文档介绍：芳香烃(6)学时
芳烃,也叫芳香烃,一般是指分子中含苯环结构的碳氢化合物。
芳香二字的来由最初是指从天然树脂(香精油)中提取而得、具有芳香气的物质。现代芳烃的概念是指具有芳香性的一类环状化合物,它们不一定具有香味,也不一定含有苯环结构。
芳香烃具有其特征性质——芳香性(易取代,难加成,难氧化的性质)。
定义:指苯及苯的同系物,跟苯的结构特征相似的化合物。
芳烃可分为苯系芳烃和非苯系芳烃两大类。
苯系芳烃根据苯环的多少和连接方式不同可分为:
单环芳烃分子中只含有一个苯环的芳烃。
多环芳烃分子中含有两个或两个以上独立苯环的芳烃。例如:
联苯二苯基甲烷
稠环芳烃分子中含有两个或两个以上苯环,苯环之间通过共用相邻两个碳原子的芳烃。例如:
萘菲
芳烃按其结构可分类如下:
根据元素分析得知苯的分子式为C6H6。仅从苯的分子式判断,苯应具有很高的不饱和度,显示不饱和烃的典型反应—加成、氧化、聚合,然而苯却是一个十分稳定的化合物。通常情况下,苯很难发生加成反应,也难被氧化,在一定条件下,能发生取代反应,称为“芳香性”。
一、苯的凯库勒式
1865年,德国化学家凯库勒提出了关于苯的结构的构想。苯分子中的6个碳原子以单双键交替形式互相连接,构成正六边形平面结构,内角为120度。每个碳原子连接一个氢原子。
然而根据苯的凯库勒结构式,苯的邻位二元取代物应有两个异构体,实际上只有一种。苯具有特殊的稳定性,苯的氢化热比假想的1,3,5--1,这些问题都是苯的凯库勒结构无法解释的。
二、苯分子结构的价键观点
1 杂化轨道理论解释
杂化理论认为,组成苯分子的6个碳原子均以SP2杂化,每个碳原子形成三个SP2杂化轨道,其中一个SP2杂化轨道与氢的1S轨道形成C-Hσ键,另两个SP2杂化轨道与两个碳原子的SP2杂化轨道形成两个C—Cσ键。SP2杂化为平面杂化,键角为120度,碳氢原子均在同一平面上。每一个碳原子还有一个末参加杂化的P轨道,相互平行重叠,形成一个六原子六电子的共轭大π键。
π电子云分布在苯环的上下,形成了一个闭合的共轭体系,共轭体系能量降低使苯具有稳定性,同时电子云发生了离域,键长发生了平均化,在苯分子中没有单双键之分,所以邻位二元取代物没有异构体。
2. 分子轨道理论解释
分子轨道理论认为,分子中六个P轨道线形组合成六个π分子轨道,其中三个成键规定,三个反键轨道。在基态时,苯分子的六个π电子成对填入三个成键轨道,其能量比原子轨道低,所以苯分子稳定,体系能量较低。
苯分子的大π键是三个成键轨道叠加的结果,由于π电子都是离域的,所以碳碳键长完全相同。
三、芳香性与苯的稳定性
•1、芳香性(简称芳性):
•具有高度的不饱和性(UD >= 4),
•其芳香环有高的稳定性:•氢化热较小,说明并非简单的共轭多烯烃;•不易发生加成、氧化等反应,而发生取代反应等的性质——表明其不饱和双键相当稳定
从氢化热看苯的稳定性:
利用休克尔规则判断芳香性
休克尔规律的条件:
假定环状共轭多烯是完全共轭的平面单环体系.
(随环的增大, 环的共平面性越来越小)
休克尔规律: 当π电子数等于4n+2时(n=0, 1, 2, 3…), 该单环共轭多烯体系具有芳香性.
芳香性: 易起取代反应,不易起加成反应.
具有较低的能量,较高的热力学稳定性.
特殊的光谱性质.
•一些常见的符合Kekule` 规则的芳香体系
•(p172)
•例1 .环辛四烯和环丁二烯
•例2. 环戊二烯, 环庚三烯和环丙烯:
•例3. 杂环和其他环:
Π电子数计算技巧:
双键C 阳离子阴离子单键杂原子双键杂原子
1 0 2 2 1
例4. 多环体系的芳香性:
1. 一环为4m+1,另一环为4m+3---有芳香性
2. 环状共轭体系----无芳香性
3. 两环的大小均为4m+1 或 4m+3----无芳香性
苯衍生物的命名和异构现象
•一. 苯衍生物的异构和命名:
•(一) 异构:
•1. 苯环上取代基的位置异构(邻, 间, 对的异构).
•2. 苯的侧链和其他官能团的碳架异构和位置异构.
异构现象: 烃基苯有烃基的异构,例如:
(邻, 间, 对的异构).
例如:
,例如:
(二)、命名
芳烃分子去掉一个氢原子所剩下的基团称为芳基(Aryl)用Ar表示。
重要的芳基有:
2. 一元取代苯的命名
1) 当苯环上连的是烷基(R-),-NO2,-X等基团时,则以苯环为母体,叫做某基苯。例如:
当苯环上连有-COOH,-SO3H