《有机化学》课件-第七章 芳 烃

有机化学第七章芳

烃单环芳烃的构造异构和命名学习目标：掌握单环芳烃的构造异构及单环芳烃的命名方法单环芳烃包括苯、苯的同系物和苯基取代的不饱和烃。苯的同系物——苯环上的氢原子，被不同的烷基取代时，则得到苯的同系物。通式为CnH2n-6，其中n≥6。当n=6时，为苯的分子式C6H6。苯是最简单的单环芳烃。单环芳烃是指只含一个苯环的芳烃，包括苯及其同系物。例如：苯甲苯苯乙烯单环芳烃的构造和命名一、单环芳烃的构造

一元取代物：一元烷基苯的命名以苯环为母体，烷基作为取代基，称为某烷基苯。其中“基”字通常可以省略。CH3CHCH3CH3甲（基）苯异丙（基）苯二、单环芳烃的命名单环芳烃的构造和命名例如：二元取代物：当苯环上连有两个或两个以上的侧链时，通常用阿拉伯数字表明侧链的相对位置。若苯环上仅有两个侧链时，也常用“邻”、“间”、“对”等字头表示侧链的相对位置。123456C2H5C2H5（间二乙苯）123456C2H5C2H5（邻二乙苯）12356C2H5C2H5（对二乙苯）41，2—二乙苯1，3—二乙苯1，4—二乙苯单环芳烃的构造和命名三元取代物：如果苯环上仅有三个取代基，且三个取代基都相同时，也可用“连”、“偏”、“均”字来表示它们的相对位置。例如：1,2,3-三甲苯连三甲苯1,2,4-三甲苯偏三甲苯1,3,5-三甲苯均三甲苯当苯环上连接乙烯基和乙炔基时则通常以苯环作为取代基来命名。CH＝CH2C≡CH苯乙烯苯乙炔苯环上去掉一个氢原子剩下的基团叫苯基

，常用Ph—表示。甲苯分子中去掉甲基上的一个氢原子后剩下的基团叫苯甲基

，也叫苄基。CH2—单环芳烃的构造和命名例如：例：命名下列各化合物CH2CH3CH3CH3单环芳烃的构造和命名有机化学第七章芳

烃单环芳烃的化学反应及应用学习目标：熟悉单环芳烃的化学反应及其应用单环芳烃是一个具有闭合大π键的环状分子，这种结构决定了苯环的特殊稳定性，因此，芳烃在一定条件下容易发生取代反应，而氧化反应和加成反应则较难进行。一、取代反应◆

卤代反应在催化剂三卤化铁的催化下，苯与卤素反应，苯环上的氢原子被卤素原子取代，生成卤苯。H+Cl—ClFeCl3（催化剂）75~80℃Cl+HClH+Br—BrFeCl3（催化剂）60~70℃Br+HBr（无色液体）（无色油状液体）这是工业上和实验室制备溴苯和氯苯的方法之一单环芳烃的化学反应及应用烷基苯发生环上卤代反应时，比苯容易进行。反应主要发生在烷基的邻位和对位上。CH3+Cl2

FeCl3△CH3ClCH3Cl+邻氯甲苯对氯甲苯单环芳烃的化学反应及应用一、取代反应例如：在较高温度或光照下，烷基苯可与卤素作用，但不发生环上取代，而是卤原子取代侧链上的氢原子，主要取代α-氢原子。例如：CH3+Cl2

CH2ClCHCl2苯一氯甲烷苯二氯甲烷光Cl2光光Cl2CCl3苯三氯甲烷（苄基氯）CH2CH3CHCH3Cl+Cl2光+

HCl1—氯—1—苯乙烷αβ单环芳烃的化学反应及应用一、取代反应◆

硝化反应苯与浓硝酸和浓硫酸混合物（也称混酸）于50~60℃反应，苯环上的氢原子被硝基（—NO2）取代，生成硝基取代苯，这类反应叫硝化反应。例如：HNO2+HO—NO2浓H2SO4+

H2O50~60℃这是实验室和工业上制备硝基苯的方法之一。单环芳烃的化学反应及应用一、取代反应硝基苯一般不易硝化。但在较高反应温度下并用发烟硝酸和发烟硫酸作硝化剂时，则可生成间二硝基苯。（发烟）NO2+HNO3

H2SO4（发烟）95℃NO2NO2+间二硝基苯H2O◆

硝化反应单环芳烃的化学反应及应用一、取代反应烷基苯比苯易于硝化，反应条件也较缓和，主要生成邻位和对位取代物，CH3+HNO3

CH3NO2CH3NO2+邻硝基甲苯对硝基甲苯浓H2SO430℃◆

硝化反应单环芳烃的化学反应及应用一、取代反应例如：单环芳烃的化学反应及应用江苏响水天嘉宜公司“3·21”特大爆炸事故案苯与浓硫酸或发烟硫酸反应，苯环上的氢原子被磺酸基（—SO3H）取代，生成苯磺酸，这类反应叫磺化反应。H+HO—SO3H（浓）＞150℃70~80℃SO3H+H2O苯磺酸◆

磺化反应单环芳烃的化学反应及应用一、取代反应用浓H2SO4为磺化剂时，磺化反应是一个可逆反应，如果控制反应条件，提高反应温度，可以使反应向需要的方向进行，若采用发烟硫酸作磺化剂时，可使反应向生成苯磺酸方向进行。例如：+H2SO4SO325℃SO3H+H2SO4．苯磺酸的这一性质已被应用于有机化合物的合成和分离提纯。如苯不溶于水，但生成的苯磺酸却可以溶解在硫酸中，利用这一性质可将苯从混合物中分离出来。◆

磺化反应单环芳烃的化学反应及应用一、取代反应烷基苯比苯易于磺化，它与浓硫酸在常温下即可反应，主要生成邻位和对位取代物。例如：CH3+H2SO4

CH3SO3HCH3SO3H+邻甲基苯磺酸对甲基苯磺酸0℃43%52%100℃13%79%在较高温度下进行磺化反应，以对甲苯磺酸为主要产物。◆

磺化反应单环芳烃的化学反应及应用一、取代反应1、在铁的催化作用下，苯与溴反应，使溴褪色属于哪类反应（

）A．取代反应B．加成反应C．氧化反应D．还原反应单环芳烃的化学反应及应用随堂练一练傅列德尔—克拉夫次（Friedel-Crafts）反应此反应简称傅-克反应，它包括烷基化和酰基化两种反应。单环芳烃的化学反应及应用一、取代反应（1）烷基化反应：在无水氯化铝催化下，苯与卤代烷、醇和烯烃等试剂反应，苯环上的氢原子被烷基取代生成烷基苯，这种反应称烷基化反应。例如：H+Br—CH2CH3无水AlCl3乙苯CH2—CH3+

HBr△H+CH2＝CH3无水AlCl3乙苯CH2—CH3+

HBr△这是工业上生产乙苯的方法之一。像溴乙烷和乙烯这样能提供烷基的试剂叫烷基化试剂。常用的烷基化试剂为卤代烷、烯烃和醇。单环芳烃的化学反应及应用一、取代反应傅列德尔—克拉夫次（Friedel-Crafts）反应H+Cl—CH2CH2CH3无水AlCl3异丙苯CH—CH3CH3（主要产物）当烷基化试剂中碳原子数≥3时，烷基往往发生异构化。例如，苯与1—氯丙烷或丙烯作用时，主要产物都是异丙苯：单环芳烃的化学反应及应用一、取代反应傅列德尔—克拉夫次（Friedel-Crafts）反应烷基化反应是制备烷基苯的常用方法之一。例如，十二烷基苯，就是用苯与十二碳烯反应生成的。+C12H26

C12H25十二烷基苯固体酸催化剂1—十二碳烯单环芳烃的化学反应及应用一、取代反应傅列德尔—克拉夫次（Friedel-Crafts）反应C12H25C12H25SO3H十二烷基苯对十二烷基苯磺酸发烟H2SO4NaOHC12H25SO3Na对十二烷基苯磺酸钠十二烷基苯就是对十二烷基苯磺酸钠（常用的洗衣液）的生产原料单环芳烃的化学反应及应用一、取代反应傅列德尔—克拉夫次（Friedel-Crafts）反应（2）

酰基化反应：在无水氯化铝催化下，苯与酰卤或酸酐反应，苯环上的氢原子被酰基取代生成芳酮，这种反应叫酰基化反应。例如：H+Cl—C—CH370~80℃无水AlCl3C—CH3+HCl苯乙酮OO乙酰氯OH+CH3—C—O—C—CH370~80℃无水AlCl3C—CH3苯乙酮O乙酸酐O+CH3—C—OH乙酸O像乙酰氯、乙酸酐这样能在芳环上引入酰基的试剂叫酰基化试剂。酰基化反应是制备芳酮的重要方法。单环芳烃的化学反应及应用一、取代反应由于苯的特殊稳定性，苯不易进行加成反应，但在催化剂铂、钯、镍等催化剂作用下，苯能与氢加成生成环己烷。这是工业上生产环己烷的一种重要方法；例如：环己烷+3H2Ni200~240℃，40MPa苯的一些同系物也可还原为环己烷的同系物。例如：+3H2NiCH3△CH3甲基环己烷单环芳烃的化学反应及应用二、加成反应◆

侧链氧化[演示实验7—2]

在两支试管中，分别加入1mL苯和甲苯，再加入10滴3mol/L硫酸和5滴0.1%高锰酸钾溶液，振摇后于热水中温热2min。取出试管，观察现象差异。实验表明高锰酸钾氧化烷基苯后，自身的紫红色逐渐消失。而苯则不被氧化。由此得出烷基苯比苯易被氧化，这是因为烷基苯受苯环侧链的影响，其α-氢原子比较活泼，容易被氧化，而且无论侧链长短，最后产物一般都是苯甲酸。单环芳烃的化学反应及应用三、氧化反应

CH3COOHH+KMnO4苯甲酸

COOHH+KMnO4CHCH3CH3苯甲酸烷基苯侧链的氧化反应也是制备芳香族羧酸的常用方法，并可用于鉴别含α-氢原子的烷基苯。不含α-氢原子的烷基苯。一般不被氧化。◆

侧链氧化单环芳烃的化学反应及应用三、氧化反应完成下列化学反应，或指出有关反应条件。（1）+Cl2

FeCH3（2）+3H2

Ni加热，加压？（3）

CH3CH3△KMnO4？习

题有机化学第七章芳

烃苯的结构学习目标：了解苯的结构特点有机化合物中，分子中含有苯环结构，高度不饱和，性质却相当稳定的化合物，称为芳香族化合物。苯的结构分子中只含一个苯环的芳香烃称为单环芳烃。分子中含两个或两个以上独立苯环的芳香烃称为多环芳烃。分子中含两个或两个以上苯环共用相邻的两个碳原子稠合而成的芳香烃称为稠环芳烃。

国际卫生组织已经把苯确定为强烈致癌物质，医学界公认苯可以引起白血病和再生障碍性贫血。人在短时间内吸入高浓度的甲苯或二甲苯，会使中枢神经麻醉，轻者头晕、恶心、胸闷、乏力，严重的会出现昏迷甚至因呼吸循环衰竭而死亡。苯

苯是重要的有机化工原料，它广泛用来生产合成纤维，合成橡胶、塑料、农药、医药、染料和合成洗涤剂等。苯也常用作有机溶剂。苯是最简单的芳烃，也是最重要的芳烃之一，苯的分子式为C6H6，其结构习惯上用凯库勒构造式表示：CCCCCCHHHHHH简写为从构造式看，苯分子中的六个碳原子都在环上，每个碳原子都连接一个氢原子，都含有一个碳碳双键。不饱和度很大，应该显示不饱和烃的性质。但事实上并非如此。苯的结构根据凯库勒式给出的苯的结构，还是有很多事实难以得到解释。例如，根据凯库勒式的单、双键交替的结构，邻二氯苯应该有如下两种不同的结构。苯的结构实际上并不存在两种不同的邻二氯苯。研究表明，分子中并不存在单、双键交替的结构，而是形成了闭合的大π键。因此邻二氯苯只有一种结构，以下的两种结构显然是等同的：苯的结构苯的结构取2支试管，1支试管中加入2ml，2%溴的四氯化碳溶液和1ml苯，另1支试管中加入2滴0.1%高锰酸钾溶液，2ml（3mol/L）硫酸和1ml苯，充分振荡，观察溶液颜色的变化。实验结果表明，苯不能使溴的四氯化碳溶液褪色，也不能使高锰酸钾溶液褪色，这说明苯与一般不饱和烃在性质上有很大的差别。苯的这种不易加成，不易氧化和苯环相当稳定的特性称为“芳香性”。苯的结构[演示实验7—1]经过大量的科学实验证明，苯分子中的六个碳原子以σ键相互结合成正六边形的平面结构，苯环中还存在一种介于单键和双键之间的特殊键，即闭合大π键，所以6个碳碳原子之间的键长完全相同。苯的这种结构，目前还没有更好的结构式表示，习惯上沿用凯库勒构造式表示。有些书刊也用构造式

表示。苯的分子模型见图7—1所示。本书采用凯库勒式表示苯的结构，但应注意决不能把凯库勒式中的单键和双键与烷烃中的单键和烯烃中的双键相提并论。图7—1苯分子的比例模型苯的结构凯库勒(F.A.Kekulé,1829——1896）是德国有机化学家，为纪念他对有机化合物结构理论的发展作出的重大贡献，现在广泛使用的表示苯的结构（

）被称为凯库勒式。苯的结构有机化学第七章芳

烃苯环上取代反应的定位规律学习目标：了解单环芳烃取代反应的定位规律及其在有机合成中的应用◆定位基：在单环芳烃的取代反应中，人们发现，当甲苯发生取代反应时，反应比苯容易进行，而且新基团主要进入甲基的邻、对位，生成邻、对位产物；当硝基苯发生取代反应时，反应比苯难于进行，而且新基团主要进入硝基的间位，生成间位产物。也就是说，一元取代苯发生取代反应时，反应是否容易进行，新基团进入环上的位置，主要取决于苯环上原有取代基的性质。因此，把苯环上原有的取代基叫定位基。

定位基有两个作用：一是影响取代反应的难易，也称取代反应的活性；二是对新基团起着定位作用，也称定位效应。苯环上取代反应的定位规律一、取代苯的定位规律根据定位基的定位效应不同，可将常见的定位基分为两类。邻、对位定位基：这类定位基使新导入的基团主要进入它的邻位和对位，（邻位和对位异构体之和大于60%），同时除少数基团（如卤素等）外，一般使苯环活化，即反应速率比苯快。

常见的邻、对位定位基定位效应由强至弱排列如下：邻、对位定位基的结构特点是定位基一般是负离子，或与苯环直接相连的原子是饱和的（苯基除外）。—O（氧负离子基）、—N（CH3）（二甲氨基）、NH2（氨基）、—OH（羟基）、—OCH3（甲氧基）、—NHCOCH3（乙酰氨基）、—R（烷基）、—Cl、—Br、—I、—C6H5（苯基）2—苯环上取代反应的定位规律一、取代苯的定位规律◆

定位基的分类：间位定位基这类定位基使新进入的取代基主要进入它的间位（间位异构大于40%）同时这类定位基使苯环钝化，即反应速率比较慢。常见的间位定位基按其定位效应由强至弱排列如下：—N+（CH3）（三甲铵基）、—NO2（硝基）—CN（氰基）、—SO3H（磺基）、—CHO（醛基）、—COOH（羧基）2苯环上取代反应的定位规律一、取代苯的定位规律间位定位基的构造特点是定位基一般是正离子