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文档简介

1、第二节.芳香烃2011年3月25日1在1890 年,德国。一天,雇马车的人突然增多。马车夫问雇主:“上哪儿去?”答复令人莫名其妙:“随便!”“随便?”从来没有一个地名,叫做“随便”的!马车夫好不容易领会了雇主的意思。马车漫无目的地在街上转悠。雇主似乎无心观赏街景,闭起了双眼,进入了梦乡.那些雇主难道有钱无处花,雇了马车睡觉?哦,后来,人们才明白,原来是这么回事 2庆祝德国化学会成立25 周年的大会上,著名德国化学家凯库勒,讲述了自己怎样解决了有机化学上的一大难题:“那时候,我正住在伦敦,日夜思索着苯的分子结构该是什么样子的。我徒劳地工作了几个月,毫无所获。一天,我坐在马车回家。由于过度的劳累,

2、我在摇摇晃晃的马车上很快就睡着了。我做了一个梦,梦见我几个月来设想过的种种苯的分子结构式,在我的眼前跳舞。忽然,其中有一个分子结构式变成了一条蛇,这蛇首尾相衔,变成一个环。正在这时,我听见马车夫大声地喊道:先生,克来宾路到了!我这才从梦乡中惊醒。当天晚上,我在这个梦的启发下,终于画出了首尾相接的环式分子结构,解决了有机化学上的这一难题。”坐在台下的一些听众听了,以为凯库勒的成功,全是因为在马车上做了一个梦。于是,他们便雇了马车,在街上漫游,也想做个梦,轻而易举地摘下科学之果。虽然有的人在马车上睡着了,也做起梦来,可是谁也没有从梦中得到什他们不懂得,凯库勒之所以能够成功,是因为他把全部心思用到科

3、学研究上,这样,甚至连他做梦时,也不忘科学研究。凯库勒的成功,与其说是来自马车上的梦,倒不如说是来自那数不清的不眠之夜!3一、苯的物理性质1.无色,有特殊芳香气味的液体2.密度小于水3.不溶于水易溶于有机溶剂4.熔点5.5, 沸点80.15.易挥发(密封保存)6.苯蒸气有毒 7.如果用冰冷却,苯凝结成无色的晶体41.十九世纪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。

4、5法拉第获取苯后,科学家们开始研究其组成,其中燃烧法是最重要的方法。实验:用玻璃棒蘸取少许苯,在酒精灯上点燃,观察现象? 明亮的火焰,产生浓烟通过李比希得到苯的密度是乙炔的3倍,碳的含量是92.3。求的苯的分子式为C6H6. 写出二种分子式为C6H6的直链烃。61ml溴水实验:2ml苯2ml苯1mlKMnO4(H+)溶液( )(分层)振荡振荡( )( ) 紫红色不褪上层橙红色下层几乎无色实验:二支试管中,各加入2ml苯,向其中一支试管中滴入2ml滴酸性高锰酸钾溶液;向另外一支试管滴入1ml溴水,振荡后静止。7 通过以上的实验,证明苯分子中不存在CC和C=C。苯的结构困扰了当时所有的化学家,经过

5、了几十年也未能突破。 最终由一个曾经学习建筑学的,只因为听了一代宗师李比希的化学讲座,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究化学问题,被人称为“化学建筑师”-凯库勒(德国化学家 )8 凯库勒在1866年发表的“关于芳香族化合物的研究”一文中,提出两个假说:1.苯的6个碳原子形成环状闭链,即平面六角闭链。2.各碳原子之间存在单双键交替形式。9假说1根据事实提出,很快被证实: 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。假说2遇到麻烦。按假说2推知,苯的邻位二元取代物 应有两种(同分异构体):XXXX然而实验结果并没有发现这一情况。 凯库勒的假说2暴露

6、出缺陷。10 1872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。111. 1935年,詹斯用X射线衍射法证实苯环呈平面的正六边形。凯库勒的假说1被确认为是反映客观事实的假设。2. 经修正的凯库勒假说,逐渐被现代化学理论所采用。 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。但苯分子中并没有交替存在的单、双键。12二、苯分子的结构式及结构简式分子式 :C6H6(不饱和)结构简式:或结构式:(1)苯分子是平面六边形的稳定结构;(

7、2)苯分子中碳碳键是介于碳碳单键与碳碳双键之间的一种独特的键;(3)苯分子中六个碳原子等效,六个氢原子等效。 结构特点: 空间构型:平面正六边形1314练习:(1)1866年凯库勒提出了苯的单双键交替的正六边形平面结构(如图所示),解释了苯的部分性质,但还有一些问题尚未解决,它不能解释的事实是A、苯不能使溴水褪色B、苯能与H2发生加成反应C、溴苯没有同分异构体D、邻二溴苯只有一种A、D(2)现代化学认为苯分子碳碳之间的键是是介于单键和双键之间的一种独特的键15 例题:将下列各种液体或溶液分别于溴水混合并振荡,静置后混合液分成二层,下层几乎呈无色的是A.苯 B.四氯化碳C.KI D.酒精A162

8、、苯的化学性质 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。 苯的化学性质和烷烃、烯烃、炔烃有何异同点?为什么?思考与交流17 (1) 氧化反应:现象:火焰明亮,带有浓烟思考:苯燃烧时为什么伴有浓烟?不能使酸性高锰酸钾溶液褪色2C6H6+15O2 12CO2+ 6H2O点燃a 燃烧b 与高锰酸钾反应182C6H6+15O2 12CO2+ 6H2O点燃三、苯的化学性质1.苯的氧化反应:在空气中燃烧但不能使酸性高锰酸钾溶液褪色2.苯的取代反应:(卤代、硝化、磺化) (1)卤代反应苯在三卤化铁催化下可与Cl2、Br2发生取代反应,生成一卤代苯、二卤代苯(主要是邻、对位取代产物)等

9、。现象:火焰明亮,带有浓烟思考:苯燃烧时为什么伴有浓烟?19(2)取代反应a 苯的溴代反应条件:纯溴(液态)、催化剂b 苯的硝化+ HNO3(浓)NO2+ H2O浓H2SO45060+ Br2Br+ HBrFeBr320实验思考题:1.实验开始后,可以看到哪些现象?2.Fe屑的作用是什么?3.长导管的作用是什么?4.为什么导管末端不插入液面下?与溴反应生成催化剂液体轻微翻腾,有气体逸出.导管口有白雾,溶液中生成浅黄色沉淀。烧瓶底部有褐色不溶于水的液体用于导气和冷凝回流溴化氢易溶于水,防止倒吸。苯、溴、Fe屑等试剂加入烧瓶的顺序是怎样的?苯 液溴 Fe屑2122除去随溴化氢逸出的溴和苯的蒸气23

10、(2)硝化反应苯与浓硝酸、浓硫酸的混合物在50 60时生成一取代硝基苯;当温度升高至100110时则生成二取代产物间二硝基苯。 + HNO3 NO2 + H2O浓硫酸5060 + 2HNO3 NO2 + 2H2O浓硫酸100110 NO2硝基苯是一种带有苦杏仁味的、无色的油状液体,密度比水大。难溶于水,易溶于乙醇和乙醚。硝基苯有毒(硝基苯与皮肤接触或它的蒸气被人体吸收,都能引起中毒),是制造染料的重要原料。24实验步骤:先将1.5mL浓硝酸注入大试管中,再慢慢注入2mL浓硫酸,并及时摇匀和冷却.向冷却后的酸中逐滴加入1mL苯,充分振荡,混和均匀.将混合物控制在50-60的条件下约10min,实

11、验装置如左图.将反应后的液体到入盛冷水的烧杯中,可以看到烧杯底部有黄色油状物生成,经过分离得到粗硝基苯. 粗产品依次用蒸馏水和5%NaOH溶液洗涤,最后再用蒸馏水洗涤.将用无水CaCl2干燥后的粗硝基苯进行蒸馏,得到纯硝基苯.25实验注意的问题:1、配制一定比例浓硫酸和浓硝酸时,为什么要把浓硫酸慢慢注入弄硝酸中?浓硫酸的作用是什么?答:减慢稀释过程,使浓硫酸稀释时放出的能量均匀释放浓硫酸的作用:催化剂,吸水剂。2、为了使反应在50-60下进行,常用的方法是什么?它的优点是什么?答:水浴加热。 优点是便于控制温度,受热均匀。263.为什么硝化反应控制在50-60?温度计的作用及其水银球的位置?

12、答:苯和浓硝酸的沸点低,易挥发:温度计的水银球位于水浴中,控制水浴温度4、装置中常在试管上连接玻璃管,作用是什么? 答:冷凝兼回流挥发的苯和浓硝酸。物质的沸点苯:80.1 硝 酸:83 硝基苯:210.9 27练习1.实验室里用溴和苯反应制取溴苯。得到粗溴苯后,要用如下操作精制:蒸馏;水洗;用干燥剂干燥;用l0的NaOH溶液洗。正确的操作顺序是()ABCDB练习2.将溴水和苯混合振荡,静置后分液分离,让分离出的苯置于一试管中,加入某些物质后可以在试管口产生白雾,这种物质是A亚硫酸钠B溴化铁C锌粉 D铁粉BD28c 磺化(苯分子中的H原子被磺酸基取代的反应)+ H2O (苯磺酸)+ HOSO3H

13、7580SO3H293.加成反应工业制取环己烷的主要方法+ 3Cl2催化剂ClClClClClClHHHHHH+ H2Ni环己烷紫外线的作用30苯的化学性质小结苯环结构比较稳定,易发生取代反应,而破坏结构的加成反应和氧化反应比较困难。(易取代、 能氧化、难加成)31三、苯的同系物1.含义:苯的苯环上氢原子被烷基代替而得到的芳烃。CH3 |CH2CH3 |CH3 | |CH3 |CH3CH3 |CH3CH3H3CH3C 甲苯(C7H8) 乙苯( C8H10) 对二甲苯(C8H10) 六甲基苯(C12H18)只含有一个苯环,且侧链为C-C单键的芳香烃。CnH2n-6 (n6)2.通式:322CnH

14、2n-6 + 3 (n-1)O2点燃 2nCO2+ 2(n-3)H2O(1)氧化反应a 燃烧反应现象:火焰明亮并带有浓烟3.化学性质332mL苯3滴高锰酸钾酸性溶液用力振荡2mL甲苯3滴高锰酸钾酸性溶液用力振荡b 苯环影响侧链,使侧链能被强氧化剂氧化实验结论:苯不能被KMnO4酸性溶液氧化,甲苯能被KMnO4酸性溶液氧化未褪色褪色34 甲苯被氧化的是侧链,即甲基被氧化,该反应可简单表示为:CH3KMnO4、H+COOH(苯甲酸) 这样的氧化反应,都是苯环上的烷烃基被氧化,说明了苯环上的烷烃基比烷烃性质活泼。这活泼性是苯环对烷烃基影响的结果。35苯的同系物的氧化反应反应机理: |CH | O |

15、 COH |酸性高锰酸钾溶液烷基上与苯环直接相连的碳原子直接连氢原子 H |CH | H H | |CC | | H C |CC | C36 CH3 |CCH3 | CH3CH3 | |CH2R CH3 |CH3CH CH3 |CCH3 | CH3HOOC | |COOHHOOCKMnO4/H+思考:产物是什么? 可用KMnO4酸性溶液作试剂鉴别苯的同系物和苯、苯的同系物和烷烃。37(2)取代反应 甲苯能发生硝化反应邻硝基甲苯对硝基甲苯222CH3 + HNO3浓硫酸300CCH3NO2CH3NO2+ + H2O2,4,6-三硝基甲苯简称三硝基甲苯,又叫TNT是一种淡黄色针状晶体,不溶于水,不

16、稳定,是一种烈性炸药CH3 | |NO2CH3 |NO2O2N + 3HNO3 + 3H2O浓硫酸100CH3对苯环的影响使取代反应更易进行38(3)加成反应催化剂+ 3H239(2)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被取代苯环影响侧链,使侧链能被强氧化剂氧化(1)苯的同系物和苯都含有苯环,性质相似氧化反应取代反应加成反应小结:化学性质40四、多环芳烃多苯代脂烃:苯环通过脂肪烃连在一起联苯或多联苯:苯环之间通过碳碳单键直接相连稠环芳烃:苯环之间通过共用苯环的若干环边而形成CH2二苯甲烷(C13H12)联苯(C12H10)萘(C10H8)蒽(C14H10)

17、41芳香烃的来源及其应用1、来源:a、煤的干馏 b、石油的催化重整2、应用:简单的芳香烃是基本的有机 化工原料。42芳香烃对健康的危害苯稠环芳烃是黏合剂、油性涂料、油墨等的常用有机溶剂操作车间空气中苯的浓度40mgm-3居室内空气中苯含量平均每小时0.09mgm-3制鞋、皮革、箱包、家具、喷漆、油漆等工作引起急性中毒或慢性中毒,诱发白血病致癌物质萘过去卫生球的主要成分秸秆、树叶等不完全燃烧形成的烟雾中香烟的烟雾中43有机物烷烃烯烃炔烃芳香烃代表物CH4C2H4C2H2C6H6结构特点全部单键 饱和烃含碳碳双键不饱和含碳碳叁键不饱和特殊的键不饱和空间结构物理性质燃烧与溴水 KMnO4主要反应类型 烷烃、烯烃、炔烃、芳香

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