氢化热看苯的稳定性
H2 2 H2 3 H2 H苯理=3x120=360k J / mol
C 2H 5
+ HBr
此反应中应注意以下几点： ① 常用的催化剂是无水AlCl3，此外 FeCl3、BF3、 无水HF、SnCl4、ZnCl2、H3PO4、H2SO4等都有催化 作用。 ② 当引入的烷基为三个碳以上时，引入的烷基 会发生碳链异构现象。例如：
+ CH3CH2CH2Cl
AlCl3
CH3 N O X N CH3 O
O C CH3
=
c. 与苯环直接相连的基团可与苯环的大 π 键发 生σ ,π –超共轭效应或具有碳碳重键。如：
CH3
C6H5
CH=CH2
(2) 第二类定位基（即间位定位基）
―N+(CH3)3 ＞ ―NO2 ＞ ―CN ＞ ―SO3H ＞ ―CHO ＞ ―COOH ＞ ―COOR ＞ ―CONH2 ＞―+NH3 等.
氯化苄 （苯氯甲烷）
反应条件不同，产物也不同。因两者反应历程不同，光照卤 代为自由基历程，而前者为离子型取代反应。
侧链较长的芳烃光照卤代主要发生在α碳原子上。
CH2CH3
Cl2， 光 91%
CHCH 3 Cl
+ 9%
CH2CH2 Cl
CH2CH3
Br， 光 100%
CHCH 3 Br
CH2CH2-CH-CH 3 CH3
C-H键长都是0.110nm
所有键角都是120°
苯的分子模型
1.杂化轨道理论解释
苯分子中的碳原子都是以sp2杂化轨道成键的， 故键角均为120°，所有原子均在同一平面上。
苯中的p轨道
p轨道的重叠
2.从氢化热看苯的稳定性
H2 2 H2 3 H2 H苯理=3x120=360k J / mol
有机化学第六章芳香烃
Y
可见，凯库勒式并不能确切地反映苯的真实情况
现代物理方法（射线法、光谱法、偶极距的测定）表明，苯分子是 一个平面正六边形构型，键角都是120°，碳碳键长都是0.1397nm。图 示如下：
杂化轨道理论解释
苯分子中的碳原子都是以sp2杂化轨道互相沿对称轴方向重叠形成6个C-Cσ键组成一个 正六边形，每个C各以一个sp2杂化轨道分别与H的1s轨道沿对称的方向重叠，形成六 个C-Hσ键，由于是sp2杂化，所以键角都是120。所有原子均在同一平面上。 每个C还有一个未参与杂化的垂直于与碳环平面σ键的P轨道，彼此侧面重叠，形成一 个封闭的共轭体系，每个P轨道上有一个P电子，组成了π66大π键。由于共轭效应使π 电子高度离域，电子云完全平均化，故无单双键之分。 因此，苯的电子云是一个整体，分布在环的上、下方，并且是完全平均的，所以苯分 子中每个C-C键都有π键的性质，并且是完全相同的，故邻位二元取代物也应当只有一 种。 应当注意且要牢记，苯环中并没有一般的C-C单键和C=C双键。
（ 2 ）体系能量降低，氢化热（208.5 kJ·mol-1）比环己烯氢 化热的三倍低得多（ 3×119.3－208.5 = 149.4 kj·mol-1 ），这 149.4 kj·mol-1即为苯的共轭能。
苯现在的表达方式
价键式
分子轨道离域式
共振式
自旋偶合价键理论 （1986年Copper等提出）
+ Cl2 + Br2
Fe 或 FeCl3 55~60℃
Fe 或 FeBr3 55~60℃
+ 2Cl2 Fe 或 FeCl3
反应历程：
Cl
+ HCl
Br
+ HBr
Cl
+
3.1芳香烃
29
磺化反应可逆，调节温度得到不同产物
CH3 CH3 CH3 SO3H
+ H2SO4
+
SO3H
反应温度不同 产物比例不同
0℃ 25℃ 100℃
邻甲基苯磺酸 43% 32% 13%
对甲基苯磺酸 53% 62% 79%
30
•
利用磺化的可逆性保护苯环上的某些位置
OH
H2SO4
OH
2molBr2
OH Br Br
•六氯化苯简称六六六, 杀虫剂，已经禁止使用。
44
3.3.2.3 氧化反应
45
46
CH 3
均有,直接 氧化到苯甲酸
CH 2CH 2CH 3
COOH
MnO4-/H2O
47
3.4苯环上亲电取代反应的定位效应
3.4.1 定位基概念
定位基：在进行亲电取代反应时，苯环上原有取代基， 不仅影响着苯环的取代反应活性，同时决定着第二个取代基 进入苯环的位置，即决定取代反应的位置。原有取代基称做 定位基。
54
2.间位定位基定位能力由强到弱的顺序: -NR3 > -NO2 > -CN > -SO3H > -CHO > -COR > -COOH > -COOR > -CONH2
+
55
3.4.3 定位规律的理论解释 (1) 第一类定位基对苯环的影响及其定位效应
3.3.2.1 亲电取代反应—SE
O R
F-C acylation Halogenation
Cl
Br
I
al ky la tio n
na lf o Su
C
(4) b酰基 化反应
磺化反应可逆，调节温度得到不同产物
CH3 CH3 CH3 SO3H
+ H2SO4
+
SO3H
反应温度不同 产物比例不同
0℃ 25℃ 100℃
邻甲基苯磺酸 43% 32% 13%
对甲基苯磺酸 53% 62% 79%
30
•
利用磺化的可逆性保护苯环上的某些位置
OH
H2SO4
OH
2molBr2
OH Br Br
•六氯化苯简称六六六, 杀虫剂，已经禁止使用。
44
3.3.2.3 氧化反应
45
46
CH 3
均有,直接 氧化到苯甲酸
CH 2CH 2CH 3
COOH
MnO4-/H2O
47
3.4苯环上亲电取代反应的定位效应
3.4.1 定位基概念
定位基：在进行亲电取代反应时，苯环上原有取代基， 不仅影响着苯环的取代反应活性，同时决定着第二个取代基 进入苯环的位置，即决定取代反应的位置。原有取代基称做 定位基。
54
2.间位定位基定位能力由强到弱的顺序: -NR3 > -NO2 > -CN > -SO3H > -CHO > -COR > -COOH > -COOR > -CONH2
+
55
3.4.3 定位规律的理论解释 (1) 第一类定位基对苯环的影响及其定位效应
3.3.2.1 亲电取代反应—SE
O R
F-C acylation Halogenation
Cl
Br
I
al ky la tio n
na lf o Su
C
(4) b酰基 化反应
芳香烃
芳香烃芳香烃的定义：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。
苯的同系物的通式是CnH2n-6（n≥6）。
芳香族化合物在历史上指的是一类从植物胶里取得的具有芳香气味的物质,但目前已知的芳香族化合物中,大多数是没有香味的.因此,芳香这个词已经失去了原有的意义,只是由于习惯而沿用至今.芳香烃的分类：根据结构的不同可分为三类：①单环芳香烃,如苯的同系物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。
芳香烃的来源：芳香烃主要来源于煤、焦油和石油。
芳香烃不溶于水，溶于有机溶剂。
芳香烃一般比水轻；沸点随分子量的增加而升高。
芳香烃易起取代反应，在一定条件下也能起加成反应。
如苯跟氯气在铁催化剂条件下生成氯苯和氯化氢，在光照下则发生加成反应生成六氯化苯(C6H6Cl6)。
芳香烃主要用于制药、染料等工业。
多环芳香烃的简介多环芳香烃（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAH）,分子中含有两个或两个以上苯环结构的化合物，是最早被认识的化学致癌物。
早在1775年英国外科医生Pott就提出打扫烟囱的童工，成年后多发阴囊癌，其原因就是燃煤烟尘颗粒穿过衣服擦入阴囊皮肤所致，实际上就是煤炱中的多环芳香烃所致。
多环芳香烃也是最早在动物实验中获得成功的化学致癌物。
1915年日本学者Yam agiwa 和Ichikawa,用煤焦油中的多环芳香烃所致。
在五十年代以前多环芳香烃曾被认为是最主要的致癌因素，五十年代后各种不同类型的致癌物中之一类。
但从总的来说，它在致癌物中仍然有很重要的地位，因为至今它仍然是数量最多的一类致癌物，而且分布极广。
有机化学 第六章 芳香烃
第六 章 芳烃 芳香性
(一) 芳烃的构造异构和命名 (二) 苯的结构 (三) 单环芳烃的来源 (四) 单环芳烃的物理性质 (五) 单环芳烃的化学性质 (六) 苯环上取代反应的定位规则 (七) 稠环芳烃 (八) 芳香性 (九) 富勒烯
第六章 芳烃 芳香性
• 芳烃——芳香族碳氢化合物。含有苯环的一 大类C、H化合物。 “芳香”二字的含义：
1,2，4，5-四甲苯
(2) 命名
命名时，一般以芳环为取代基，也可以芳环为母体。具
体情况，具体对待：
CH=CH2
CH=CH2
苯乙烯
对二乙烯基苯 CH=CH2
CH2Cl
CH2OH
苯氯甲烷 氯苄
苯甲醇 苄醇
• C6H5－ 苯基(Ph－) ；
C6H5CH2－ 苄基 ；
Ar－ 芳基(芳环上去掉一个氢后，所剩下的原子团)；
O
慢
H
SO3-
快 HSO4-
+
σ-络合物
SO3- 快
H3O+
SO3H + H2O
(丁) 烷基化反应机理
苯环烷基化反应中，AlCl3的作用是与卤烷起反应， 加速R+的生成：
RCl + AlCl3
R+ + AlCl4-
亲电试剂
+ R+
R
+H
σ-络合物
AlCl4-
R + HCl + AlCl3
苯环烷基化反应时，产生异构化的原因：
Br
p-二溴苯
注意：第二个卤素原子进入第一个卤素原子的邻、对位。
(乙) 硝化
+ HNO3
浓H2SO。4
50-60 C
(一) 芳烃的构造异构和命名 (二) 苯的结构 (三) 单环芳烃的来源 (四) 单环芳烃的物理性质 (五) 单环芳烃的化学性质 (六) 苯环上取代反应的定位规则 (七) 稠环芳烃 (八) 芳香性 (九) 富勒烯
第六章 芳烃 芳香性
• 芳烃——芳香族碳氢化合物。含有苯环的一 大类C、H化合物。 “芳香”二字的含义：
1,2，4，5-四甲苯
(2) 命名
命名时，一般以芳环为取代基，也可以芳环为母体。具
体情况，具体对待：
CH=CH2
CH=CH2
苯乙烯
对二乙烯基苯 CH=CH2
CH2Cl
CH2OH
苯氯甲烷 氯苄
苯甲醇 苄醇
• C6H5－ 苯基(Ph－) ；
C6H5CH2－ 苄基 ；
Ar－ 芳基(芳环上去掉一个氢后，所剩下的原子团)；
O
慢
H
SO3-
快 HSO4-
+
σ-络合物
SO3- 快
H3O+
SO3H + H2O
(丁) 烷基化反应机理
苯环烷基化反应中，AlCl3的作用是与卤烷起反应， 加速R+的生成：
RCl + AlCl3
R+ + AlCl4-
亲电试剂
+ R+
R
+H
σ-络合物
AlCl4-
R + HCl + AlCl3
苯环烷基化反应时，产生异构化的原因：
Br
p-二溴苯
注意：第二个卤素原子进入第一个卤素原子的邻、对位。
(乙) 硝化
+ HNO3
浓H2SO。4
50-60 C
芳香烃
CH3 CH3 CH3 连三甲苯
CH3 CH3 CH3
CH3
CH3
CH3
偏三甲苯
均三甲苯
3、苯环上连有多个烷基时，应使最小的基团有最 、苯环上连有多个烷基时， 小的编号。其余规则与脂环烃相似。 小的编号。其余规则与脂环烃相似。如：
CH3 CH2CH3
1－甲基－4－乙基苯 －甲基－ －
4、 较复杂的（-NH2、-OH、-CHO、-COOH及C4以 、 较复杂的（ 、 、 、 及 以 上R）把苯作为取代基，相应基团做母体。例如： ）把苯作为取代基，相应基团做母体。例如：
CH2CH3
CH2CH2CH2CH3
甲苯
CH3 CH3
乙苯
NO2
正丁苯
Br
对二甲苯
硝基苯
溴苯
2、 苯环上连有三个相同基团时，用连、偏、均 苯环上连有三个相同基团时，用连、 来表示相对位置。 来表示相对位置。 注意必须是三个相同基团才能用连、 注意必须是三个相同基团才能用连、偏、 均来表示此三基团的相对位置。 均来表示此三基团的相对位置。
• 注意：当引入的烷基为三个碳以上时，引入的烷基 注意：当引入的烷基为三个碳以上时， 会发生碳链异构现象。 会发生碳链异构现象。
AlCl3
CH3 CH3
+ CH3CH2CH2Cl
CH
+
CH2CH2CH3
） 正丙苯（35~31% 异丙苯（65~69% ）
原因：反应中的活性中间体碳正离子发生重排， 原因：反应中的活性中间体碳正离子发生重排，产生更稳定的碳正 离子后，再进攻苯环形成产物。？ 离子后，再进攻苯环形成产物。？
亲电取代反应历程( 亲电取代反应历程(以溴代 反应为例) 反应为例)
有机化学 第5章 芳烃
Cl
催化剂： 催化剂：FeCl3 、FeBr3 、AlCl3等 卤素活性： 卤素活性：F > Cl > Br > I 芳烃活性： 芳烃活性：烷基苯 > 苯 > 卤代苯
Cl
Cl Cl2 FeCl3
39％ ％
Cl Cl
Cl Cl
Cl 55 ％
6％
CH3
CH3 Cl
Cl2
CH3 Cl
CH3
FeCl3 ,25℃
H H 120° H o.140nm 120° H H H
0.140nm
价键理论： ② 价键理论：
苯分子的轨道结构
氢化热低（208.5< 119.3），苯具有特殊稳定性。 ），苯具有特殊稳定性 氢化热低（208.5<3×119.3），苯具有特殊稳定性。
苯的结构式： 苯的结构式：
或
或
苯同系物（单环芳烃） 5.2 苯同系物（单环芳烃）异构和命名
Cl Cl Cl Cl Cl Cl
（B）加氯
3 Cl2
紫外光
只有γ异构体有杀虫效果： 六六六有八种异构体，只有γ异构体有杀虫效果：
Cl Cl Cl Cl Cl
Cl
（3）氧化反应
(苯环本身的氧化) 苯环本身的氧化
O
2
空 9 O2(空气)
V2O5 400-500 ℃
2
O 70% O
4 CO2 4 H2O
O , N(CH3)2 ,
R,
NH2 ,
Cl ,
OH ,
Br ,
OCH3 ,
I, C6H5
NHCOCH3
OCOCH3 ,
间位定位基（ （2）第二类定位基 间位定位基（间位异构体 ）第二类定位基—间位定位基 > 40%） ） 使苯环钝化， 使苯环钝化，并使新引进的取代基主要进入 其间位。例如 例如： 其间位 例如：
有机化学 第五章 芳烃
共振论： 共振论：
Ⅰ 贡献大
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ 贡献小 键长、键角不等 的不等价结构
Ⅴ
键长，键角完全 相等的等价结构
H
H
H
H
H
H
苯的结构小结
（1）苯是一个正六边形的平面分子，键长、键角平均化； ）苯是一个正六边形的平面分子，键长、键角平均化； （2）电子云分布在苯环的上方和下方； ）电子云分布在苯环的上方和下方； 电子高度离域， 个 电子在基态下都在成键轨道 （3）π电子高度离域，6个π电子在基态下都在成键轨道 ） 电子高度离域 内，故体系的能量降低，而使苯环稳定。 故体系的能量降低，而使苯环稳定。
(3)具有平面和接近平面的环状结构。 (3)具有平面和接近平面的环状结构。 具有平面和接近平面的环状结构 (4) 易发生亲电取代反应 不易发生加成反应。 易发生亲电取代反应,不易发生加成反应 不易发生加成反应。
单环芳烃 联苯和联多苯 苯系芳烃 如：
联苯
芳烃
多环芳烃
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第五章
芳烃—— 芳香族碳氢化合物 芳烃
（1）碳氢比高 如： C:H=1:1 C : H = 10 : 8
特点
碳碳键长介于C—C与C=C之间 (2) 碳碳键长介于C—C与C=C之间 如： 0.139nm C— C 0.154nm C=C 0.133nm
三苯甲烷 2,3-二甲基 苯基己烷 二甲基-1-苯基己烷 二甲基
苯基： 苯基： -Ph 、 芳基： -Ar 芳基： R CH2H3C-CH3
m-二甲苯 二甲苯 1,3-二甲苯 二甲苯
Ⅰ 贡献大
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ 贡献小 键长、键角不等 的不等价结构
Ⅴ
键长，键角完全 相等的等价结构
H
H
H
H
H
H
苯的结构小结
（1）苯是一个正六边形的平面分子，键长、键角平均化； ）苯是一个正六边形的平面分子，键长、键角平均化； （2）电子云分布在苯环的上方和下方； ）电子云分布在苯环的上方和下方； 电子高度离域， 个 电子在基态下都在成键轨道 （3）π电子高度离域，6个π电子在基态下都在成键轨道 ） 电子高度离域 内，故体系的能量降低，而使苯环稳定。 故体系的能量降低，而使苯环稳定。
(3)具有平面和接近平面的环状结构。 (3)具有平面和接近平面的环状结构。 具有平面和接近平面的环状结构 (4) 易发生亲电取代反应 不易发生加成反应。 易发生亲电取代反应,不易发生加成反应 不易发生加成反应。
单环芳烃 联苯和联多苯 苯系芳烃 如：
联苯
芳烃
多环芳烃
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第五章
芳烃—— 芳香族碳氢化合物 芳烃
（1）碳氢比高 如： C:H=1:1 C : H = 10 : 8
特点
碳碳键长介于C—C与C=C之间 (2) 碳碳键长介于C—C与C=C之间 如： 0.139nm C— C 0.154nm C=C 0.133nm
三苯甲烷 2,3-二甲基 苯基己烷 二甲基-1-苯基己烷 二甲基
苯基： 苯基： -Ph 、 芳基： -Ar 芳基： R CH2H3C-CH3
m-二甲苯 二甲苯 1,3-二甲苯 二甲苯
芳烃
芳烃-正文含苯环结构的碳氢化合物的总称，是有机化工的重要原料，包括单环芳烃、多环芳烃及稠环芳烃。
单环芳烃只含一个苯环，如苯、甲苯、乙苯、二甲苯、异丙苯、十二烷基苯等。
多环芳烃是由两个或两个以上苯环（苯环上没有两环共用的碳原子）组成的，它们之间是以单键或通过碳原子相联，如联苯、三苯甲烷等。
稠环芳烃是由两个或两个以上的苯环通过稠合（使两个苯环共用一对碳原子）而成的稠环烃，其中至少一个是苯环，如萘、蒽等。
芳烃中最重要的产品是苯、二甲苯，其次是甲苯、乙苯、苯乙烯、异丙苯。
苯及其分子量较小的同系物是易燃液体，不溶于水，密度比水小；多环芳烃及稠环芳烃多是晶状固体。
芳烃均有毒性，其中以苯对中枢神经及血液的作用最强。
稠环芳烃有致癌作用。
来源芳烃来源于煤和石油，煤干馏过程中能生成多种芳烃。
19世纪初叶至中叶，从煤干馏所得煤焦油中陆续分离出苯、甲苯、萘、蒽等芳烃。
此后，工业用芳烃主要来自煤炼焦副产焦炉煤气及煤焦油。
石油中含多种芳烃,但含量不多,且其组分与含量也因产地而异。
20世纪40年代后实现石脑油的催化重整，将石脑油中的非芳烃转化为芳烃。
从烃类裂解所得的裂解汽油中也可分离出芳烃。
芳烃主要来源已从煤转化为石油。
现在，世界总产量中90％以上来自石油。
不同来源含芳烃馏分的组成不同（见表）。
生产方法重整汽油中芳烃可用萃取法分出。
裂解汽油中的芳烃，也常用萃取法分出，但在萃取前需用催化加氢法除去不稳定的双烯烃、单烯烃和含硫化合物等（见芳烃抽提）。
由于裂解汽油中芳烃含量较高，因此也可用萃取精馏分离出芳烃。
常用的萃取剂有N，N－二甲基甲酰胺、N－甲酰吗啉、Ν－甲基吡咯烷酮、环丁砜等。
在萃取精馏塔中，非芳烃从塔顶蒸出，芳烃与溶剂留在塔底。
此法与萃取法相比，设备简单、操作费用低，但芳烃收率略低。
煤炼焦副产的焦炉煤气，经吸收得吸收液，分离出其中粗苯馏分,内含C8、C9芳烃，可再精馏分离。
煤炼焦副产煤焦油，经分馏可得轻油、酚油、萘油、洗油、蒽油、沥青等馏分，再用精馏、结晶等方法分离得到苯系、萘系、蒽系芳烃。
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2018/8/23
+ HX
卤代反应历程（以溴代为例）
Br2 + FeBr3
Br Br FeBr
Br Br
δ
δ
FeBr3
Br H + Br
+
溴分子在FeBr3的作用下发生极化
R R FeBr3
R
Br H
生成芳正离子 Br + H R
脱去质子
2018/8/23
3. 磺化反应
SO3H H2SO4, SO3 , 30－50 。C 180 。C CH3 + H2SO4 苯磺酸 CH3 CH3 SO3H + SO3H 0。C 100 。C
2018/8/23
苯的共振式
Dewar 苯 (1) (2) (3) (4) (5)
2018/8/23
§8.2
芳烃的异构现象和命名
主官能团 当化合物分子中含有2个以上官能团 和取代基时，按下列顺序确定主官 能团。
－NO2、－X、－OR、－R、－NH2、 －OH、－COR、－CHO、－CN、－CONH2、 －COX、－COOR、－SOH、－COOH、－NR3＋
Cl H Cl H Cl H
H
Cl
Cl H Cl H
2018/8/23
3.氧化
O2/V2O5 385－400 C
。
O C OH C OH O O C OH
O － H 2O O O
O2, 生物氧化 CH3
CH3
O3
C OH O CH3 O3 O3
CH3 O3
H2O/Zn
OO
OO
CH3CCCH3 +2 HCCH 1,2-丁二酮 乙二醛 O OO 2CH3CH2CH + HCCH 丙醛 乙二醛
2018/8/23
举例
CH3
CH3 CCH2CH2CH2CH3 CH
CH CH2
2-甲基-2-苯基己烷
三苯甲烷
苯乙烯（乙烯苯）
2018/8/23
二、二取代苯的命名
1.
2个取代基相同：1,2-、邻、o-; 1,3-、 间、m-; 1,4-、对、p.
CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 邻二甲苯 间二甲苯 对二甲苯 （1,2-二甲苯） （1,3-二甲苯） （1,4-二甲苯） （o-二甲苯） （m-二甲苯） （p-二甲苯）
+
H+
2018/8/23
4. Friedel－Crafts（傅－克）反应
A）烷基化
＋ C2H5Br 无水AlCl3 C2H5 + HBr
•催化剂 Lewis酸： •FeCl3、SnCl4、
Cl
和 H2C CHCl
•ZnCl2 、 HF、H2SO4
•H3PO4、BF3
2018/8/23
不能作为芳烃烷基化的试剂
2018/8/23
芳烃：具有芳香性的碳氢化合物。包括苯型芳烃
和非苯型芳烃。 芳香性：1）具有稳定的环系；2）易于亲电取代， 难于亲电加成，即有“饱和”性。 通常所说的芳烃是指苯系芳烃。
2018/8/23
分类
HC 单环芳烃： 如： CH2 苯乙烯
按环数
多环芳烃
联苯 多苯代脂肪烃 CH 三苯甲烷
稠环烃 萘 蒽
2018/8/23
缺乏实验 支持
1925年，Robinson建议用表示苯的结构
2018/8/23
二、苯分子结构的价键解释
苯的平面正六边形构型 C：SP2杂化
H
H
0.1 39 7n m
H
120。 H H H
苯分子中的键：C-H,C-C
2018/8/23
苯分子中的骨架
2018/8/23
苯分子的键
2018/8/23
共振能
共振杂化体能量比参与共振的任 何一个极限结构的能量都低，由 于共振降低的能量称为共振能
2018/8/23
RESONANCE LOWERS THE ENERGY OF A MOLECULE OR ION RESONANCE STRUCTURES -O -O O C O C OC OO O O E
-80℃
H C2H5 CH3 H3C BF4C渡态3 过渡态1 位 能 E1 + E+ E+ E + H+ E2 E3
E H
反应进程
2018/8/23
1.硝化反应
NO2 + HONO2 H2SO4 55－60
。
C
+ H 2O
NO2 NO2 95。C
NO2+
H2O NO2 + HSO4 Slow NO2+ + H2O H3O+ + HSO4+ H3O+ 2HSO4- NO2
NO2 H
3 SP
NO2
+ H+
2018/8/23
NO2+是有效的亲电试剂，硫酸在反 应中不是脱水剂。
O N O
2018/8/23
2. 卤代反应
催化剂：Fe粉或FeX3
X + X2 Fe or FeX3 卤苯 CH3 + X2 Fe or FeX3 CH3 CH3 X + X
Resonance –在固定的分子 骨架上电子密度的重新分布，产生 稳定结构，用 符号表示 Tautomerism – (H+)在分子中两个位 轩的平衡排列，用表示
2018/8/23
1,3-丁二烯的共振式
CH2 CH2 CH2 CH2 CH CH (1) CH CH (3) CH CH (5) CH CH (7) CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH CH (2) CH CH (4) CH CH (6) CH2 CH2 CH2
4). 速度控制产物和平衡控制 产物
CH3 CH3Cl, AlCl3 0C CH3 速度控制 CH3 AlCl3 100 C CH3
CH3
CH3
平衡控制
2018/8/23
烷基化试剂除卤代烃外还有：
＋ CH3CH2OH H2SO4 CH2CH3 + H2O
+ CH2
CH2
AlCl3/HCl 95 C AlCl3/HCl 95 C
2018/8/23
菲
§8.1 苯的结构
一、苯的Kekule式 1825年，Faraday从照明气中分离得到 1865年，Kekule提出了苯的环状构造式
H H C C H C H
2018/8/23
C C C
H
简写为：
H
苯Kekulé式的正确性
1.一取代产物只有一种
X
2.加3molCl2
3 Cl2
CH3 AlCl3 2
2018/8/23
CH3 CH3 +
3). 重排(如何制得正烷基苯？)
+ CH3CH2CH2Cl AlCl3 18__80 C 异丙苯 65－69％ 正丙苯 3.5－31％ CH(CH3)2 + CH2CH2CH3
_
因为一级正丙基正离子重排为 更稳定的二级异丙基正离子： CH3CHCH2 H 正丙基正离子 2018/8/23 重排 CH3CHCH3 异丙基正离子
2-氨基-5-羟基苯甲醛
2018/8/23
三、芳基
芳烃分子中去掉氢原子所剩下的部分， 用Ar表示。
CH2 C 6H 5 Ph或 苯基
2018/8/23
C6H5CH2 Bz 苯甲基或苄基
§8.3 单环芳烃的化学性质
一、亲电取代反应
＋ E+Nu－ HNO3 X2 H2SO4 RX、R+ RCOX、(RCO)2O
2018/8/23
＋ H2O
43% 13％
53% 79％
特点：1）可逆反应，除水，加过量苯有利于 正反应，稀酸加热有利逆反应；2）磺 酸基 可被硝基、卤素取代 应用：如制备纯邻氯甲苯
CH3
CH3
Cl (纯）
2018/8/23
磺化反应历程
O S O S
O
O
O
O
O H
O
SO3-
O S
S
O
O
O
SO3H
CH2CH3
CH(CH3)2
+ CH3CH CH3 + CH3C
2018/8/23
CH2
H2SO4 CH2
C(CH3)3
or (CH3)3COH
B). 酰基化
O CR + HCl 烷基苯基酮 ( RCOOH)
1共振式中原子的排列组合是相同的，不 同的是电子排列，PAI电子或未共用电子 对移动，弯箭头表示电子转移。 2共振式中成对电子数或未成对电子式应 相等。 3中性分子可表示为电荷分离式，但电子 转移与电负性一致。
2018/8/23
共振结构对杂化体的影响
1具有相同稳定性的共振结构参与形成的 共振杂化体特别稳定，共振效果显著， 反之由能量差别较大的共振结构杂，共 效果不明显 2参与共振的极限结构越多，共振杂化体 稳定 3越是稳定的共振结构对杂化体贡献最大
氢化热 120kJ/mol 208kJ/mol 离域能 120× 3－208＝152（kJ/mol）
2018/8/23
四、苯分子结构的共振论解释 1. Resonance（共振的基本概念）
共振是经典结构的叠加组成共振杂化体， 经典结构叫作极限结构、共振结构
2018/8/23
书写共振式的规则
2018/8/23
CH3
2. 2个取代基不同
确定主官能团，主官能团与苯环一起作母体， 另一个作取代基。
+ HX
卤代反应历程（以溴代为例）
Br2 + FeBr3
Br Br FeBr
Br Br
δ
δ
FeBr3
Br H + Br
+
溴分子在FeBr3的作用下发生极化
R R FeBr3
R
Br H
生成芳正离子 Br + H R
脱去质子
2018/8/23
3. 磺化反应
SO3H H2SO4, SO3 , 30－50 。C 180 。C CH3 + H2SO4 苯磺酸 CH3 CH3 SO3H + SO3H 0。C 100 。C
2018/8/23
苯的共振式
Dewar 苯 (1) (2) (3) (4) (5)
2018/8/23
§8.2
芳烃的异构现象和命名
主官能团 当化合物分子中含有2个以上官能团 和取代基时，按下列顺序确定主官 能团。
－NO2、－X、－OR、－R、－NH2、 －OH、－COR、－CHO、－CN、－CONH2、 －COX、－COOR、－SOH、－COOH、－NR3＋
Cl H Cl H Cl H
H
Cl
Cl H Cl H
2018/8/23
3.氧化
O2/V2O5 385－400 C
。
O C OH C OH O O C OH
O － H 2O O O
O2, 生物氧化 CH3
CH3
O3
C OH O CH3 O3 O3
CH3 O3
H2O/Zn
OO
OO
CH3CCCH3 +2 HCCH 1,2-丁二酮 乙二醛 O OO 2CH3CH2CH + HCCH 丙醛 乙二醛
2018/8/23
举例
CH3
CH3 CCH2CH2CH2CH3 CH
CH CH2
2-甲基-2-苯基己烷
三苯甲烷
苯乙烯（乙烯苯）
2018/8/23
二、二取代苯的命名
1.
2个取代基相同：1,2-、邻、o-; 1,3-、 间、m-; 1,4-、对、p.
CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 邻二甲苯 间二甲苯 对二甲苯 （1,2-二甲苯） （1,3-二甲苯） （1,4-二甲苯） （o-二甲苯） （m-二甲苯） （p-二甲苯）
+
H+
2018/8/23
4. Friedel－Crafts（傅－克）反应
A）烷基化
＋ C2H5Br 无水AlCl3 C2H5 + HBr
•催化剂 Lewis酸： •FeCl3、SnCl4、
Cl
和 H2C CHCl
•ZnCl2 、 HF、H2SO4
•H3PO4、BF3
2018/8/23
不能作为芳烃烷基化的试剂
2018/8/23
芳烃：具有芳香性的碳氢化合物。包括苯型芳烃
和非苯型芳烃。 芳香性：1）具有稳定的环系；2）易于亲电取代， 难于亲电加成，即有“饱和”性。 通常所说的芳烃是指苯系芳烃。
2018/8/23
分类
HC 单环芳烃： 如： CH2 苯乙烯
按环数
多环芳烃
联苯 多苯代脂肪烃 CH 三苯甲烷
稠环烃 萘 蒽
2018/8/23
缺乏实验 支持
1925年，Robinson建议用表示苯的结构
2018/8/23
二、苯分子结构的价键解释
苯的平面正六边形构型 C：SP2杂化
H
H
0.1 39 7n m
H
120。 H H H
苯分子中的键：C-H,C-C
2018/8/23
苯分子中的骨架
2018/8/23
苯分子的键
2018/8/23
共振能
共振杂化体能量比参与共振的任 何一个极限结构的能量都低，由 于共振降低的能量称为共振能
2018/8/23
RESONANCE LOWERS THE ENERGY OF A MOLECULE OR ION RESONANCE STRUCTURES -O -O O C O C OC OO O O E
-80℃
H C2H5 CH3 H3C BF4C渡态3 过渡态1 位 能 E1 + E+ E+ E + H+ E2 E3
E H
反应进程
2018/8/23
1.硝化反应
NO2 + HONO2 H2SO4 55－60
。
C
+ H 2O
NO2 NO2 95。C
NO2+
H2O NO2 + HSO4 Slow NO2+ + H2O H3O+ + HSO4+ H3O+ 2HSO4- NO2
NO2 H
3 SP
NO2
+ H+
2018/8/23
NO2+是有效的亲电试剂，硫酸在反 应中不是脱水剂。
O N O
2018/8/23
2. 卤代反应
催化剂：Fe粉或FeX3
X + X2 Fe or FeX3 卤苯 CH3 + X2 Fe or FeX3 CH3 CH3 X + X
Resonance –在固定的分子 骨架上电子密度的重新分布，产生 稳定结构，用 符号表示 Tautomerism – (H+)在分子中两个位 轩的平衡排列，用表示
2018/8/23
1,3-丁二烯的共振式
CH2 CH2 CH2 CH2 CH CH (1) CH CH (3) CH CH (5) CH CH (7) CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH CH (2) CH CH (4) CH CH (6) CH2 CH2 CH2
4). 速度控制产物和平衡控制 产物
CH3 CH3Cl, AlCl3 0C CH3 速度控制 CH3 AlCl3 100 C CH3
CH3
CH3
平衡控制
2018/8/23
烷基化试剂除卤代烃外还有：
＋ CH3CH2OH H2SO4 CH2CH3 + H2O
+ CH2
CH2
AlCl3/HCl 95 C AlCl3/HCl 95 C
2018/8/23
菲
§8.1 苯的结构
一、苯的Kekule式 1825年，Faraday从照明气中分离得到 1865年，Kekule提出了苯的环状构造式
H H C C H C H
2018/8/23
C C C
H
简写为：
H
苯Kekulé式的正确性
1.一取代产物只有一种
X
2.加3molCl2
3 Cl2
CH3 AlCl3 2
2018/8/23
CH3 CH3 +
3). 重排(如何制得正烷基苯？)
+ CH3CH2CH2Cl AlCl3 18__80 C 异丙苯 65－69％ 正丙苯 3.5－31％ CH(CH3)2 + CH2CH2CH3
_
因为一级正丙基正离子重排为 更稳定的二级异丙基正离子： CH3CHCH2 H 正丙基正离子 2018/8/23 重排 CH3CHCH3 异丙基正离子
2-氨基-5-羟基苯甲醛
2018/8/23
三、芳基
芳烃分子中去掉氢原子所剩下的部分， 用Ar表示。
CH2 C 6H 5 Ph或 苯基
2018/8/23
C6H5CH2 Bz 苯甲基或苄基
§8.3 单环芳烃的化学性质
一、亲电取代反应
＋ E+Nu－ HNO3 X2 H2SO4 RX、R+ RCOX、(RCO)2O
2018/8/23
＋ H2O
43% 13％
53% 79％
特点：1）可逆反应，除水，加过量苯有利于 正反应，稀酸加热有利逆反应；2）磺 酸基 可被硝基、卤素取代 应用：如制备纯邻氯甲苯
CH3
CH3
Cl (纯）
2018/8/23
磺化反应历程
O S O S
O
O
O
O
O H
O
SO3-
O S
S
O
O
O
SO3H
CH2CH3
CH(CH3)2
+ CH3CH CH3 + CH3C
2018/8/23
CH2
H2SO4 CH2
C(CH3)3
or (CH3)3COH
B). 酰基化
O CR + HCl 烷基苯基酮 ( RCOOH)
1共振式中原子的排列组合是相同的，不 同的是电子排列，PAI电子或未共用电子 对移动，弯箭头表示电子转移。 2共振式中成对电子数或未成对电子式应 相等。 3中性分子可表示为电荷分离式，但电子 转移与电负性一致。
2018/8/23
共振结构对杂化体的影响
1具有相同稳定性的共振结构参与形成的 共振杂化体特别稳定，共振效果显著， 反之由能量差别较大的共振结构杂，共 效果不明显 2参与共振的极限结构越多，共振杂化体 稳定 3越是稳定的共振结构对杂化体贡献最大
氢化热 120kJ/mol 208kJ/mol 离域能 120× 3－208＝152（kJ/mol）
2018/8/23
四、苯分子结构的共振论解释 1. Resonance（共振的基本概念）
共振是经典结构的叠加组成共振杂化体， 经典结构叫作极限结构、共振结构
2018/8/23
书写共振式的规则
2018/8/23
CH3
2. 2个取代基不同
确定主官能团，主官能团与苯环一起作母体， 另一个作取代基。