导图社区 第8章 芳烃
第8章 芳烃知识点总结。芳烃指分子中含有苯环的化合物,本导图对芳烃的物理性质、化学反应等进行阐述。
编辑于2023-01-03 11:38:48 四川省芳烃
苯的结构与同系物
苯的同系物的结构与命名
1.苯的一元取代产物没有同分异构; 二元取代物有3种异构体:邻(o)、间(m)、对(p)。 取代基相同的三元取代物有3种异构体:连、偏、均。
2.侧链很复杂时,将侧链看作母体,苯环作取代基
3.注意甲苯基与苯甲基的区别
p
p
苯的结构
凯库勒结构式
苯应具有高度不饱和性,但其一般情况下不能使溴水与高锰酸钾褪色,不易加成与氧化。只有在加压条件下催化加氢成环已烷
根据苯的一元取代产物只有一种, 说明六个氢地位等同
优点:说明苯分子的环状结构及组成C6H6; 缺点:不能解释只有一种邻二溴苯;不能解释苯的特殊稳定性和不发生加成反应;凯库勒式不能反映苯分子的真实结构
分子轨道理论的解释
苯中碳碳键完全相同,键长完全相等,既不是碳碳单键,也不是碳碳双键
分子轨道是一个包含六个碳原子的连续不断的共轭体系,π电子云完全平均化,能量降低
共振论的解释
共振杂化体接近分子真实结构。分子的真实结构是存在的,但表达不出来。能够表达出来的极限式是不存在的。
书写极限式的规则:①原子核的位置不动,电子可以排布可以改动;②电子排布必须遵守经典价键理论,氢原子最外层不能超过两个电子,第二周期元素最外层不能超过八个电子。③所有极限式中,未共用电子数必须相等。
苯的真实结构是由这些共振结构式共振而成的共振杂化体
因为共振而降低的能量称为苯的共振能或离域能
稳定性与共振能:①分子能够写出来的极限式越多,越稳定,体系能量降低越大,降低的能量称共振能(相当于杂化轨道理论的离域能)。②分子的真实结构(共振杂化体)的能量比任一种可以写出来的极限的能量都低。③越相似的极限式,越稳定,对共振杂化体的贡献越大,为主要极限式。
芳烃的性质
单环芳烃的物理性质
溶解度
不溶于水,易溶于有机溶剂
沸点
沸点随分子量的升高而升高
熔点
对称异构体略高,因为分子对称,晶格能大
苯及其同系物的化学性质
亲电取代反应
p
卤代反应
苯与卤素在三卤化铁催化下,氢被取代生成卤苯。无催化剂存在下,苯和溴与氯都不发生反应
p
硝化反应
苯与浓硫酸和浓硝酸的混合物作用,氢被硝基取代(放热反应)
p
二硝化p
甲苯硝化p
磺化反应
p
p
p
傅-克(Friedel—Crafts)反应
烷基化:R+进攻苯环,在苯环上引入烷基
p
p
酰基化:RCO+进攻苯环,在苯环上引入酰基
p
催化剂的作用:产生碳正离子R+和酰基碳正离子RCO +
当苯环上连有强吸电子基(如硝基、磺酸基、酰基、氰基等)时,一般不发生傅-克反应
烷基化的重排
p
特点 :①三个碳原子以上的烃基; ②尽可能生成最稳定的C+离子
p
反应机理
p
氧化反应
苯环不易被氧化,但烃基苯可被高锰酸钾或酸性重铬酸钾氧化,氧化发生在α碳上,无论烷基碳链长短,都被氧化为羧基。若α碳上没有氢,则很难被氧化
p
p
p
苯环在特殊条件下,也能被氧化而使苯环破裂
p
加成反应
p
苯环的亲电取代定位规则
亲电取代定位规则
定位基
发生亲电取代反应时,X-决定取代基进入的位置,称X-为定位基
定位基分类
第一类定位基
致活的邻、对位定位基
p
致钝的邻、对位定位基
卤素,使亲电取代反应发生在邻、对位,却钝化苯环
第二类定位基
致钝的间位定位基
p
取代定位基的理论解释
致活的邻、对位定位基
p
p
p
p
p
致钝的邻、对位定位基
p
致钝的间位定位基
p
定位解释
p
p
p
取代定位规则的应用
预测反应主产物
原则
一取代苯
按定位效应直接应用
二取代苯
不同类基团,由邻对位基支配
同类基团,由强基支配
两基团定位能力接近,得到混合物
两取代基间的位置(空间位阻的影响) ,不易进入新基团
p
选择适当的合成路线
思路
分析原料与产物中基团位置
明确定位基,确定基团进入的顺序和位置(不违背定位规则;钝化基团尽可能晚引入)
注意基团转换、占位等技巧(基团修饰、基团保护)
稠环芳烃
多环芳香烃指分子中含有两个及以上苯环的烃类
分类
联苯类
p
多苯代脂肪烃
p
稠环芳烃
萘
p
特点
整个分子共平面
离域大π键:具有芳香性,由于键长不等 同,所以,稳定性比苯差
p
反应活性:α>β
性质
亲电取代
卤代
p
硝化
用混酸硝化,主要得到α取代产物,反应速率比苯硝化快
p
磺化
反应可逆,主要得到α取代产物,低温α,高温β
p
加成反应
p
p
氧化反应
比苯易氧化
p
蒽
p
蒽比萘更活泼,其中γ-位最活泼
p
菲
p
菲的一元取代产物有五种异构体
非苯芳烃
休克尔规则
具有芳香性的规则
①构型:环状、共平面
②共轭π电子数:4n+2(n=0,1,2,……)
p
重要的非苯芳烃
丙烯正离子
有芳香性
p
环戊二烯负离子
有芳香性
p
环庚三烯正离子
有芳香性
p
环辛四烯二负离子
有芳香性
p
p
有芳香性
卓酚酮
有芳香性
无芳香性的环烯
环丁二烯:4个 π电子,没有芳香性
p
环辛四烯: 8个 π电子,没有芳香性
p
个别化合物
甲苯
苯乙烯
联苯
苯乙酮、对茴香醛
芳烃
苯的结构与同系物
苯的同系物的结构与命名
1.苯的一元取代产物没有同分异构; 二元取代物有3种异构体:邻(o)、间(m)、对(p)。 取代基相同的三元取代物有3种异构体:连、偏、均。
2.侧链很复杂时,将侧链看作母体,苯环作取代基
3.注意甲苯基与苯甲基的区别
p
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苯的结构
凯库勒结构式
苯应具有高度不饱和性,但其一般情况下不能使溴水与高锰酸钾褪色,不易加成与氧化。只有在加压条件下催化加氢成环已烷
根据苯的一元取代产物只有一种, 说明六个氢地位等同
优点:说明苯分子的环状结构及组成C6H6; 缺点:不能解释只有一种邻二溴苯;不能解释苯的特殊稳定性和不发生加成反应;凯库勒式不能反映苯分子的真实结构
分子轨道理论的解释
苯中碳碳键完全相同,键长完全相等,既不是碳碳单键,也不是碳碳双键
分子轨道是一个包含六个碳原子的连续不断的共轭体系,π电子云完全平均化,能量降低
共振论的解释
共振杂化体接近分子真实结构。分子的真实结构是存在的,但表达不出来。能够表达出来的极限式是不存在的。
书写极限式的规则:①原子核的位置不动,电子可以排布可以改动;②电子排布必须遵守经典价键理论,氢原子最外层不能超过两个电子,第二周期元素最外层不能超过八个电子。③所有极限式中,未共用电子数必须相等。
苯的真实结构是由这些共振结构式共振而成的共振杂化体
因为共振而降低的能量称为苯的共振能或离域能
稳定性与共振能:①分子能够写出来的极限式越多,越稳定,体系能量降低越大,降低的能量称共振能(相当于杂化轨道理论的离域能)。②分子的真实结构(共振杂化体)的能量比任一种可以写出来的极限的能量都低。③越相似的极限式,越稳定,对共振杂化体的贡献越大,为主要极限式。
芳烃的性质
单环芳烃的物理性质
溶解度
不溶于水,易溶于有机溶剂
沸点
沸点随分子量的升高而升高
熔点
对称异构体略高,因为分子对称,晶格能大
苯及其同系物的化学性质
亲电取代反应
p
卤代反应
苯与卤素在三卤化铁催化下,氢被取代生成卤苯。无催化剂存在下,苯和溴与氯都不发生反应
p
硝化反应
苯与浓硫酸和浓硝酸的混合物作用,氢被硝基取代(放热反应)
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二硝化p
甲苯硝化p
磺化反应
p
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傅-克(Friedel—Crafts)反应
烷基化:R+进攻苯环,在苯环上引入烷基
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酰基化:RCO+进攻苯环,在苯环上引入酰基
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催化剂的作用:产生碳正离子R+和酰基碳正离子RCO +
当苯环上连有强吸电子基(如硝基、磺酸基、酰基、氰基等)时,一般不发生傅-克反应
烷基化的重排
p
特点 :①三个碳原子以上的烃基; ②尽可能生成最稳定的C+离子
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反应机理
p
氧化反应
苯环不易被氧化,但烃基苯可被高锰酸钾或酸性重铬酸钾氧化,氧化发生在α碳上,无论烷基碳链长短,都被氧化为羧基。若α碳上没有氢,则很难被氧化
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苯环在特殊条件下,也能被氧化而使苯环破裂
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加成反应
p
苯环的亲电取代定位规则
亲电取代定位规则
定位基
发生亲电取代反应时,X-决定取代基进入的位置,称X-为定位基
定位基分类
第一类定位基
致活的邻、对位定位基
p
致钝的邻、对位定位基
卤素,使亲电取代反应发生在邻、对位,却钝化苯环
第二类定位基
致钝的间位定位基
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取代定位基的理论解释
致活的邻、对位定位基
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致钝的邻、对位定位基
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致钝的间位定位基
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定位解释
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取代定位规则的应用
预测反应主产物
原则
一取代苯
按定位效应直接应用
二取代苯
不同类基团,由邻对位基支配
同类基团,由强基支配
两基团定位能力接近,得到混合物
两取代基间的位置(空间位阻的影响) ,不易进入新基团
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选择适当的合成路线
思路
分析原料与产物中基团位置
明确定位基,确定基团进入的顺序和位置(不违背定位规则;钝化基团尽可能晚引入)
注意基团转换、占位等技巧(基团修饰、基团保护)
稠环芳烃
多环芳香烃指分子中含有两个及以上苯环的烃类
分类
联苯类
p
多苯代脂肪烃
p
稠环芳烃
萘
p
特点
整个分子共平面
离域大π键:具有芳香性,由于键长不等 同,所以,稳定性比苯差
p
反应活性:α>β
性质
亲电取代
卤代
p
硝化
用混酸硝化,主要得到α取代产物,反应速率比苯硝化快
p
磺化
反应可逆,主要得到α取代产物,低温α,高温β
p
加成反应
p
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氧化反应
比苯易氧化
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蒽
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蒽比萘更活泼,其中γ-位最活泼
p
菲
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菲的一元取代产物有五种异构体
非苯芳烃
休克尔规则
具有芳香性的规则
①构型:环状、共平面
②共轭π电子数:4n+2(n=0,1,2,……)
p
重要的非苯芳烃
丙烯正离子
有芳香性
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环戊二烯负离子
有芳香性
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环庚三烯正离子
有芳香性
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环辛四烯二负离子
有芳香性
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有芳香性
卓酚酮
有芳香性
无芳香性的环烯
环丁二烯:4个 π电子,没有芳香性
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环辛四烯: 8个 π电子,没有芳香性
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个别化合物
甲苯
苯乙烯
联苯
苯乙酮、对茴香醛