芳香烃

这主要是大学有机化学芳香烃一章的内容，详细有秩的将此章内容总结起来，更加的直观统一，包括分类、命名、结构、性质、定位效应、稠环芳香烃的知识

芳香烃

• 分类
  • 苯型芳香烃
    • 单环芳香烃：分子中只含一个苯环
    • 多环芳香烃
      • 多苯代脂烃
      • 联苯和联多苯
      • 稠环芳香烃
  • 非苯型芳香烃
• 命名
  • 单环芳香烃
    • 单烃基苯：可以苯作为母体，亦可将苯基作为取代基
    • 二烃基苯
      • 简单烃基取代的以苯为母体，普通命名法
      • 苯环上连接2个或以上不同烃基时，以苯为母体，遵循最低序列原则和次序规则
    • 芳烃分子去掉一个氢原子剩余原子团叫芳基，如苯基Ph-、苯甲基或苄基
  • 多苯芳香烃
    • 稠环芳香烃：特定名称，固定编号
• 结构
  • 苯分子的结构
    • 分子式C6H6，不饱和度为4
    • 凯库勒环状结构式：碳原子以间隔单双键想结合
    • 现代解释：平面正六边形碳环，所有原子在同一平面，键角120°，碳碳键等长，苯环中无单双键区别
    • 六个H是等效H，苯的一取代和邻位二取代只有一种
    • 六个C都是sp2杂化，形成三个σ键
    • 裸露环状大π键，闭合共轭
  • 苯分子的性质特征
    • 环稳定、难加成、难氧化、易取代
• 单环芳香烃的化学性质
  • 苯环上的亲电取代反应
    • 富电子体系，提供电子
    • 反应机制
      • 亲电试剂正电部分进攻苯环，生成σ配合物，中心碳由sp2转为sp3
      • H+离去，形成取代产物，中心碳由sp3转为sp2，恢复芳香结构
      • 不同E+进攻苯环，产生不同亲电取代反应
    • 卤代反应
      • 苯在三卤化铁或铁粉等催化剂作用下，与氢和溴反应，分别生成氯苯和溴苯以及卤化氢
      • 活性：F2>Cl2>Br2>I2
    • 硝化反应
      • 例如：苯与硝酸在55-60℃时，硫酸做催化剂生成硝基苯和水
      • 硝基苯：人造苦杏仁油，剧毒有机物，有像杏仁油的特殊气味
    • 磺化反应
      • 例如：苯和浓硫酸在110℃条件下生成苯磺酸和水
      • 苯磺酸：强有机酸，吸水性无色晶体，易溶于水，常把磺酸基作为助溶基团
  • 单环芳香烃侧链上的反应
    • 烷基苯的侧链，α-活泼氢的碳原子上
    • α-氢原子的卤代反应
      • 自由基反应，卤原子主要取代α-活泼氢原子
      • 自由基稳定性：苄基自由基>伯自由基
    • 侧链氧化反应
      • 不论侧链长短，最终氧化产物均为苯甲酸
      • 发生在α-活泼氢的碳原子上，没有的侧链不发生氧化反应
• 稠环芳香烃
  • 两个或两个以上苯环共用两个邻位碳原子稠和而成的多环芳香烃
  • 萘
    • 分子式为C10H8，结构与苯相似，形成闭合共轭大π键，具“芳香性”。电子云分布和键长不同苯完全平均化。α-位比β-位碳原子一般易起反应
    • 编号必须从α位开始
  • 蒽和菲
    • 分子式均为C14H10，互为同分异构体，都形成闭合共轭提体系，各碳原子电子云密度不均匀，γ 位碳原子特别活泼
  • 致癌稠环芳香烃
    • 结构上大多是蒽和菲的衍生物。例如：3，4-苯并芘的致癌作用最强
• 苯环亲电取代定位效应
  • 定位效应
    • 定位基影响亲电取代反应活性和第二个基团进入苯环位置
    • 苯环上原有取代基对新引入的取代基的影响加定位效应。原有取代基为定位基
      • 硝化反应活性：甲苯>苯>硝基苯
    • 邻对位定位基
      • 亲电反应比苯容易
      • 第一类定位基，新取代基主要进入邻对位，同时活化苯环（卤素除外）
      • 特点：与苯环直接相连原子不含双键和三键，多数有未共用电子对或负电荷的原子或基团；均为供电子基，活化苯环，卤素除外
    • 间位定位基
      • 亲电反应比苯难
      • 第二类定位基，指挥新取代基进入间位，钝化苯环
      • 特点：与苯环直接相连的原子带正电荷或带部分正电荷或含有极性的双键、三键；是吸电子基，钝化苯环
  • 定位效应的解释
    • 邻对位定位基
      • 甲苯，甲基具有吸电子诱导效应（-I）和给电子的σ-π超共轭效应，超共轭效应>诱导效应，使苯环上电子云密度增加，尤其邻对位
      • 苯酚，羟基的给电子p-π共轭效应>吸电子诱导效应，苯环电子云密度增加，尤其羟基邻对位
        • 苯酚溴代比苯容易
      • 氯苯，p-π共轭；氯电负性>C、p-π共轭
    • 间位定位基
      • 硝基苯为例：硝基的诱导效应（-I）和共轭效应（-C）使苯环电子云密度降低，尤其邻对位碳原子
      • 间位定位基使苯环电子云密度降低，对苯环有钝化作业
  • 定位效应的作用：预测亲电取代反应的主要产物及选择最合理的路线，得到较高产量和避免复杂分离步骤
• 非苯芳香烃：休克尔规则
  • 非苯型芳香烃：不具有苯环结构，也具有一定芳香性的烃类化合物
  • 休克尔规则
    • 分子是平面环状的闭合共轭体系
    • 环上π电子数为4n+2
  • 重要的非苯型芳香烃
    • 轮烯：含交替单双键的单环多烯烃，CnHn。轮内跨环氢原子具排斥作用，使分子中原子不在同一平面
    • 环状芳香离子
    • 稠环化合物：薁又称蓝烃，分子式C10H8，蓝色固体，具环状平面共轭体系，π电子数10，符合休克尔规则，具芳香性