第六章 芳香烃

第六章芳香烃
第六章芳香烃一、苯的结构
苯的结构
二、芳香烃的分类与命名
三、芳香烃的物理性质
四、芳香烃的化学性质
五、稠环芳烃
七芳香性和休克尔规则
芳香性条件：1. 环状，封闭的共扼多烯，共平面
2 . π电子数符合4n+2 , n=0,1,2,….正整数芳香性：高度稳定性，发生取代而不发生加成反应
芳香性：高度稳定性发生取代而不发生加成反应
反芳香性极不稳定能量高于开链烯烃
反芳香性：极不稳定。

能量高于开链烯烃。

非芳香性：较稳定。

能量相当于开链烯烃。

具有芳香性化合物的主要性质
()芳香开烯定
(1)芳香性化合物比相应的开链共轭多烯稳定。

(2)芳香性化合物有较强的环电流与抗磁性。

(3)在化学性质上热稳定性增加。

与亲电试剂不发生加成，
而发生取代反应。

对氧化剂稳定性增加。

而发生取代反应对氧化剂稳定性增加
O CH C CH C
O
O O
RCCl O
RC CR
O CCH O
C CCH
O
O
O O
CCH C CCH
CCH O CCH O O CCH CCH O
53%
O
O CCl CCH
O CCl
O
O , -OH, -OR, -NHCR, -OCR
O
-CH
-CR-COR-CNH O O O
O
N
C-R O。

第六章 芳香烃● 教学基本要求1、掌握单环芳香烃的同分异构及命名；2、掌握单环芳香烃的化学性质和芳环亲电取代反应历程；3、掌握苯环取代定位规律并能初步应用在合成上；4、了解多环芳烃和Huckel 规则。

● 教学重点单环芳香烃的化学性质和芳环亲电取代反应历程；苯环取代定位规律并能初步在合成上的应用。

● 教学难点单环芳香烃的化学性质和芳环亲电取代反应历程；苯环取代定位规律并能初步在合成上的应用。

● 教学时数： ● 教学方法与手段 1、讲授与练习相结合；2、传统教学方法与与现代教学手段相结合；3、启发式教学。

● 教学内容第一节 单环芳烃在化学反应中不易发生加成、氧化反应，而易进行取代反应的特性，被称之为芳香性。

具有芳香性的烃，统称为芳香烃，简称芳烃。

芳烃有苯系芳烃和非苯系芳烃之分。

1.1苯的结构 1、苯的结构苯的分子式为C 6H 6，碳氢数目比为1：1，应具有高度不饱和性。

事实则不然，在一般条件下，苯不能被高锰酸钾等氧化剂氧化，也不能与卤素、卤化氢等进行加成反应，但它却容易发生取代发应，并且苯环具有较高的热稳定性，加热到900℃也不分解。

苯具有芳香性，必然是由于它存在一个特殊的结构所决定的。

1865年，凯库勒（Kekule’）提出了苯的环状对称结构式： 简写式HCCC CC C H HH此式称为苯的凯库勒式，碳环是由三个C=C 和三个C —C 交替排列而成。

它可以说明苯分子的组成及原子相互连接次序，并表明碳原子是四价的，六个氢原子的位置等同，因而可以解释苯的一元取代产物只有一种的实验事实。

但是凯库勒式不能解释苯环在一般条件下不能发生类似烯烃的加成、氧化反应；也不能解释苯的邻位二元取代产物只有一种的实验事实。

按凯库勒式推测苯的邻位二元取代产物，应有以下两种：显然，凯库勒式不能表明苯的真实结构。

近代物理方法测定证明，苯分子中的六个碳原子和六个氢原子都在同一平面上，碳碳键长均相等（0.1396nm ），六个碳原子组成一个正六边形，所有键角均为120°。

第六章芳香烃Ⅰ. 三维球型芳香分子—富勒烯1985年英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托博士（Sir Harold Walter Kroto，1939年10月7日～）和美国科学家理查德·埃里特·史沫莱（Sir Richard Errett Smalley，1943年6月6日～）等人在氦气流中以激光汽化蒸发石墨实验中首次制得由60个碳组成的碳原子簇结构分子C60。

是90年代科学界重大成果之一。

为此，克罗托等获得1996年度诺贝尔化学奖。

C60是由60个碳原子组成的球型分子，C60具有笼形结构，在物理及化学性质上可看作三维的芳香化合物，分子立体构型属于D5h点群对称性。

包含12个五元环和20个六元环，直径为0.71nm。

因其稳定性可用美国著名建筑设计师R.B.Fuller发明的短程线圆顶结构加以解释，故命名为富勒烯Fullerene。

由于球面弯曲效应和五元环的存在, 引起碳原子轨道的杂化方式改变，C60分子中的杂化轨道介于石墨的sp2和金刚石的sp3杂化之间，σ键沿球面方向，而 键则垂直分布在球的内外表面，形成了三维球状芳香分子。

五边形环为单键，两个六边形环的共用边则为双键。

单键长146pm称为长键；双键长139pm称为短键。

以后又相继发现了C44、C50、C76、C80、C84、C90、C94、C120、C180、C540。

等纯碳组成的分子，它们均属于富勒烯家族，经证实它们属于碳的第三种同素异形体，其中C60的丰度约为50%。

由于特殊的结构和性质，C60及其衍生物在超导、磁性、光学、催化、材料及生物等方面表现出优异的性能，得到广泛的应用。

特别是1990年以来Kratschmer和Huffman等人制备出克量级的C60，使C60的应用研究更加全面、活跃。

C60分子结构示意图Nelson等人报道C60对田鼠表皮具有潜在的肿瘤毒性。

Baier等人认为C60与超氧阴离子之间存在相互作用。

第六章芳香烃一、基本要求掌握：苯的结构；芳香烃的命名、化学性质及休克尔规则；苯环取代的定位规律及其规则。

了解：芳香烃的分类方法及其主要同系物。

二、主要内容芳香烃是芳香族化合物的母体。

芳香族化合物是具有“芳香性”的化合物。

所谓芳香性是指易发生取代反应，难发生加成反应和氧化反应，环具有特殊的稳定性，不易开环等。

苯是一种典型的芳香烃，苯分子中的六个碳原子均为sp2杂化，处于同一个平面上，形成六个碳原子六个π电子的环状共轭体系，电子云密度完全均化，环相当稳定，易发生取代，难发生加成反应。

苯的反应：卤代; 硝化; 磺化; 烷基化和酰基化邻对位取代基主要使新导入的取代基进入邻位和对位，除卤素外一般使苯环活化。

这类定位基的结构特征是与苯环直接相连的原子不含重键，多数含有孤对电子。

间位基主要使新导入的取代基进入其间位，它们使苯环钝化。

间位定位基的特征是与苯环直接相连的原子一般含有重键或带有正电荷。

苯的二元取代物发生亲电取代反应时，第三个取代基的位置由苯环上原有的两个取代基决定。

经验规律如下：（1） 活化基团的作用超过钝化基团（2） 取代基的作用具有加和性（3） 第三个取代基一般不进入1,3-取代苯的2位烷基苯在强氧化剂的作用下，发生侧链氧化，无论侧链的长短如何，都被氧化为羧基。

稠环芳香烃分子中形成了闭合共轭体系，因此具有芳香性。

由于环上电子云密度分布不是均匀的，因此环上碳原子的亲电取代反应活性不同，反应活性为γ-位>α-位>β-位。

三、重点和难点（一）芳香烃的化学性质及休克尔规则（二）苯的结构及苯取代反应的的定位规律及其应用四、化学反应小结1、芳香环上的亲电取代反应a 、卤代反应+X 2FeX 3X+X 2FeX 3X(X =Cl,Br)稠环芳香烃—萘的亲电取代反应有两个位置（α-位、β-位），α-位反应活性高于β-位。

反应机制与苯的亲电取代反应相同。

b 、硝化反应+HNO 3H 2SO 4NO 2+HNO 3NO 2H 2SO 4 c 、磺化反应+浓H 2SO 4SO 3H SO 3H+浓H 2SO 4SO 3H 60℃165℃165℃ d 、烷基化反应由于Friedel-Crafts 烷基化反应过程中有碳正离子中间体产生，当烷基的碳原子数大于两个，则碳正离子可能会出现重排，发生碳链异构化作用。