有機(jī)化學(xué)高教第四版第四章環(huán)烴芳香烴(已修改)
2025-01-28 00:20 本頁(yè)面
【正文】 第五章 芳香烴 芳烴是芳香碳?xì)浠衔锏暮?jiǎn)稱。芳香族化合物最初是指一些化合物具有特殊的香味。后來(lái)研究表明：它具有高度不飽和性，但很穩(wěn)定，且不易發(fā)生加成和氧化反應(yīng)，而容易發(fā)生取代反應(yīng)。芳香族化合物的這些特殊性稱為芳香性。 定義： 指苯及苯的同系物，跟苯的結(jié)構(gòu)特征相似的化合物。 芳烴可分為 苯系芳烴 和 非苯系芳烴 兩大類。 苯系芳烴 根據(jù)苯環(huán)的多少和連接方式不同可分為： 單環(huán)芳烴 分子中只含有一個(gè)苯環(huán)的芳烴。 例如： 苯 甲苯 異丙苯 多環(huán)芳烴 分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上獨(dú)立苯環(huán)的芳烴。例如： 聯(lián)苯 二苯基甲烷 稠環(huán)芳烴 分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上苯環(huán)，苯環(huán)之間通過(guò)共用相鄰兩個(gè)碳原子的芳烴。例如： 萘 菲 C H3 C H (C H 3)2CH 2一、 苯的結(jié)構(gòu) 苯的分子式為 C6H6， 具有如下性質(zhì)： （ 1）一般不容易發(fā)生加成和氧化反應(yīng)，而容易發(fā)生取代反應(yīng)； （ 2）一元取代物只有一種，鄰二取代物也只有一種； （ 3）有特殊的穩(wěn)定性：氫化熱比設(shè)想的環(huán)已三烯小 。 為了解釋這些現(xiàn)象， 1858年 德國(guó)化學(xué)家凱庫(kù)勒提出了關(guān)于苯的結(jié)構(gòu)的構(gòu)想。苯分子中的6個(gè)碳原子 連結(jié)成一個(gè)六元環(huán)，每個(gè)碳原子 都與一個(gè)氫相連，同時(shí)為了滿足碳的四價(jià)，6個(gè)碳原子以單雙鍵交替形式互相連接，構(gòu)成正六邊形平面結(jié)構(gòu)，內(nèi)角為 120度。凱庫(kù)勒 把苯的結(jié)構(gòu)式寫成： 為了解釋苯的二元取代物只有一種， 凱庫(kù)勒提出苯中的雙鍵沒(méi)有固定的位置，它在不斷地?cái)[動(dòng)，因此不能分離出兩個(gè)鄰二鹵代物，實(shí)際上它們是等同的。 HHHHHHXXXX顯然， 凱庫(kù)勒提出的環(huán)已三烯結(jié)構(gòu)存在一定的缺陷，它并不能解釋苯的不飽和性以及不發(fā)生類似于不飽和烯烴或炔烴的加成反應(yīng)。隨著現(xiàn)代共價(jià)鍵理論的產(chǎn)生，可以很好在解釋苯的結(jié)構(gòu)及芳香性。 現(xiàn)代共價(jià)鍵理論對(duì)苯結(jié)構(gòu)的解釋 近代物理方法證明，苯分子的六個(gè)碳原子和六個(gè)氫原子都在同一個(gè)平面上，其中六個(gè)碳原子構(gòu)成平面六角形，碳碳單鍵的鍵長(zhǎng)均為 140pm，比烷烴中碳碳單鍵 154pm短，比烯烴的碳碳雙鍵 134pm長(zhǎng)。苯的各鍵角都是 120度。 根據(jù)雜化理論，苯分子中的碳原子都是 SP2 雜化軌道分別與碳和氫形成 σ 鍵。由于三個(gè)SP2 雜化軌道都處在同一個(gè)平面內(nèi)，所以苯環(huán)上所有原子都在一個(gè)平面內(nèi)，并且鍵角為 120度。每個(gè)碳上余下的未參加雜化的 p軌道由于垂直于苯分子形成的平面而相互平行，因此所有 p軌道之間都可以相互重疊，這就形成了一個(gè)“六個(gè) π 電子閉環(huán)的共軛體系 ” ，這個(gè)體系的特點(diǎn)是 p軌道重疊程度完全相等，所以，碳碳鍵長(zhǎng)完全相等，它比烷烴中的碳碳單鍵短，而比孤立的碳碳雙鍵長(zhǎng)。 所以實(shí)際上苯環(huán)不是結(jié)構(gòu)式表示的那樣一種單雙鍵間隔的體系，而是形成了一個(gè)電子云密度平均化，沒(méi)有單、雙鍵之分的大π 鍵。 苯的結(jié)構(gòu)式如下： H HH HH H 二、 命名及同分異構(gòu)體 苯及其同系物的通式為 CnH2n6。 烷基苯的命名以苯作為母體，烷基作取代基，根據(jù)烷基的名稱叫 “ 某苯 ” 。例如： 甲苯 乙苯 異丙苯 當(dāng)苯環(huán)上連有多個(gè)不同的烷基時(shí)，烷基名稱的排列應(yīng)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，環(huán)上編號(hào)從簡(jiǎn)單取代基開(kāi)始，沿其它取代基位次盡可能小的方向編號(hào)。例如： CH 3 CH 2CH 3 CH3CH 3CHCH 3CH 3 1， 2二甲苯 1， 3二甲苯 1， 4二甲苯 鄰 二甲苯 間 二甲苯 對(duì) 二甲苯 1甲基 4乙基苯 對(duì) 甲乙苯 CH 3CH 3CH3CH3CH 3CH 2CH 3CH 3CH 3CH 3 1， 2， 3三甲苯 1， 2， 4三甲苯 1， 3， 5三甲苯 連 三甲苯 偏 三甲苯 均 三甲苯 當(dāng)命名某些芳烴時(shí)，也可以把苯作為取代基。例如： 3甲基 4間甲苯基已烷 1苯丙烯 CH 3CH 3CH 3CH 3CH 3CH 3CH 3CH 3CH 3 CH 2 CH 2 CH 3CHCHCH 3CH CHC H 2 C H
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