当前位置：文档之家 › 有机化学课件7-芳烃

有机化学课件7-芳烃

  • 格式：pdf
  • 大小：4.06 MB
  • 文档页数：150

下载文档原格式

  / 150

合集下载

有机化学课件007-芳烃

有机化学课件007-芳烃

• 平面型分子 • C－C、 C－H完全相等
2 现代价键理论
(1) 价键理论 六个碳碳σ键：sp2-sp2， 六个碳氢σ键：sp2-1s，
6
六个p轨道从侧面互相重叠形成 Π 6 。
· · · · · ·
0.108nm
120° 0.1397nm
Π
6 6
苯的大π键 Π 6。
6
闭合大π键的电子云像两个救生圈分布在分子平面的上下。
1. 苯环的性质分析
有p电子，象烯烃
•与亲电试剂反应（主要性质） •不饱和，可加成 失去稳定的苯 环，较难发生 •被氧化剂氧化
与亲电试剂反应分析
NuE+
+
Nu
H H E
H E
加成
不利 （失去芳环）
－H+ห้องสมุดไป่ตู้
取代
有利 E （恢复芳环）

苯环上的亲电取代机理通式
E+
+
H E
H
+
H
+
慢
E
E
势 能
+ H E
1,3-二甲苯（间二甲苯）
ethylbenzene
1,2-dimethylbenzene
1,3-dimethylbenzene
C H2C H3 1 C H2C H2C H3
2 3 4
C H3C H2C H2C H2
5
_ 乙基 _ _ 丙基 _ _ 丁基苯 1 2 5
如烃基较复杂或有不饱和键时，以把链烃当作母体，苯 环当作取代基。如
Friedel-Crafts 反应 （傅－克反应）
O C
R
酰基化反应
2 硝化反应

有机化学六章芳烃.ppt.Convertor

有机化学六章芳烃.ppt.Convertor

第六章芳烃芳烃是芳香族碳氢化合物的简称。

一般情况下，把苯及其衍生物称为芳香族化合物。

其中分子中只含一个苯环的芳烃叫做单环芳烃。

芳香二字的来由最初是指从天然树脂（香精油）中提取而得、具有芳香气的物质。

现代芳烃的概念是指具有芳香性的一类环状化合物，它们不一定具有香味，也不一定含有苯环结构。

芳香烃具有其特征性质——芳香性（易取代，难加成，难氧化）。

第一节单环芳烃的结构、异构和命名一、单环芳烃的结构苯是单环芳烃中最简单最重要的化合物，也是所有芳香族化合物的母体。

1. 凯库勒构造式根据元素分析得知苯的分子式为C6H6。

仅从苯的分子式判断，苯应具有很高的不饱和度，显示不饱和烃的典型反应—加成、氧化、聚合，然而苯却是一个十分稳定的化合物。

通常情况下，苯很难发生加成反应，也难被氧化，在一定条件下，能发生取代反应，称为“芳香性”。

1865年凯库勒从苯的分子式出发，根据苯的一元取代物只有一种，说明六个氢原子是等同的事实，提出了苯的环状结构。

这个式子虽然可以说明苯分子的组成以及原子间连接的次序，但这个式子仍存在着缺点，它不能说明苯既然含有三个双键，为什么苯不起类似烯烃的加成反应？环己烯的氢化热为119.6kJ/mol,如果苯的构造式用凯库勒式表示的话，苯的氢化热为环己烯氢化热的三倍。

119.6×3=358.8KJ/mol 。

实际上苯的氢化热是208.4KJ/mol,比预计的数值低150.4KJ/mol。

2.闭合共轭体系根据现代物理方法（如X射线法，光谱法等）证明了苯分子是一个平面正六边形构型，键角都是120℃ ,碳碳键的键长都是0.1397nm。

按照轨道杂化理论，苯分子中六个碳原子都以sp2杂化轨道互相沿对称轴的方向重叠形成六个C-C σ键，组成一个正六边形。

每个碳原子各以一个sp2杂化轨道分别与氢原子1s轨道沿对称轴方向重叠形成六个C-H σ键。

由于是sp2杂化，所以键角都是120℃,所有碳原子和氢原子都在同一平面上。

有机化学07芳烃_芳香性xiu

有机化学07芳烃_芳香性xiu
H O + CH3C Cl
AlCl3 80°C
O CCH3 + HCl
苯乙酮 (Acetophenone)(97%)
酰氯的制备 羧酸与亚硫酰氯或PCl5反应： 羧酸与亚硫酰氯或
O CH3C OH + SOCl2
80°C
O CH3C Cl + SO2 + HCl
酸酐: 酸酐
O H O
AlCl3 80°C
7.7联苯及其衍生物 7.7联苯及其衍生物 7.8 稠环化合物 7.9杂环化合物 7.9杂环化合物
芳烃： 芳烃：指苯及其衍生物以及具有类似苯环结构和性质的 一类化合物。 一类化合物。 CH3CHCH3 CH3 CH Cl
7.1芳烃的分类： 7.1芳烃的分类： 芳烃的分类
3
CH3
甲苯 氯苯 异丙(基 苯 异丙 基)苯 邻二甲苯
Br Br + FeBr3
δ δ
Br
Br FeBr3
Br2 与FeBr3 的络合
第二步： 极化了的溴进攻苯环 第二步：
+ Br
δ
Br
FeBr3
δ
慢
Br H + Br
FeBr3
生成苯碳正离子中间体。 生成苯碳正离子中间体。此步骤是 决定反应速率的一步。 决定反应速率的一步。
烯丙基型正离子: 烯丙基型正离子 p - π 共轭 π - 电子的离域产生共振杂化体： 电子的离域产生共振杂化体：
②分子轨道理论
6 相互交盖的 2p轨道 组合成 个分子轨道 轨道 组合成6个分子轨道
图 7.2苯的π分子轨道和能级 7.2苯的π 苯的
③休克尔规则及应用 电子数为（ 凡π 电子数为（4n+2）的闭合结构都具有芳香性。 ）的闭合结构都具有芳香性。 π 电子数 ，有芳香性 电子数=6， π 电子数 ，无芳香性 电子数=4， ④芳香性判断 判断依据 π 电子数为（4n+2），（ 电子数为（ ），（n=0，1，2正整数） 正整数） ），（ ， ， 正整数 共平面环状共轭结构

有机化学第七章芳香烃

有机化学第七章芳香烃

C H 2 C H 3 +H B r
7 6 %
注意： A、催化剂： a、路易斯酸 无水AlCl3 、SbCl5 、
FeCl3 、FeBr3 、ZnCl2 etc b、强酸 HCl 、HF、 H2SO4 、H3PO4 c、中性分子 BF3
芳环上的H原子可以被卤素、硝基、磺酸 基、烷基等取代。
1、卤代反响：芳环上的H原子被X原子所取 代的反响叫卤代反响。当有催化剂Fe或卤化铁时， 苯与X2作用生成卤苯。
+ Cl2 + Br2
Fe 或 FeCl3 55~60℃
Fe 或 FeBr3 55~60℃
+ 2Cl2 Fe 或 FeCl3
Cl
+ HCl
H
120°
H
0.1397nm
H
正六边形结构 所有的原子共平面
120°
0.1397nm
C-C 键长均为0.1397nm
H
H
C-H键长均为0.110nm
0.110nmH
所有键角都为120°
上述特征是共轭体系的特征。 所以，凯库勒构造式并未真正反映出苯的真 实构造，它存在缺陷。随着有机化学理论和技 术的开展，对苯的构造提出了许多新的观点， 如共振构造式、分子轨道理论、杂化理论等。 下面介绍杂化理论对苯构造的解释。
〔2〕按照凯库勒构造 式，苯的邻二取代物应有
X
两种异构体，但实际上只
X
X
有一种异构体。
X
〔3〕苯环有单、双键，苯环不是正六边形。
在一般情况下，碳碳双键为0.134nm ， 碳 碳单键为0.154nm。即单键、双键的键长不相等。 但根据现代物理方法测定结果说明：
A、所有碳碳键的键长均为0.139nm，即平均化。 B、碳碳键的键角为120°，即SP2杂化。 C、所有C、H原子位于同一平面。

有机化学第七章 芳烃

有机化学第七章 芳烃

2-甲基-3-苯基戊烷 2-methyl-3-phenylpentane
烃链上含有多个苯环时，一般 把苯作取代基，烃作母体。
C H
三苯甲烷
2. 二烃基取代苯：有三种异构体，取代基的位置可以用 阿拉伯数字标出，或用邻、间、对(o-, m-, p-)表示。
CH3 CH3
CH 3 CH3
CH3
CH3
1, 2-二甲苯 1, 3-二甲苯 1, 4-二甲苯
O + N + O
H
E
⑤原子不具有完整的价电子层且带电荷的极限结构稳定性 差，对真实分子贡献小。 CH2=O-CH3 · ·
稳定 +
CH2-O-CH3
不稳定 碳不具有完整的价电子层
+
在共振式中，稳定的经典结构式越多，其杂化体越稳定。 4. 关于共振论应用的几点说明： ①共振论在有机化学上有重要的作用，能解释并预测一些 有机化合物的基本的化学性质； ②共振论是一种理论，共振式是理论上存在的，无法测得； ③共振论引入了一些人为规定，对某些化学现象尚不能给
苄基(Benzyl)：甲苯的甲基上去掉一个H后的基团，用Bz 表示。
CH2
苯 Benzen 苯基 phenyl 苄基 benzyl （ phenyl methyl)
CH2Cl
苄氯(氯化苄) Benzyl chloride
三、芳香族化合物
1. 取代基若为硝基或卤素，应以苯环为母体来命名。
NO2
Br
共振能152kJ/mol 共振能12kJ/mol
（3）不同的极限式对共振杂化体的贡献大小不一样，能量 越低、越稳定的极限式的贡献越大。
+
贡献大 贡献小
（4）这些极限结构式均不是这一分子、离子或自由基的真 实结构，其真实结构为所有经典结构式的共振杂化体。

有机化学课件芳烃(苯环上的定位效应)

有机化学课件芳烃(苯环上的定位效应)

的重要原料。
8
7
1
2
6
5
3 4
属于苯型芳香烃
命名
• 命名：各有其特殊的名称和编号
NO2
OH
NO2
1,5-二硝基萘
β-萘酚 2-萘酚
OH
α-萘酚 1-萘酚
S O 3H
4-甲基-1-萘磺酸
CH3
• 1.卤代 • 2.硝化 • 3.磺化
萘的亲电取代
Cl
Cl2 FeCl3
HNO3 H2SO4 20~50oC
有机化学课件芳烃(苯环上的定位效应)
第5章 芳香烃（aromatic hydrocarbon ）
• 苯的结构
• 芳香烃的命名
苯及其同系物的命名
• 苯及其同系物的物理性质
• 苯及其同系物的化学性质
• 苯环上的定位规律
• 稠环芳香烃
• 芳香性
❖ 苯环上的定位效应
CH3
30oC + HNO3
Z
+E
NO2
CHOCOR CO 2R CON 2 H
NO2
NO2
+ HNO3 ( H2SO4 )
COOH Fe
+ Cl2
NO2 COOH
Cl
写出下列反应的产物
NR2
NR2
NR2
+ H2SO4
HNO3
NO2 +
CH=CH2
+ HNO3 H2SO4
CH=CH2 NO2
+
NO2 CH=CH2
CCl3
C Cl3
NO2
定位基
苯环上的第三取代基的引入
• 第三取代基进入的位置和速率由原来的两个取代 基的综合效应决定：

有机化学课件芳烃共104页

有机化学课件芳烃共104页

▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
Hale Waihona Puke 29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
104
有机化学课件芳烃
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭

有机化学7芳烃-96页PPT精品文档

有机化学7芳烃-96页PPT精品文档

H
H
C
H
C
C
C
C
H
C
H
H
这个成环的概念在有机化学结构理论上是一 重大突破。
“我坐下来写我的教科书，但工 作没有进展，我的思想开小差了。我 把椅子转向火炉，打起嗑睡来了。原 子又在我眼前跳跃起来了，这时较小 的基团谦逊地退到后面，我的思想因 这种幻觉的不断出现变得更敏锐了， 现在能分辨出多种形状的大结构；也 能分辨出有时紧密地靠近在一起的长 行分子，它们盘绕、旋转，象蛇一样 动着。看！那是什么？有一条蛇咬住 了自己的尾巴。这种形状虚幻地在我 眼前旋转着，像是电光一闪，我醒 了……。我花了这一夜的其余时间， 作出了这个设想”。先生们！让我们 学会作梦吧！或许我们将在梦中得到 真理。
O
O R-C

OO
O + CH3-C-Cl AlCl3
C-CH3
乙酰氯
苯乙酮
CH3
O
CH3
化 反 应 不 能 进 行 。
吸 电 基 时 ， 付 － 克 酰 基
*
芳 烃 分 子 中 若 含 有 强
+ CH3 -C O CH3 -C
AlCl3
+ CH3COOH
O
乙酐
O= C-CH3
CH3
NO2
溴苯
甲苯
硝基苯
(2)当取代基为－NH2、－OH、－CHO、－ SO3H、 －COOH等时，则把它们各看作一类化 合物。
OH
NH2
COOH SO3H CHO
苯酚
苯胺
苯甲酸 苯磺酸 苯甲醛
OH
1 2
-Cl
3 4
间氯苯酚 m-氯苯酚 3-氯苯酚
NH2 1 -NO2 2

有机化学第七章 芳香烃

有机化学第七章 芳香烃
Organic Chem
Step 3 The loss of a proton to restore the aromatic system.
Organic Chem
2.硝化
进攻质点：
浓H2SO4 + HNO3
+ 发烟 HNO3 浓H2SO4
CH3 浓H2SO4 O2N
+ HNO3
NO2
NO2
NO2 CH3
硝基苯
氯苯
b 、 当苯环上连有-COOH，-SO3H，-NH2，-OH，-CHO，CH=CH2或R较复杂时，则把苯环作为取代基。
COOH
SO3H
CHO
OH
NH 2
苯甲酸
苯磺酸
CH=CH 2
苯甲醛
苯酚
CH 3
CH 3-CH2-CH-C-CH 2-CH3 CH 3
苯胺
苯乙烯
3，3-二甲基-4-苯基己烷
Organic Chem
25C
SO3H + H2O
SO3H
SO3H
200~245C
280~290C
+ H2SO4 + SO3
SO2Cl SO3H HO3S
+ 2ClSO3H
SO3H SO3H
进攻质点SO3： 2H2SO4
H3O+ + HSO4- + SO3
Organic Chem
讨论： 可逆反应
除水促进正反应（发烟H2SO4） 从苯环上除 去SO3H(H2O/ )
Organic Chem
后出现的取代基与苯一起作为新的母体，其它取代基 依次列出，尽量使取代基的位次之和最小：
OH
HO
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
，而使C2-C3、C5-C6之间的π电子云密度削弱。整体看来，苯环 的6个碳原子中每相邻的两个碳原子之间的p电子云密度都相等， 所以，苯的C-C键长完全平均化了。
四、从氢化热看苯的稳定性
氢化热是衡量分子内能大小尺度。氢化热越大分子内能越 高，越不稳定；氢化热越低，分子内能越低，分子越稳定。
1.
的氢化热119.6kJ/mol
多取代苯命名：按最低系列原则编号，“较优” 基团（原子序数大的基团）放在后边。
⑵ 当取代基为-NH2 ,–OH ,–CHO ,–COOH ,–SO3H 等，则把它们看 作一类化合物
⑶ 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：
-Cl, -NO2,-OR,-R,-NH2,-OH,-COR,-CHO,-CN,-CONH2,-COX,COOR,-SO3H,-COOH,-N+R3等。 在这个顺序中排在后面的为母体，排在前的为取代基，如：
表7－1常见官能团的词头和词尾名称
补充：
（1）命名时，先出现的官能团为主官能团，与苯环一起作母体，另一 个为取代基。例如：
NO2
Cl 对硝基氯苯
Cl OCH3
邻氯苯甲醚
HO COOH
间羟基苯甲酸 OH OCH3
2－甲氧基苯酚
CHO或更多取代基时，可按表中所列顺序，先出 现的官能团为主官能团，与苯环一起作为母体，母体官能团的位
五、共振理论与苯的共振结构
1、共振论认为：有些分子的真正结构是两个或两个以上价键结构式共
振的结果。共振论基本要点： 当一个分子、离子或自由基按照价键理论可以写出两个以上
的经典结构式时，这些结构式构成一个共振杂化体，共振 杂化体接近实际分子。 如苯分子是由下列式子参加共振的：
为共振符号，与表示平衡的
（2）电荷分离式贡献小，不稳定（见课本） （3）等价的极限式对共振杂化体贡献相等。 （4）极限式中所有原子均有完整的价电子层的结构稳定
（5） 在电负性大的原子上带负电荷的结构比负电荷在电负 性较小的原 子上的结构更稳定；同样，正电荷在电负性小的 原子上比电负性大的原子更加稳定。
（6）键角和键长有改变的结构不稳定。
问题：离域的大π键如何形成？
三、苯的分子轨道模型 分子轨道法认为六个p轨道线性组合成六个π分子轨道，其中三个 成键轨道ψ1ψ2ψ3 和三个反键轨道ψ4ψ5ψ6 。
离域大π键的形成解释：
苯分子的大π键可以看作三个π键轨道叠加而成。Ψ1使6个碳原子 之间的π电子云密度都加大； Ψ2使C2-C3、C5-C6之间的π电子云 密度加大，而使C1-C2、C3-C4、 C4-C5之间的π电子云密度削弱。 Ψ3使C1-C2、C3-C4、 C4-C5之间的π电子云密度加大。
不同。这些可能的经
典结构式称为极限式，任何一个极限式都不足以反映该分子的真实
结构。
2、共振能与分子的稳定性 共振能：将极限式的能量与实际分子的能量作对比，差值即为 共振能。 同一化合物不同极限式对共振杂化体的贡献大小判断或极限式 稳定性大小判断： ⑴ 有较多共价键的结构通常比共价键少的结构更稳定，对共振 杂化体贡献更大。
2、如果苯的构造式用凯库勒式表示的话，苯的氢化热为环己烯氢 化热的三倍。119.6×3=358.8kJ/mol
3、实际上苯的氢化热是208.4kJ/mol,比预计的数值低150.4kJ/mol. 这是由于苯环中存在共轭体系，π电子高度离域的结果，这部分能 量为苯的共轭能或离域能。 从上所述，我们可以认识到苯分子具有较低的内能，分子稳定。
凯库勒式并不能确切地反映苯的某些性质，如不易发生加 成反应。
20世纪30年代，根据现代物理方法如X射线法，光谱法等， 证明了苯分子是一个平面正六边形构型，键角都是120o ,碳碳 键的键长都是0.1397nm。
二、苯分子结构的价键观点
按照杂化轨道理论，苯分子中六个碳原子都以sp2杂化轨道互相沿对 称轴的方向重叠形成六个C-C σ 键，组成一个正六边形。每个碳原子 各以一个sp2杂化轨道分别与氢原子1s轨道沿对称轴方向重叠形成六个 C-H σ键。由于是sp2杂化，所以键角都是120o,所有碳原子和氢原子都 在同一平面上。每个碳原子还有一个垂直于σ 键平面的p轨道，每个p 轨道上有一个p电子，六个p轨道组成了大π键。
3 极限式的书写规则 ⑴ 必须遵守价键理论，氢原子的外层电子数不能超过2个。第 二周期元素最外层电子数不能超过8个，碳为4价。 ⑵ 原子核的相对位置不能改变，只允许电子排布上有所差别。
但不能写成环状结构
（3）在所有极限式中，未共用电子数必须相等。
六、苯的构造式的表示法
目前一般仍采用凯库勒式，但在使用时不能把它误作为单双键 之分。也有用一个带有圆圈的正六角形来表示苯环，在六角形 的每个角上都表示每个碳连有一个氢原子，直线表示σ键，圆 圈表示大π键。
第七章 芳烃
Aromatic hydrocarbon
芳烃的定义：芳香族碳氢化合物。
“芳香”的含义：结构上，有一个环闭的共轭体系，共轭体系中 的原子在一个平面上，平面的上下两侧有环状离域的p电子云，而 且组成该p电子云的p电子数符合4n+2规则。
第一节 苯的结构
一、苯的凯库勒式
凯库勒曾用两个式子来表示苯的结构，并且设想这两个式 子之间的摆动代表着苯的真实结构：
第二节 芳烃的异构现象
及命名
1. 单取代烃基苯只有一种，没有异构体。
① 简单烃基苯命名是以苯环作为母体，称为某烃基苯（“某” 字可略去）
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，苯环当作取代基。
⒉ 二取代苯有三种异构体
⒊ 三烃基苯也有三种异构体
连三甲苯
偏三甲苯
均三甲苯
⒋ 芳基 当芳烃分子消去一个氢原子所剩下的原子团叫芳基（Aryl）,用Ar
表示。C6H5- 叫苯基(Phenyl)。可用Ph表示或用 f 表示。 C6H5CH2- 叫苄基（苯甲基），可用Bz表示。 ⒌ 芳烃衍生物的命名 ⑴ 某些取代基（硝基 -NO2，亚硝基 -NO,卤素 -X等）通常只作取代 基而不作母体。具有这些取代基的芳烃衍生物，命名时，芳烃为母 体，叫做某取代芳烃。如：