基础化学十二章环烃

第十二章环烃本章教学目标：★了解环烷烃的结构和环己烷的构象。★掌握脂环烃的化学性质。★掌握苯的分子结构、芳烃及其衍生物的命名、单环芳烃的化学性质。★掌握苯环上亲电取代定位规律及其应用。★了解稠环芳烃的化学性质和休克尔规则。

由C和H两种元素组成的环状有机物叫环烃，包括脂环烃和芳香烃两类。分子中具有碳环结构的烷烃称为环烷烃。分子中含有苯环结构且性质类似于苯的一类化合物称为芳香族化合物。芳香族化合物最初是指从树脂或香精油等天然物质中提取得到的具有芳香气味的化合物，故称芳香族化合物。本质上这类化合物都含有苯环。实际上含有苯环的化合物并不都具有芳香气味，具有芳香气味的化合物也不一定都含有苯环，所以“芳香族化合物”系指含有苯环的化合物并不确切。第十二章环烃一、环烷烃的异构和命名第十二章环烃第一节脂环烃

分子中具有碳环结构的烷烃称为环烷烃，单环烷烃的通式为CnH2n第十二章环烃

单环烷烃的命名与烷烃基本相同，只是在“某烷”前加一“环”字，环烷烃若有取代基时，它所在位置的编号仍遵循“最低系列”原则。第十二章环烃第十二章环烃二、环烷烃的结构和环己烷的构象

1、环丙烷分子结构

环丙烷分子中角张力大，不稳定，易开环。第十二章环烃2、环丁烷与环戊烷分子结构

环戊烷、环己烷分子中的碳原子不在一个平面上，碳碳σ键的夹角接近或保持109.5°，分子中既无角张力，又无扭转张力，所以都比较稳定。第十二章环烃

3、环烷烃的顺反异构

环烷烃中由于环的存在限制了C-Cσ键的自由旋转，如果有两个或两个以上的环碳原子连有不同取代基时，就会得到不同构型，产生顺反异构。

顺-1，2-二甲基环丙烷反-1，2-二甲基环丙烷第十二章环烃4、环己烷构象船式构象和椅式构象

第十二章环烃第十二章环烃三、环烷烃的物理性质（自学）四、环烷烃的化学性质

环烷烃的化学性质与烷烃类似。三元和四元环烷烃由于分子中存在张力，在化学性质上比较活泼，它们与烯烃相似，可以发生开环加成反应生成链状化合物。

在常温下，环丙烷、环丁烷为气体，环戊烷以上则为液体或固体。环烷烃的熔点、沸点和相对密度都比相应的烷烃高。第十二章环烃1．加成反应

（1）催化加氢

环己烷、环庚烷在此条件下不发生加氢反应。第十二章环烃

（2）加溴

环丙烷在室温下与溴发生加成反应生成1,3-二溴丙烷。

在加热条件下环丁烷与溴发生加成反应，生成1,4-二溴丁烷。第十二章环烃

（3）加卤化氢

环丙烷、环丁烷与卤化氢发生加成反应生成卤代烷。环戊烷、环己烷不易发生反应。第十二章环烃2．取代反应

环戊烷、环己烷等在光或热的作用下可发生取代反应。第十二章环烃

环丙烷与溴在光照下反应，除生成少量取代产物外，主要得到的却是加成产物。第十二章环烃第二节单环芳烃一、芳烃的分类1、单环芳烃：分子中仅含一个苯环的芳烃，包括苯、苯的同系物和苯基取代的不饱和烃。苯甲苯乙苯苯乙烯第十二章环烃2、多环芳烃：分子中含有两个以上苯环的芳烃，根据苯环连接的方式不同，又可分为三种。（1）联苯苯环各以环上的一个碳原子直接相连。如：联苯1,4-联三苯第十二章环烃（2）多苯代芳香烃可以看成是以苯环取代脂肪烃中的氢原子而形成。二苯甲烷（3）稠环芳烃苯环之间通过共用相邻两个或两个以上碳原子结合而成。

萘蒽菲第十二章环烃二、苯分子的结构

1．苯分子的凯库勒式

苯的分子式为C6H6，1865年凯库勒根据苯的一元取代产物只有一种的事实提出了苯的环状构造式，称为凯库勒式。第十二章环烃

苯的凯库勒式可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事实。但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：凯库勒式不能表明苯的真实结构第十二章环烃2．苯分子结构的价键观点

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°第十二章环烃

六个碳原子完全等同，所以大π键电子云在六个碳原子之间均匀分布，即电子云分布完全平均化，因此碳-碳键长完全相等，不存在单双键之分。由于苯环共轭大π键的高度离域，使分子能量大大降低，因此苯环具有高度的稳定性。第十二章环烃三、单环芳烃的异构与命名

1．一元烷基苯

一元烷基苯的命名，一般是以苯作母体，烷基作取代基，称为“某基苯”，基字可省略。

甲苯乙苯正丙苯异丙苯第十二章环烃2．二元烷基苯

二元烷基苯命名时，两个烷基的相对位置既可用“邻”、“间”、“对”表示，也可用数字表示1,2-二甲苯1,3-二甲苯1,4-二甲苯邻二甲苯间二甲苯对二甲苯或o-二甲苯或m-二甲苯或p-二甲苯第十二章环烃3．多元烷基苯1,2,3-三甲苯1,3,5-三甲苯1,2,4-三甲苯连三甲苯均三甲苯偏三甲苯第十二章环烃4．不饱和烃基苯和复杂烷基苯

苯环上连有不饱和烃基或复杂烷基时，一般把苯作取代基来命名。苯乙烯苯乙炔3-苯基丙烯2-甲基-2苯基丁烷第十二章环烃

芳烃分子中去掉一个氢原子后剩余的基团叫做芳基，以Ar-表示。

苯基苄基或苯甲基第十二章环烃5．芳烃衍生物

硝基苯氯苯间氯甲苯苯胺苯酚苯甲醛苯甲酸第十二章环烃间氯苯酚邻胺基苯甲酸对硝基苯磺酸（3-氯苯酚）（2-胺基苯甲酸）（4-硝基苯磺酸）第十二章环烃四、芳烃的物理性质（自学）五、单环芳烃的化学性质@

苯环上闭合大π键电子云的高度离域，使得苯环非常稳定。在一般条件下大π键难于断裂不易发生加成和氧化反应；

@

苯环上大π键电子云分布在苯环平面的两侧，流动性大，易引起亲电试剂的进攻发生取代反应。

@苯环虽难于被氧化，但苯环上的烃基侧链由于受苯环上大π键的影响，α-氢原子变得很活泼，易发生氧化反应。同时，α-氢原子也易发生卤代反应。

@苯环上的闭合共轭大π键具有一定的不饱和性，在强烈的条件下，也可发生某些加成反应。第十二章环烃

1.取代反应

（1）卤代反应苯环上的氢原子被卤原子取代的反应称为卤代反应。卤代仅限于氯代和溴代，活性顺序：Cl>Br

苯环上的氢原子被其他原子或基团替代的反应称为取代反应。第十二章环烃

产物中除了一溴代物外，还有少量二溴代物—–邻二溴苯和对二溴苯。

甲苯在铁或三卤化铁存在下卤代，主要生成邻氯甲苯和对氯甲苯，且反应较苯的卤代容易。第十二章环烃

（2）硝化反应

苯与浓硝酸和浓硫酸的混合物共热，苯环上的氢原子被硝基取代生成硝基苯的反应称为硝化反应。如果增加硝酸的浓度并提高反应温度，可得到间二硝基苯。第十二章环烃

如果以甲苯进行硝化，则不需浓硫酸，且在30℃就能反应，主要生成邻硝基甲苯和对硝基甲苯。第十二章环烃（3）磺化反应

磺化反应是可逆反应，苯磺酸通过热的水蒸汽，可以水解脱去磺酸基。

苯与98%的浓硫酸共热，或与发烟硫酸在室温下作用，苯环上的氢原子被磺酸基取代生成苯磺酸的反应称为磺化反应。第十二章环烃

在无水三卤化铝催化下，苯可以与卤代烷反应，生成烷基苯，称为傅—克烷基化反应。（4）傅—克反应

这是向苯环上引入烷基的方法之一。当用酰卤或酸酐代替卤代烷时，则可发生傅—克酰基化反应生成相应的酮。第十二章环烃加卤素上述反应属于游离基型的加成反应2．加成反应加氢第十二章环烃3．苯的同系物侧链的反应苯环侧链的卤代反应属于游离基反应（1）卤代反应第十二章环烃（2）氧化反应

苯环不易被氧化，而苯环上的侧链却易被氧化。常用的氧化剂有高锰酸钾、重铬酸钾、稀硝酸等。氧化反应总是发生在α-碳原子上，α-碳原子被氧化成羧基。第十二章环烃六、苯环的取代基定位规律1．取代基定位规律①苯环上新引入的取代基的位置主要与原有取代基的性质有关。把原有的取代基称为定位基。②根据原有取代基（定位基）对苯环取代反应的影响，既新基团导入的位置和反应的难易，将定位基主要分成三类。第十二章环烃第十二章环烃

★如果苯环上连有第一类定位基，则再进行取代反应时，第二个基团主要进入它的邻、对位，且反应较苯直接取代容易；

★如果苯环上连有第二类定位基，则再进行取代反应时，第二个基团主要进入它的间位，且反应较苯直接取代困难；

★如果苯环上连有第三类定位基，则再进行取代反应时，第二个基团主要进入它的邻、对位，且反应较苯直接取代困难。第十二章环烃2．定位规律的应用

利用定位规律可以预测反应的主要产物，还可选择正确的合成路线，合成预期的产物。如由苯出发合成硝基氯苯，如果设计的反应顺序不同，产物就会不同。第十二章环烃第三节稠环芳烃

一．稠环芳烃的结构和衍生物的命名

萘的分子式为C10H8，是由两个苯环共用两个相邻的碳原子稠合而成，两个苯环处于同一平面上。闭合共轭大π键，因此同苯一样具有芳香性。萘的芳香性比苯差。第十二章环烃

萘环命名时环的编号方法

1、4、5、8位置相同，称做α-位；

2、3、6、7位置相同，称做β-位。第十二章环烃第十二章环烃二．萘的化学性质

（1）取代反应

萘比苯更易发生亲电取代反应。根据测定，萘环的α-位电子云密度比β-位高，因此亲电取代主要发生在α-位。但由于β-位取代产物的热力学稳定性大于α-位取代产物，所以当温度较高时，主要为β-位取代产物。氯代第十二章环烃硝化磺化第十二章环烃

（2）氧化反应

萘比苯容易被氧化，在不同的条件下，可分别被氧化生成邻苯二甲酸酐和1，4-萘醌。第十二章环烃

（3）加氢反应

萘的芳香性比苯差。在加氢反应中不使用催化剂，用新生态氢就可使萘发生加氢反应，生成1，4-二氢化萘或四氢化萘。1,4-二氢化萘四氢化萘十氢化萘本章小结：

1.

单环烷烃通式CnH2n,与单烯烃互为同分异构体。环烷烃中小环存在张力，易发生开环加成反应。环戊烷与环已烷分子中不存在张力，环稳定，在光照和加热的条件下，可发生卤代反应。常温下环烷烃不与高锰酸钾等氧化剂反应，常用来区别烯烃与环烷烃。

2.

芳香烃可分为单环芳烃