化学芳香烃课件

1、11.十九世纪30年代，欧洲经历空前的技术革命，已经陆续用煤气照明，煤炭工业蒸蒸日上。2.煤焦油造成严重污染，要想变废为宝，必须对煤焦油进行分离提纯。3.煤焦油焦臭黑粘，化学家们忍受烧烤熏蒸，辛勤工作在炉前塔旁。4.1825年6月16日，法拉第向伦敦皇家学会报告，发现一种新的碳氢化合物。5.日拉尔等化学家测定该烃分子式是C6H6,这种烃就是苯。2 凯凯库勒（库勒（1829189618291896）是德国化学家，）是德国化学家，经典有机化学结构理论的奠基人之一。经典有机化学结构理论的奠基人之一。18471847年考入吉森大学建筑系，由于听了一代宗师年考入吉森大学建筑系，由于听了一代宗师李比希的化

2、学讲座，被李比希的魅力所征服，李比希的化学讲座，被李比希的魅力所征服，结果成为化学家，他擅长从建筑学的观点研结果成为化学家，他擅长从建筑学的观点研究化学问题，被人称为究化学问题，被人称为“化学建筑师化学建筑师”。3“化学建筑师化学建筑师”凯库勒的主要贡献：凯库勒的主要贡献：1.1.用现代语言把有机化学定义为研究碳用现代语言把有机化学定义为研究碳化合物的化学。化合物的化学。2.2.提出有机化合物中碳的四价理论。提出有机化合物中碳的四价理论。3.3.提出有机物的碳链学说。提出有机物的碳链学说。4.4.提出苯分子环状结构理论。提出苯分子环状结构理论。4 凯库勒的发现与他本人具备以下素质有关：凯库勒的

3、发现与他本人具备以下素质有关：1.1.广博而精深的化学知识。广博而精深的化学知识。2.2.建筑学造诣和对空间结构的丰富想象力。建筑学造诣和对空间结构的丰富想象力。3.3.很强的审美能力和丰富的审美经验。很强的审美能力和丰富的审美经验。4.4.勤奋钻研的品质和执著追求的科学态度。勤奋钻研的品质和执著追求的科学态度。5发现或明确发现或明确要解决的要解决的问题问题收集有关收集有关的资料、文的资料、文献和数据献和数据提出假说提出假说（几种可（几种可能性）能性）验证假说验证假说得出肯定或得出肯定或否定的结果否定的结果发现问题发现问题的规律的规律得出结论得出结论 自然科学自然科学方法论探索科方法论探索科学

4、问题的基本学问题的基本过程过程6 凯库勒在凯库勒在18661866年发表的年发表的“关关于芳香族化合物的研究于芳香族化合物的研究”一文中，一文中，提出两个假说：提出两个假说：1.1.苯的苯的6 6个碳原子形成环状闭链，个碳原子形成环状闭链，即平面六角闭链。即平面六角闭链。2.2.各碳原子之间存在单双键交替各碳原子之间存在单双键交替形式。形式。7假说假说1 1根据事实提出，很快被证实：根据事实提出，很快被证实： 苯的一元溴代物只有一种。苯的一元溴代物只有一种。 他的儿子小帕金以实验证实环状结构的假设。他的儿子小帕金以实验证实环状结构的假设。假说假说2 2遇到麻烦。按假说遇到麻烦。按假说2 2推知

5、，苯的邻位二元取代物推知，苯的邻位二元取代物 应有两种（同分异构体）：应有两种（同分异构体）：X XX XX XX X然而实验结果并没有发现这一情况。然而实验结果并没有发现这一情况。 凯库勒的假说凯库勒的假说2 2暴露出缺陷。暴露出缺陷。8 18721872年凯库勒提出补充论点：年凯库勒提出补充论点： 苯分子中碳原子完全以平衡位置为苯分子中碳原子完全以平衡位置为中心进行振荡运动，使得相邻的两个碳中心进行振荡运动，使得相邻的两个碳原子不断反复进行相吸与相斥，双键因原子不断反复进行相吸与相斥，双键因此不断更换位置。苯分子实际如下图所此不断更换位置。苯分子实际如下图所示，不断地进行两种结构的交替运动

6、示，不断地进行两种结构的交替运动。91. 19351. 1935年，詹斯用年，詹斯用X X射线衍射法证实苯环呈射线衍射法证实苯环呈平面的正六边形。凯库勒的假说平面的正六边形。凯库勒的假说1 1被确认为是被确认为是反映客观事实的假设。反映客观事实的假设。2. 2. 经修正的凯库勒假说，逐渐被现代化学理经修正的凯库勒假说，逐渐被现代化学理论所采用。论所采用。 为了纪念凯库勒，他所提出的苯的结构式为了纪念凯库勒，他所提出的苯的结构式被命名为凯库勒结构式，现仍被使用。但苯分被命名为凯库勒结构式，现仍被使用。但苯分子中并没有交替存在的单、双键。子中并没有交替存在的单、双键。10 到达知识高峰的人往往是到

7、达知识高峰的人往往是以渴望求知为动力，用尽毕生以渴望求知为动力，用尽毕生精力进行探索的人，而绝不是精力进行探索的人，而绝不是那些以谋取私利为目的的人。那些以谋取私利为目的的人。 凯库勒凯库勒 （经典有机化学结构理论（经典有机化学结构理论 的奠基的人之一的奠基的人之一）化学家预言第一次世界大战化学家预言第一次世界大战 1912-1913 1912-1913年，德国在国际市场上大量收购年，德国在国际市场上大量收购石油。由于有利可图，许多国家的石油商都石油。由于有利可图，许多国家的石油商都不惜压低价格争着与德国人做生意，但令人不惜压低价格争着与德国人做生意，但令人不可理解的是，德国人只要婆罗洲的石油

8、，不可理解的是，德国人只要婆罗洲的石油，其他的一概不要，并急急忙忙地把收购到婆其他的一概不要，并急急忙忙地把收购到婆罗洲的石油运到德国本土去。在石油商人感罗洲的石油运到德国本土去。在石油商人感到百思不得其解时到百思不得其解时, ,一位化学家提醒世人说：一位化学家提醒世人说：“德国人在准备发动战争了！德国人在准备发动战争了！”果然不出化果然不出化学家所料，德国于学家所料，德国于19141914年发动了第一次世界年发动了第一次世界大战。大战。 这位化学家为何知道德国将发动战争呢？这位化学家为何知道德国将发动战争呢？这一奇怪现象引起了一位化学家的注意他这一奇怪现象引起了一位化学家的注意他经过化验，发

9、现婆罗洲的石油成分与其他经过化验，发现婆罗洲的石油成分与其他地区的不同，它含有很少的直链烃，它含地区的不同，它含有很少的直链烃，它含有大量的苯和甲苯等芳香烃，正是适宜制有大量的苯和甲苯等芳香烃，正是适宜制造造“TNT”TNT”烈性炸药的三硝基甲苯的基础成烈性炸药的三硝基甲苯的基础成分。这位化学家们就是在对婆罗洲石油的分。这位化学家们就是在对婆罗洲石油的化学成分进行分析之后才向世人提出历史化学成分进行分析之后才向世人提出历史性预言的。性预言的。 13141.什么叫芳香烃？分子中含有苯环的一类烃属于芳香烃2.最简单的芳香烃是最简单的芳香烃是 苯苯15 一、苯的物理性质一、苯的物理性质（色、味、态、

10、熔点、沸点、密度、溶解性、特性）（色、味、态、熔点、沸点、密度、溶解性、特性）颜色颜色无色无色气味气味特殊气味特殊气味状态状态液态液态熔点熔点5.5沸点沸点80.1密度密度比水小比水小 毒性毒性有毒有毒溶解性溶解性 不溶于水不溶于水,易溶于有机易溶于有机溶剂。溶剂。易挥发易挥发16二、苯的分子结构与化学性质：二、苯的分子结构与化学性质：1 1）结构式）结构式 2 2）结构简式）结构简式CCCCCCHHHHHH 3）结构特点：）结构特点： （1 1）苯分子是平面六边形的稳定结构；）苯分子是平面六边形的稳定结构；（2 2）苯分子中碳碳键是）苯分子中碳碳键是介于介于碳碳单键碳碳单键与与碳碳双键碳碳双

11、键之间的一种之间的一种独特独特的键；的键；（3 3）苯分子中六个碳原子等效，六个氢原子等效）苯分子中六个碳原子等效，六个氢原子等效1、组成与结构组成与结构：分子式：分子式：C6H6键角键角 12017182、苯的化学性质、苯的化学性质 在通常情况下比较稳定，在一定条件下在通常情况下比较稳定，在一定条件下能发生氧化、取代、加成等反应。能发生氧化、取代、加成等反应。 苯的化学性质和烷烃、烯烃、炔烃苯的化学性质和烷烃、烯烃、炔烃有何异同点有何异同点?为什么为什么?19 （1） 氧化反应：氧化反应：现象：火焰明亮，带有浓烟现象：火焰明亮，带有浓烟思考：苯燃烧时为什么伴有浓烟？思考：苯燃烧时为什么伴有浓

12、烟？不能使不能使酸性高锰酸钾溶液褪色酸性高锰酸钾溶液褪色2C6H6+15O2 12CO2+ 6H2O点燃点燃a 燃烧燃烧b 与高锰酸钾反应与高锰酸钾反应20（2 2）取代反应）取代反应a a 苯的溴代苯的溴代反应条件：纯溴反应条件：纯溴( (液态液态) )、催化剂、催化剂b b 苯的硝化苯的硝化+ HNO3（浓）（浓）NO2+ H2O浓浓H2SO45060+ Br2Br + HBrFeBr321根据苯与溴、浓硝酸发生反应的条件，根据苯与溴、浓硝酸发生反应的条件，请你设计制备溴苯和硝基苯的实验方案请你设计制备溴苯和硝基苯的实验方案（注意仪器的选择和试剂的加入顺序）（注意仪器的选择和试剂的加入顺序

13、）实验思考题：实验思考题：1.1.苯、溴、苯、溴、FeFe屑等试剂加入烧瓶的顺序是怎样的？屑等试剂加入烧瓶的顺序是怎样的？2.Fe2.Fe屑的作用是什么？屑的作用是什么？3.3.将将FeFe屑加入烧瓶后，烧瓶内有什么现象？这说明什么？屑加入烧瓶后，烧瓶内有什么现象？这说明什么？4.4.长导管的作用是什么？长导管的作用是什么？5.5.为什么导管末端不插入液面下？为什么导管末端不插入液面下？6.6.哪些现象说明发生了取代反应而不是加成反应？哪些现象说明发生了取代反应而不是加成反应？7.7.纯净的溴苯应是无色的，为什么所得溴苯为褐色？怎样使纯净的溴苯应是无色的，为什么所得溴苯为褐色？怎样使之恢复本来

14、的面目？之恢复本来的面目？苯苯 液溴液溴 FeFe屑屑用作催化剂用作催化剂剧烈反应，轻微翻腾，有气体逸出。反应放热。剧烈反应，轻微翻腾，有气体逸出。反应放热。用于导气和冷凝回流（或冷凝器）用于导气和冷凝回流（或冷凝器）溴化氢易溶于水，防止倒吸。溴化氢易溶于水，防止倒吸。苯与溴反应生成溴苯的同时有溴化氢生成，说明它们发生了取代苯与溴反应生成溴苯的同时有溴化氢生成，说明它们发生了取代反应而非加成反应。因加成反应不会生成溴化氢。反应而非加成反应。因加成反应不会生成溴化氢。因为未发生反应的溴和反应中的催化剂因为未发生反应的溴和反应中的催化剂FeBrFeBr3 3溶解在生成的溴苯中。溶解在生成的溴苯中。

15、用水和碱溶液反复洗涤可以使褐色褪去，还溴苯以本来的面目。用水和碱溶液反复洗涤可以使褐色褪去，还溴苯以本来的面目。 溴苯实验后思考题：溴苯实验后思考题：1.1.烧瓶中的试剂顺序能够颠倒吗？为什么？能用浓溴烧瓶中的试剂顺序能够颠倒吗？为什么？能用浓溴水代替液溴吗？为什么？水代替液溴吗？为什么？2.2.该反应的催化剂是该反应的催化剂是FeBrFeBr3 3, ,而反应时加的是而反应时加的是FeFe屑，屑， FeFe屑是怎样转化为屑是怎样转化为FeBrFeBr3 3的？的？3.3.该反应是放热反应，而苯、液溴均易挥发，为了减该反应是放热反应，而苯、液溴均易挥发，为了减少放热对苯及液溴挥发的影响，装置上

16、有哪些独特的少放热对苯及液溴挥发的影响，装置上有哪些独特的设计和考虑？设计和考虑？4.4.生成的生成的HBrHBr中常混有溴蒸气，此时用中常混有溴蒸气，此时用AgNOAgNO3 3溶液对溶液对HBrHBr的检验结果是否可靠？为什么？如何除去混在的检验结果是否可靠？为什么？如何除去混在HBrHBr中的中的溴蒸气？溴蒸气？5.5.如何分离出烧瓶中反应生成的溴苯？如何分离出烧瓶中反应生成的溴苯？ + Br2 Br + HBrFeBr3 + 2Br2 Br + 2HBrFeBr3 Br + 2Br2 Br + 2HBrFeBr3 Br苯在三卤化铁催化下可与苯在三卤化铁催化下可与ClCl2 2、BrBr

17、2 2发生取代反应，发生取代反应，生成一卤代苯、二卤代苯（主要是邻、对位取代产生成一卤代苯、二卤代苯（主要是邻、对位取代产物）等。物）等。25玻璃玻璃管管实验步骤实验步骤: :先将先将1.5mL1.5mL浓硝酸注入大试管浓硝酸注入大试管中中, ,再慢慢注入再慢慢注入2mL2mL浓硫酸浓硫酸, ,并及时摇匀和冷并及时摇匀和冷却却. .向冷却后的酸中逐滴加入向冷却后的酸中逐滴加入1mL1mL苯苯, ,充分振充分振荡荡, ,混和均匀混和均匀. .将混合物控制在将混合物控制在50-6050-60的条件下约的条件下约10min,10min,实验装置如左图实验装置如左图. .将反应后的液体到入盛冷水的烧杯

18、中将反应后的液体到入盛冷水的烧杯中, ,可可以看到烧杯底部有黄色油状物生成以看到烧杯底部有黄色油状物生成, ,经过分经过分离得到粗硝基苯离得到粗硝基苯. . 粗产品依次用蒸馏水和粗产品依次用蒸馏水和5%NaOH5%NaOH溶液洗涤溶液洗涤, ,最后再用蒸馏水洗涤最后再用蒸馏水洗涤. .将用无水将用无水CaClCaCl2 2干燥干燥后的粗硝基苯进行蒸馏后的粗硝基苯进行蒸馏, ,得到纯硝基苯得到纯硝基苯. .26注意：注意：浓硝酸和浓硫酸的混合酸要冷却到浓硝酸和浓硫酸的混合酸要冷却到50-6050-60以下，再慢慢滴入苯，边加边以下，再慢慢滴入苯，边加边振荡，因为反应放热，温度过高，苯易振荡，因为

19、反应放热，温度过高，苯易挥发，且硝酸也会分解，同时苯和浓硫挥发，且硝酸也会分解，同时苯和浓硫酸在酸在75-8075-80时会发生反应。时会发生反应。什么时候采用什么时候采用水浴加热水浴加热：需要加热，：需要加热，而且一定要控制在而且一定要控制在100100以下，均可采以下，均可采用水浴加热。如果超过用水浴加热。如果超过100 100 ，还可采，还可采用油浴（用油浴（0 0300 300 ）、沙浴温度更高。）、沙浴温度更高。27为提纯硝基苯，一般将粗产品依为提纯硝基苯，一般将粗产品依次用次用蒸馏水蒸馏水和和NaOHNaOH溶液溶液洗涤。洗涤。温度计必须温度计必须悬挂悬挂在在水浴水浴中。中。不纯的

20、硝基苯显不纯的硝基苯显黄黄色色 （因为溶（因为溶有有NONO2 2）而纯净硝基苯是无色，）而纯净硝基苯是无色，有苦杏仁味，比水重，油状液体。有苦杏仁味，比水重，油状液体。281.1.配制浓硫酸与浓硝酸混和酸时配制浓硫酸与浓硝酸混和酸时, ,是否可以是否可以将浓硝酸加入到浓硫酸中将浓硝酸加入到浓硫酸中? ?为什么为什么? ?2.2.步骤步骤中中, ,为了使反应在为了使反应在50-6050-60下进行下进行, ,常用的方法是什么常用的方法是什么? ?3.3.步骤步骤中洗涤、分离粗硝基苯使用的主要中洗涤、分离粗硝基苯使用的主要仪器是什么仪器是什么? ?4.4.步骤步骤中粗产品用中粗产品用5%NaOH

21、5%NaOH溶液洗涤的目的溶液洗涤的目的? ?5.5.敞口玻璃管的作用是什么敞口玻璃管的作用是什么? ?浓硫酸的作用浓硫酸的作用? ?29c 磺化（苯分子中的磺化（苯分子中的H原子被磺酸基原子被磺酸基取代的反应）取代的反应）+ H2O （苯磺酸）（苯磺酸）+ HOSO3H7580SO3H30（3）苯的）苯的加成反应加成反应 （与（与H2、Cl2)+ H2Ni环己烷环己烷加热加热+ 3Cl2催化剂催化剂ClClClClClClHHHHHH六六六六六六31对比与归纳对比与归纳烷烷烯烯苯苯与与BrBr2 2作用作用BrBr2 2试剂试剂反应条件反应条件反应类型反应类型与与KMnOKMnO4 4作用作

22、用点燃点燃现象现象结论结论纯溴纯溴溴水溴水纯溴纯溴溴水溴水光照光照取代取代加成加成Fe粉粉取代取代萃取萃取无反应无反应现象现象结结论论不褪色不褪色褪色褪色不褪色不褪色不被不被KMnO4氧化氧化易被易被KMnO4氧化氧化苯环难被苯环难被KMnOKMnO4 4氧化氧化焰色浅，焰色浅，无烟无烟焰色亮，焰色亮，有烟有烟焰色亮，浓烟焰色亮，浓烟C%低低C%较高较高C%高高小结：苯易取代、难加成、难氧化小结：苯易取代、难加成、难氧化32三、苯的同系物1.含义：苯的含义：苯的苯环苯环上氢原子被上氢原子被烷基烷基代替而得到的芳烃。代替而得到的芳烃。CH3 |CH2CH3 |CH3 | |CH3 |CH3CH3

23、 |CH3CH3H3CH3C 甲苯甲苯(C(C7 7H H8 8) ) 乙苯乙苯( C( C8 8H H1010) ) 对二甲苯对二甲苯(C(C8 8H H1010) ) 六甲基苯六甲基苯(C(C1212H H1818) )只含有只含有一个苯环一个苯环，且侧链为，且侧链为C-CC-C单键单键的芳香烃。的芳香烃。C Cn nH H2n-6 2n-6 (n6)2.通式：通式：332CnH2n-6 + 3 (n-1)O2点燃点燃 2nCO2+ 2(n-3)H2O（1）氧化反应）氧化反应a 燃烧反应燃烧反应现象：火焰明亮并带有浓现象：火焰明亮并带有浓烟烟3.化学性质化学性质342mL苯苯3滴滴高锰酸钾

24、酸性溶液高锰酸钾酸性溶液用力振荡用力振荡2mL甲苯甲苯3滴滴高锰酸钾酸性溶液高锰酸钾酸性溶液用力振荡用力振荡b b 苯环影响侧链，使侧链能被强氧化剂氧化苯环影响侧链，使侧链能被强氧化剂氧化实验实验结论：结论：苯苯不能不能被被KMnOKMnO4 4酸性溶液氧化，酸性溶液氧化，甲苯甲苯能能被被KMnOKMnO4 4酸性溶液氧化酸性溶液氧化未褪色未褪色褪色褪色35 甲苯被氧化的是侧链，即甲基被氧化，甲苯被氧化的是侧链，即甲基被氧化，该反应可简单表示为：该反应可简单表示为：CH3KMnOKMnO4 4、H H+ +COOH（苯甲酸）（苯甲酸） 这样的氧化反应，都是苯环上的烷烃这样的氧化反应，都是苯环上

25、的烷烃基被氧化，说明了基被氧化，说明了苯环上的烷烃基苯环上的烷烃基比烷烃比烷烃性质性质活泼活泼。这活泼性是苯环对烷烃基影响。这活泼性是苯环对烷烃基影响的结果。的结果。36苯的同系物的氧化反应反应机理：反应机理： |CH | O | COH |酸性高锰酸钾溶液酸性高锰酸钾溶液烷基上与苯环直接相连的碳原子烷基上与苯环直接相连的碳原子直接直接连氢原子连氢原子 H |CH | H H | |CC | | H C |CC | C37 CH3 |CCH3 | CH3CH3 | |CH2R CH3 |CH3CH CH3 |CCH3 | CH3HOOC | |COOHHOOCKMnOKMnO4 4/H/H+

26、+思考：产物是什么？思考：产物是什么？ 可用可用KMnOKMnO4 4酸性溶液作试剂鉴别苯的同系酸性溶液作试剂鉴别苯的同系物和苯、苯的同系物和烷烃。物和苯、苯的同系物和烷烃。38（2）取代反应）取代反应 甲苯能发生硝化反应甲苯能发生硝化反应邻硝基甲苯邻硝基甲苯对硝基甲苯对硝基甲苯222CH3 + HNO3浓硫酸浓硫酸30300 0C CCH3NO2CH3NO2+ + H2O2 2，4 4，6-6-三硝基甲苯三硝基甲苯简称三硝基甲苯，又叫简称三硝基甲苯，又叫TNTTNT是一种淡黄色针状晶体，是一种淡黄色针状晶体，不溶于水，不稳定，是一不溶于水，不稳定，是一种烈性炸药种烈性炸药CH3 | |NO2

27、CH3 |NO2O2N + 3HNO3 + 3H2O浓硫酸浓硫酸100CH3对苯环的影响对苯环的影响使取代反应更易进行使取代反应更易进行39（3）加成反应）加成反应CH3CH3催化剂催化剂+ 3H240(2)(2)苯的同系物含有侧链，性质与苯又有不同苯的同系物含有侧链，性质与苯又有不同侧链影响苯环，使苯环上的氢原子比苯更易侧链影响苯环，使苯环上的氢原子比苯更易被取代被取代苯环影响侧链，使侧链能被强氧化剂氧化苯环影响侧链，使侧链能被强氧化剂氧化(1)(1)苯的同系物和苯都含有苯环，性质相似苯的同系物和苯都含有苯环，性质相似氧化反应氧化反应取代反应取代反应加成反应加成反应小结：化学性质小结：化学性质41四、多环芳烃多苯代脂烃多苯代脂烃：苯环通过脂肪烃连在一起：苯环通过脂肪烃连在一起联苯或多联苯联苯或多联苯：苯环之间通过碳碳单键直接相连：苯环之间通过碳碳单键直接相连稠环芳烃稠环芳烃：苯环之间通过共用苯环的若干环边而形成：苯环之间通过共用苯环的若干环边而形成CHCH2 2二苯甲烷二苯甲烷(C(C1313H H1212) )联苯联苯(C(C1212H H1010) )萘萘(C(C1010H H8 8) )蒽蒽(C(C1414H H1010) )42芳香烃的来源及其应用芳香烃的来源及其应用1 1、来源：、来源：a a、煤的干馏、煤的干馏 b b、石油的催化重整、石油