有机化学芳香烃ppt课件.ppt

第四章 芳烃 Arene,脂肪烃(aliphatics),芳香烃(arenes),烃,单环芳烃,多环芳烃,联苯,对苯脂肪烃,稠环芳烃,第一节 苯的结构,一、苯的凯库勒式,简写：,符合实验事实： 满足C的四价性； 一种一元取代物； 三种二元取代物。,不符合实验事实： 难与Br2加成； 一种邻二取代物。,凯库勒提出：苯环上的双键没有固定位置，两种邻二取代物不能分离（解释）,无法解释,二、苯分子结构的解释,苯：碳碳键长：0.1397nm 普通C-C 普通C=C 0.154nm 0.134nm键角：120构型：平面正六边形,1. 价键理论解释,（1）苯的骨架： 6个C sp2 C sp2键 6个CH键,C sp2杂化,（2）6个P 轨道平行交盖形成大键。,2. 分子轨道理论解释,（1）苯的骨架结构（同上）（2）6个P 原子轨道线性组合成6个分子轨道：,原子轨道,成键轨道,反键轨道,三个成键轨道的迭加结果，六个碳上的电子云密度相等，C-C键键长完全平均化。,三、氢化热和苯分子的稳定性,烃 氢化热 （KJ/mol） 离域能（KJ/mol）,离域能（共轭能）越大，共轭体系越稳定。,第二节 芳烃的异构现象及命名,一、单环烃基苯 1. 一烃基苯、 以苯环为母体，称“ 苯” 以苯基为取代基，称“苯基 ”,甲苯 异丙苯 苯乙烯 苯乙炔 三苯甲烷,2,4-二甲基-1-苯基-1-己烯,2.二烃基苯,邻二甲苯 间二甲苯 对二甲苯O-二甲苯 m-二甲苯 p-对二甲苯,ortho 邻meta 间para 对,对保留俗名的芳烃，如甲苯、异丙苯等可作为母体命名,对乙基甲苯,对叔丁基甲苯,3. 三烃基苯,连三甲苯 偏三甲苯 均三甲苯,当烃基不同时，按顺序规则，以小基团为1位（为母体）满足取代基位码尽可能小。,2-乙基-4-异丙基甲苯,二、苯的衍生物,1.取代基和专有名称,2.苯环上有多取代基，选择母体，定位为1位。其它取代基按“顺序规则”，优先基团后列出。,A. 间硝基苯胺 3-硝基苯胺,B.4-甲基-2-氯苯酚,C. 2-氨基-5-羟基苯甲醛,D. 2-氨基-6-硝基苯磺酸,第三节 单环芳烃的性质,一、亲电取代反应硝化：,卤代：,磺化：,烷基化：,酰基化：,注意： 每类反应的特点； 比较苯、甲苯和硝基苯的反应活性； 反应机理。,1. 硝化反应,思考： 浓硫酸起什么作用？ 从反应条件看几种单环芳烃的硝化活性 当苯环上有取代基后，继续硝化时的取代位置,原有取代基 后进入位置 -NO2 间位 -CH3 邻位、对位- CH3， -NO2 甲基的邻位、对位,（1）浓硫酸的作用,亲电试剂： NO2+,催化剂作用：加促产生亲电试剂NO2+,（2）反应机理,络合物,络合物,亲电加成-消除反应历程,亲电加成,消除,实验： C6H6 C6D6 同等条件下硝化 V1 V2 V1=V2证明H的离去不是决速步骤,络合物：络合物：,没有生成共价键,碳原子杂化态从SP2转化为SP3，大键被破坏，四个电子离域于环上五个碳原子上，使苯环呈正电荷。,极限式,离域式,当络合物脱去H+，碳从SP3转化为SP2 ，又形成大键。,如何解释思考题和, 从反应条件看几种单环芳烃的硝化活性 当苯环上有取代基后，继续硝化时的取代位置提示： 取代基对苯环上电子云密度的影响 络合物的稳定性,诱导效应,一、诱导效应(inductive effect )的概念,由于电负性不同的取代基影响，使整个分子中成键电子云按取代基电负性所决定的方向偏移的效应。,二、诱导效应的传递 沿碳链传递，随链的增长而迅速减弱或消失,三、诱导效应的相对强度, - I 基团：-NO2、-COOH、-CHO、-C=O、-X、-OR相对强度：电负性越强的原子或基团，-I效应越强 同主族元素： 同周期：,从上到下-I减弱,从左到右-I增强,不同杂化态碳：,S成分越多，-I越强, + I,烷基：当与不饱和碳相连或与电负性比烷基强的原子或基团相连时，显示+I效应。 例：,相对强度：,2. 卤代反应,副反应：,（1）催化剂 FeCl3（路易斯酸，具有空轨道）,（2）光照反应,自由基加成,自由基卤代,自由基反应,思考：, 为什么苯、烷基苯在FeX3催化下发生亲电取代？而在光照下发生自由基反应？烷基苯光卤代为何不生成卤苯而是侧链卤代？ 注意：甲苯氯代时，Cl进入甲基的邻位和对位，为什么？ 氟苯和碘苯能用以上方法制备吗？,3. 磺化反应,思考：, 如何使平衡反应向右移动？ 比较苯和甲苯的磺化活性。 为什么甲苯磺化低温以邻位产物为主，高温以对位产物为主？ 可逆反应在有机合成上的应用,占位,4. 傅瑞德-克拉夫茨反应（Friedel-Crafts）,（1）烷基化反应, 催化剂：路易斯酸,催化活性：, 烷基化试剂, RC3，有重排反应产物,（酸催化使之质子化）, 不易停留在一取代上, 苯环上有吸电子基，难发生傅-克反应,（2）酰基化反应,特点：不重排；产物为一取代；苯环上有吸电子基，难发生傅-克反应,二、加成反应,1. 加氢,2.Birch还原（1,4-加成）,3. 加氯,C6H6Cl6,三、氧化反应,1.侧链氧化氧化剂：KMnO4/OH-， KMnO4/H+ ，稀HNO3,特点： 无论侧链长短，氧化产物都为COOH，即-氧化； 无-H的侧链一般不氧化。思考：为什么只氧化-C而不氧化其它烃基碳？,2.破环氧化,邻苯二甲酸酐,顺丁烯二酸酐,第四节 苯环的亲电取代定位效应,取代苯进一步亲电取代时，已有的基团对后进入苯环的基团的难易程度及进入苯环的位置产生制约作用取代基的定位效应。 活性：甲苯苯卤苯硝基苯,一、定位效应,新导入取代基的位置及反应速度受原有取代基（定位基）的支配和影响。,若每个氢被取代的几率均等，则： 邻位 40% 对位 20% 间位 40%,O+P60% 邻对位定位基（活化苯环）O+P60% 邻对位定位基（钝化苯环）m 40% 间位定位基（钝化苯环）,1. 致活的邻对位定位基 kC6H5G/kC6H61,强烈活化：-O-，-NH2，-NHR，-NH2，-OH，-OR中强：-OCOR，-NHCOR较弱：-C6H5，-CH3，CR3注意观察基团的结构特点： O、N有孤对电子的p-+C、C-H-+C,2. 致钝的间位定位基 kC6H5G/kC6H61,N+R3，NO2，CF3，CCl3，CN，SO3H，C=O（CHO、COR），COOH，COOR，CONR2注意观察基团的结构特点： -C、-I、带正电荷,3. 弱致钝的邻对位定位基 kC6H5G/kC6H61,F，Cl，Br，I注意基团的结构特点： -I、p-+C,二、定位效应的解释,1.苯衍生物的偶极矩（解释反应活性）,2.间位定位基,结构特点：-C、-I、带正电荷,定位解释：,- 络合物的稳定性：,（2）比（1）和（3）稳定,共振式：,（1）比（2）和（3）稳定,（1）,（2）,（3）,结果：,苯环上电子云密度下降，亲电活性降低；电子云密度：间位邻对位- 络合物稳定性：间位邻对位亲电取代以间位取代为主,3. 邻对位定位基,（1）甲基 +I，- +C,（3）和（1）比 (2) 稳定,结果：,+I，- +C使苯环上电子云密度增大，活化苯环；电子云密度：邻对位间位- 络合物稳定性：邻对位间位亲电取代以邻对位取代为主,（2）-OH、-NH2,结构特点：-I，p-+C，+C-I,结果：,苯环上电子云密度增大，活化苯环；电子云密度：O，P-m- 络合物稳定性：邻对位间位亲电取代以邻对位取代为主。,4. 致钝的邻对位定位基,特点：电负性： XC -IX有孤对电子， p-+C（弱）,结果：,苯环上电子云密度降低，钝化苯环电子云密度： O，P-m- 络合物稳定性：邻对位间位亲电取代以邻对位取代为主。,三、定位效应的应用,1.预测反应主产物 一取代苯：按定位效应； 二取代苯： a. 不同类基团，由邻对位基支配； b. 同类基团，由强基支配； c. 两基团定位能力接近，得到混合物； d. 两取代基间的位置，不易进入新基团。,2. 选择适当的合成路线,思路：1）分析原料与产物中基团位置；2）明确定位基，确定基团进入的顺序和位置；3）注意基团转换、占位等技巧。例：,第六节 多环芳烃,一、联苯,二、稠环芳烃,萘,蒽,菲,1. 萘,（1）结构特点：十中心十电子大键；电子云分布不均匀（-电子云密度最大；- 次之；9，10- 最小）,2 . 化性与用途,（1）氧化反应,苯酐,（2）加成反应,（3）亲电取代,95%,5%,定位效应：,同环取代,异环取代, 为什么低温生成- 萘磺酸，高温生成- 萘磺酸？ 我们学过哪些速度控制反应和平衡控制反应,第七节 非苯系芳烃,一、芳香性1.环状平面分子或近似平面的分子；2.键长趋于平均化；3.闭合共轭体系，离域能大，分子稳定；4.反应性：易亲电取代，不易加成；5.电子数 = 4n+2，n=0，1，2-,二、休克尔规则芳香性判据,含有4n+2（n=0，1，2-）电子的环状共轭多烯具有芳香性。,（1） （2） （3） （4） （5） （6）,电子数：2 4 6 6 6 10碳原子数：3 4 5 6 7 8,具有芳香性的是（2）（3）（4）（5）（6）,三、非苯芳烃,四、大环芳烃 芳香性判别： 电子数 4n+2； 共平面或接近平面 轮内氢间无或很少空间排斥作用。,18轮烯,10轮烯,第八节 富勒烯与C60,1985年Kroto H W（英）和 Smalley R E（美）发现结构特点：60个碳原子（sp2）以20个六元环及12个五元环连接似足球状的空心对称分子，60个p轨道形成大键。性质特点：1.具有芳香性；2.分子中心可嵌入金属离子，具有超导体性质；,