第七章 多 环 芳 烃与非苯芳 烃
学习要求：
1．掌握萘、蒽、菲的结构。
2．掌握多环芳烃的化学性质、萘的磺化反应、动力学控制和热力学控制。 3．理解芳香性概念、芳香性的判别、休克尔规则。 4．了解非苯芳烃的类型和代表物及反芳香性。
5．了解致癌烃、煤焦油的组成。 计划课时数 4课时
重点：萘、蒽、菲的结构。
难点：芳香性的判别、休克尔规则。
教学方法 采用多媒体课件、模型和板书相结合的课堂讲授方法。 引言
多 环 芳 烃
芳烃按其结构可分类如下：
§7.1 联苯
对热很稳定，当它和二苯醚以２６．５：７３．５混合时，受热到４００℃时也不分解，所以广泛的用作高温传热液体． §7.2稠环芳烃
2CH 3
CHCH 32CH 3CH 2苯系芳烃非苯芳烃单环芳烃
多环芳烃联苯
稠环芳烃
多苯代脂烃
苯乙苯异丙苯苯乙烯联苯对三联苯萘 蒽
二苯甲烷
环戊二烯负离子环庚三烯正离子薁
7.2.1萘
（一）萘的结构
平面结构，所有的碳原子都是sp 2
杂化的，是大π键体系。
分子中十个碳原子不是等同的，为了区别，对其编号如下：
萘的一元取代物只有两种，二元取代物两取代基相同时有10种，不同时有14种。 （二）萘的反应和用途 1． 加成反应
萘比苯易加成，在不同的条件下，可发生部分或全部加氢。
2． 氧化反应 萘比苯易氧化
3． 取代反应
（1）消化 萘与混酸在常温下就可以反应，产物几乎全是α-硝基萘。
存在于煤焦油中，白色闪光状晶体，熔点80.6,
℃,沸点218有特殊气味,能挥发并易升华,不溶于水。
萘是重要的化工原料.
。也常用作防蛀剂（如卫生球）
0.142nm
说明萘环中各碳原子
的P 轨道重叠的程度不完全相同，稳定性不如苯。1234
567810
9αβα
αα
βββ1、4、5、8位又称为 位αβ2、3、6、7位又称为 位电荷密度αβ
>+ 2H 2Pd / C
3H 2四氢化萘十氢化萘
O O
O 2+ 9O 2V O 400~550℃
+ 4CO 2 + 4H 2O 邻苯二甲酸酐
重要的有机化工原料N H 2
4+C OOH C OOH
含邻、对位基时同环氧化NO 24+含间位基时异环氧化
（2）磺化反应
磺化反应的产物与反应温度有关。低温时多为α-萘磺酸，较高温度时则主要是β-萘磺酸，α-萘磺酸在硫酸里加热到165℃时，大多数转化为β-异构体。其反应式如下：
高温生成β-异构体的原因：
为什么磺化反应随着温度不同生成的产物不一样呢？这里就有一个速度控制和平衡控制的问题。
由于萘的的α-位比β-位活泼，在低温下，反应活性不是很强的时候，α位优先反应，生成α-萘磺酸，这种利用反应速度来控制主要产物的结果叫做速度控制。以前我们讨论苯环的定位基效应大多是速度控制产物。
当温度升高，逆反应速度增加，平衡更容易建立；同时由于温度升高，对反应活化能较高的β取代的反应速度也加快，加速了β取代产物的生成，当加热到160℃时，大部分α异构体转变成β异构体，反应达到了平衡，所以，β-萘磺酸是平衡控制产物。
两种竞争反应进程曲线图如下：
SO3H
3
H
+ H2SO4
萘磺酸
β
，
165℃
有机合成的重要中间体
位比稳定，被认为
是空间斥力的结果
αβ
斥力大斥力小
速度控制产物平横控制产物
（）（）
E大小
E
萘＋H2SO4
从曲线上我们看到，β-萘磺酸比α-萘磺酸更稳定，为什么呢？
α位活泼，反应快，但位阻大，不稳定，容易脱去； β位不活泼，难生成，但较稳定，生成后难脱去。
另外，磺化反应容易生成β产物，一个很重要的原因这个反应是可逆反应。其它反应可逆程度很小，即使升高温度也得不到β产物。正因为这个原因，其它β取代产物往往要通过磺化反应在转化。例如β-萘胺的合成就是先生成β-萘磺酸然后转化称萘酚在转化成萘胺的：
7.2.2蒽 （自学）
蒽分子中含有三个稠合的苯环，所有原子都在同一个平面上，形成包含14个碳原子
的π分子轨道。蒽的结构如下：
有四个α位、四个β位和两个γ位，因此亿元取代产物有三种异构体。 蒽的键长参数见课本。
蒽虽然是是一个芳烃，但它的不饱和性比萘更加明显，性质也更加活泼，取代反应主要发生在γ位上。
共振能 150.6kj/mol 255kj/mol 351.4kj/mol 每个环共振能 150 128 117
H
SO 3H
H SO 3
H
H
SO 3H
OH
NH 2
5
氧化反应： 难 易 还原反应： 难 易 加成反应：
难 易
1、氧化反应
2、加成反应
因为产物保留了两个苯环理论上还有300kj/mol 的共振能，实际上只损失51kj/mol ，如果发生在α位，则保留了萘环的共振能255kj/mol ，共振能损失较大，所以γ位活泼。
7.2.3菲
（自学）
菲是蒽的同分异构体，三个苯环不在一条直线上。
菲的化学性质和蒽相似，也发生在9,10位，但总的来说不如蒽活泼。如：
7.2.4．其他稠环烃
多环芳烃是个尚未很好开发的领域，而且来源丰富，大量存在于煤焦油和石油中。现在己从焦油中分离出好几百种稠环芳烃，有待研究利用。
很久以前就注意到，如在动物体上长期涂抹煤焦油，可以引起皮肤癌，经长期的实验，发现合成的1
，2，5，6-二苯并蒽具有致癌的性质，后来又从煤焦油中分离出一个致癌的物质，3，4-苯并芘。现在已知的致癌物质中以6-甲基-1，2-苯并-5，
10-次乙基蒽的效力最强。
H H
H
Na N 2
Na
成环 共平面π电子= 4非环状闭合共轭C 无
芳
性成环 共平面π电子= 6环状闭合共轭C 有芳性n=1其典型代表物为二茂铁，见第十六章元素有机化合物P 525
§7.3 非 苯 系 芳 烃
一、休克尔规则
一百多年前，凯库勒就预见到，出了苯外，可能存在其他具有芳香性的环状共轭多烯烃。为了解决这个问题，化学家们作了许多努力，但用共价键理论没有很好的解决这个问题。
1931年，休克尔（E.Huckel ）用简单的分子轨道计算了单环多烯烃的π电子能级，从而提出了一个判断芳香性体系的规则，称为休克尔规则。
休克尔提出，单环多烯烃要有芳香性，必须满足三个条件。 (1) 成环原子共平面或接近于平面，平面扭转不大于0.1nm; (2) 环状闭合共轭体系;
(3) 环上π电子数为4n+2 (n= 0、1、2、3……)；
符合上述三个条件的环状化合物，就有芳性，这就是休克尔规则。 例如：
其他不含苯环，π电子数为4n+2的环状多烯烃，具有芳性，我们称它们为非苯系芳烃。 二、非苯芳烃
1． 具有芳香性的离子 （1） 戊二烯负离
（2） 环庚三烯正离子
个π电子n = 1
个π电子n = 2610H H H 3+-X -X -
（3） 环辛四烯双负离子 2． 薁
薁有明显的极性，其中五元环是负性的，七元环是正性的，可表示如下：
薁有明显的芳香性，表现在能起亲电取代反应上。例如，薁能起酰基化反应，取代基进入1，3-位：
薁的衍生物如1，4-二甲基-7-异丙基薁存在于香精中，若含有万分之一时，就显蓝色，它又叫愈创蓝油烃，是治疗烧伤、烫伤和冻疮的药物。 3．轮烯
具有交替的单双键的多烯烃，通称为轮烯。轮烯的分子式为（CH ）X ，χ≥10，命名是将碳原子数放在方括号中，称为某轮烯。例如：χ=10的叫[10]轮烯。
轮烯有否芳性，决定于下列条件： a ．π电子数符合4n+2规则。
b ．碳环共平面（平面扭转不大于0.1nm 。
c ．轮内氢原子间没有或很少有空间排斥作用。 （1）[10]轮烯
（2） [14] 轮烯
0.1462nm 1
334n m
2K,THF
K =2K +
成环 不在同一平面π电子= 8不能形成环状共轭体系C 无芳性成环 在同一平面π电子= 10环状闭合共轭体系C 无芳性n = 21
2
34
5678天蓝色片状固体，熔点90°含10个π电子，成环C 都在同一平面
是闭环共轭体系，有芳性COCH 3COCH 3COCH 3
AlCl 3
3
+
π电子=10,n = 2
但由于轮内氢原子间的斥力大，使环发生扭转不能共平面，故无芳香性
，
π电子=14,n = 3
但由于轮内氢原子间的斥力大，使环发生扭转，
（3）[18] 轮烯
[18]轮烯受热至230℃任然稳定，可发生溴代，硝化等反应，足可见其芳性。 3． 杂环化合物
上述杂环化合物都符合休克尔规则，故都有芳性。应该指出，应用休克尔规则判断出来的芳香烃，不能用经典的芳香性概念去理解，特别是对于大环体系。如果还想用它们的化学行为去判断（例如硝化反应），那时不可能的。在这种情况下，则是根据分子的磁性变化来决定的，例如（以苯为例），把苯分子的π电子云看成是一种环状电流（π电子云也确实在运动），当外加磁场H 0作用于这个闭合环流时，便产生一个方向与H 0相反的感应磁场，从而表现出苯分子有一定的反磁磁化率数值，对于不同的大环π体系，可以测定它的反磁磁化率大小，用这个方法来确定分子是否具有芳香性。
环辛四烯这类非芳香性体系，分子不在共平面上，不能形成闭合环流，当然就不会产
生感应磁场，也就测不出反磁磁化率。
通过上述讨论可知，对芳香性的概念，要想下一个准确无误的定义是不容易的，即使用休克尔规则，也做不到这一点，更可况方向化学的理论还在不断发展，在近代的研究成果中，诸如环状体系，分子共平面性这些芳香性的组成要素也受到了冲击，哲学理论能否保得住？往那些方向发展还很难说，这就反映了科学道路是无止境的，任何理论都是相对的，我们一定要用辩证唯物主义的观点区看待事物，用发展的眼光去看待科学，活学活用前人的理论才不至于犯教条主义、形而上学的错误，才能学好有机化学。
作业1: P 157 1，2，3，4，5，6，7
π电子=18,n = 4轮内氢原子间的斥力微弱，环接近于平面故有芳香性，H
H H H
H
H
N H O N N 吡咯呋喃吡啶喹啉
H H
H H H
H
H
H H 0
第七章 多环芳烃 1、 联苯及其衍生物 2、 稠环芳烃：萘、蒽、菲及其衍生物的结构和化学性质 1、 芳香体系与休克尔规则 基本要求： 1.熟练掌握稠环芳烃萘蒽等衍生物的命名。 2.熟练掌握萘的化学性质及萘环上亲电取代产物的定位规律。 3.掌握H ückel 规则，理解芳香性的概念，能应用H ückel 规则判断环状化合物的芳香性。 分子中含有多个苯环的烃称作多环芳烃。多环芳烃可分如下三种： 联苯和联多苯类：这类多环芳烃分子中有两个或两个以上的苯环直接以单键相联结。 稠环芳烃：这类多环芳烃分子中有两个或两个以上的苯环以共用两个碳原子的方式相互稠合。 多苯代脂肪类：这类多环芳烃可看作是脂肪烃中两个或两个以上的氢原子被苯基取代。 7.1联苯及其衍生物 联苯是两个苯环通过单键直接连接起来的二环芳烃。 其结构为： 联苯为无色晶体，熔点70℃，沸点254℃。不溶于水而溶于有机溶剂。因其沸点高和具有很好的热稳定性，所以工业上常用它作热传导介质（热载体）。 联苯的化学性质与苯相似，在两个苯环上均可发生磺化、硝化等取代反应。联苯环上碳原子的位置采用下列所示的编号来表示： 联苯可看作是苯的一个氢原子被苯基取代，而苯基是邻对位定位基，所以，当联苯发生取代反应时，取代基进入苯的对邻位和对位。但由于邻位上的空间位阻较大，主要生成对位产物。 7.2稠环芳烃 有多个苯环共用两个或多个碳原子稠合而成的芳烃称为稠环芳烃。简单的稠环芳烃如萘、蒽、菲等。稠环芳烃最重要的是萘。 7.2.1萘(naphthalene) 萘的结构:平面结构，所有的碳原子都是sp 2杂化的，是大π键体系。 分子中十个碳原子不是等同的，为了区别，对其编号如下： 萘的一元取代物只有两种，二元取代物两取代基相同时有10种，不同时有14种。 萘的物理性质：萘是白色晶体，熔点80.5℃，沸点218℃，有特殊气味，易升华，不溶于水，易溶于热的气醇及乙醚，常用作防柱剂。萘在染料合成中应用很广，大部分用于制造邻苯二甲酸酐。 12345678109αβααα βββ1、4、5、8位又称为 位αβ2、3、6、7位又称为 位电荷密度αβ>
第七章多环芳烃和非苯芳烃 一、 写出下列化合物的构造式。 1、α－萘磺酸 2、 β－萘胺 3、β－蒽醌磺酸 SO 3H NH 2 C C O O SO 3H 4、9－溴菲 5、三苯甲烷 6、联苯胺 Br CH NH 2 二、 命名下列化合物。 1. 2. C C O 3. SO 3H NO 2 4. CH 2 5. 6. CH 3 CH 3 OH NO 2 二苯甲烷 对联三苯 1，7－二甲基萘 三、 推测下列各化合物发生一元硝化的主要产物。 SO 3H SO 3H 1. HNO 3H 2SO 4 O 2N SO 3H NO 2 + 2. CH 3 H 2SO 4 HNO CH 3 NO 2
3. OCH 3H 2SO 4 NO 2 OCH 4. CN CN NO 2 3H 2SO 4 NO 2 CN 四、 回答下列问题： 1，环丁烯只在较低温度下才能生成，高于350K 即（如分子间发生双烯合成）转变为二聚体 , 已知它的衍生物二苯基环丁二烯，有三种异构体。上述现象说明什么？写出二苯环丁烯三种异构体的构造式。 解：环丁二烯π－电子为四个，具有反芳香性，很不稳定，电子云不离域。三种二苯基环丁二烯结构如下： Ph Ph Ph Ph Ph Ph 2，1，3，5，7－环辛四烯能使高锰酸钾水溶液迅速褪色，和溴的四氯化碳溶液作用得到C 8H 8Br 8。 （a 这两个共振结构式表示？ 解：不可以，因为1，3，5，7－辛环四烯不具有离域键，不能用共振结构式表示。 （c ）,用金属钾和环辛四烯作用即得到一个稳定的化合物2K +C 8H 8(环辛四烯二负离子)，这种盐的形成说明了什么？预期环辛四烯二负离子将具有怎样的结构？ 解：环辛四烯二负离子具有芳香性，热力学稳定，其结构为：
第五节苯和芳香烃 [教学目的要求] 1．使学生了解苯的组成和结构特征，掌握苯的化学性质。 2．使学生了解芳香烃的概念。 3．使学生了解甲苯、二甲苯的某些化学性质。 [本节教学重点] 苯的主要化学性质以及子结构的关系。苯的同系物的主要化学性质。 [本节教学难点] 苯的化学性质与分子结构的关系 [知识讲解] 一、苯的结构 分子式：_________，结构式：_________可简写为：________或_______。分子构型：某分子中所有的C、H原子都处于__________上（具有_______形结构），苯分子中不存在一般的C=C键。苯环中所有的碳原子间的键完全相同，是一种介于C—C和C=C之间的独特的键，键间的夹角为______。苯和甲烷、乙烯、乙炔都属于_______性分子。 二、苯的物理性质 苯是____色、带有______气味的液体，_____溶于水，密度比水____，熔、沸点较______，且苯有毒。 说明：由于苯的熔点较低，只有 5.5℃，因此有关苯的实验若需加热，一般用水浴加热，而不用酒精灯直接加热。苯是致癌物质，主要损害人的中枢神经和肝功能，尤其是危及血液和造血器官，易引起白血病和感染败血症等疾病。 三、苯的化学性质 由于苯分子中C、C原子间的键介于C=C和C—C之间，其结构上既类似于饱和烃，又类似于烯烃，因此苯兼具有饱和烃和不饱和烃的性质。但苯的性质比不饱和烃稳定，具体表现在苯较易发生取代反应(但比烷烃的取代反应要困难些，因苯的取代反应一般需催化剂或加热等条件)，较难发生加成反应，难以发生氧化反应(除燃烧外)。 1、不能使酸性KMnO4溶液褪色，也不能使溴水褪色——说明苯具有类似饱和烃的性质，即通常情况下较稳定。 说明：苯和溴水混合后，由于苯的密度比水小，且不溶于水，而溴在水中的溶解度较小，且易溶于有机溶剂(如苯等)，这样混合液振荡后，本来无色的上层——有机苯层，较变为橙红色，而本来黄色的下层——无机水层，则转变为无色。 2、取代反应 1)卤代反应——苯环上的氢原子被卤原子(X)取代。
邻苯二甲酸酯类化合物主要广泛用作塑料和橡胶等的增塑剂。 多环芳烃通常存在于石化产品、橡胶、塑料、润滑油、防锈油、不完全燃烧的有机化合物等物质中。 PAHS & PHTHALATE COMPLIANCE SPECIFICATION 多环芳烃化合物和邻苯二甲酸酯的符合规范 1.0Purpose & Scope 目的及范围 This Compliance Specification establishes Einhel l’s requirements to comply with requests of European Customers and the European Union’s Directives 76/769/EEC, Restrictions on the marketing and use of certain polycyclic aromatic hydrocarbons in extender oils and tyres and similar regulations that may be adopted by other countries. 本符合规范设定安海为符合欧洲客人要求及欧盟76/769/EEC指令及其他国家可能出台的相关法规的要求，对市场行销的限制和对某些多环芳烃化合物在混和油及轮胎中使用的限制。 2.0Statement of Compliance 符合声明 Einhell requests the supplier to sign this letter verifying compliance or non-compliance with PAHS & PHTHALATE . 安海要求供应商签署此规范以声明其产品是否符合多环芳烃化合物限制和邻苯二甲酸酯限制。 3.0Overview of PAHS 多环芳烃化合物限制概述 Following 16 substances are defined as PAHS: 以下16种物质为限制的多环芳烃化合物： -Acenaphthene (苊) -Acenaphthylene (苊烯) -Anthracene (蒽) -Benzo(a)antrhracene (苯并蒽) -Benzo(a)pyrene (苯并（a）芘) -Benzo (b)fluoranthene(苯并（b）荧蒽) -Benzo (g.h.i.)perylene (苯并 (g,h,i) 二萘嵌苯 ) -Benzo (k) fluoranthene (苯并（k）荧蒽) -Chrysene (屈) -Dibenzo (a,h) anthracene (二苯并（a, h）蒽) -Fluoranthene (荧蒽) -Fluorene (芴) -Ideno (123-cd) pyrene (茚并（1,2,2-cd）芘) -Naphthalene (萘) -Phenanthrene (菲) and 和 -Pyrene (芘) 4.0Overview of Phthalate 邻苯二甲酸酯限制概述Following 6 substances are defined as Phthalate: 以下6种物质为限制的邻苯二甲酸酯： -Diisononylphthalat 邻苯二甲酸二异壬酯-Di-(2-ethylhexyl)phthalate -Di-n-octylphthalat --Diisodecylphthalat邻苯二甲酸二异癸酯-Benzylbutylphthalat 邻苯二甲酸苄丁酯-Dibuthylphthalat邻苯二甲酸二丁酯 5.0General Compliance Requirements 基本的符合要求 All products delivered to EINHELL do not exceed below concentration level of PAHS & Phthalate. The maximum concentration levels are agreed by major industrial organizations in Europe. Two categories must be distinguished: 交付安海的全部产品的多环芳烃化合物和邻苯二甲酸酯都不能超出以下含量，该最大含量已通过欧洲主要工业机构的认可，两种分类应值得注意：
苯芳香烃 【内容分析】 本节课的内容位于化学必修2的第三章的第二节———来自石油和煤的两种基本化工原料。苯是一种重要的有机化工原料，苯又是芳香烃化合物中最简单、最基本的一个物质，掌握了苯的性质可以为后面选修5中系统的研究芳香烃及其衍生物打下良好的基础。其中，苯结构中特殊的化学键决定了苯的化学性质是教学的重点内容，但真正用杂化轨道理论及价键理论中的大∏键来解释苯分子的结构那又是选修3中的内容，所以此时只要引导学生结合前面第一章中所学的化学键的知识，把苯中的化学键理解为是介于单双键之间的一种特殊的化学键即可。 同时，学习必要的化学实验技能，体验和了解化学科学研究的一般过程和方法，是新课标的要求，因此在这里有必要借助一些有关苯的性质的实验来讨论一些重要实验装置的作用，以培养学生的实验技能，但实验设计要考虑到苯的毒性。 【教学目标】 知识与技能：知道苯的分子结构，了解苯的来源和物理性质，了解苯的可燃性、稳定性、取代反应等化学性质及主要用途和毒性。 过程与方法：通过实物展示、学生自学及实验动画演示了解苯的物理性质；通过对苯分子式的可能结构的分析，然后实验探究，再根据提供的信息资料分析最后得出苯的特殊结构，体验科学探究的过程；通过实验演示、实验录像及动画模拟，理解苯的化学性质，同时通过重要实验装置的探讨培养实验技能；通过学生上网查阅资料、同学的生活经验介绍以及老师组织的讨论来了解苯的用途、毒性和减少苯对人体伤害的措施。 情感态度与价值观：通过多样化的教学手段来激发学习兴趣，培养学生严谨求实、自主探究的科学精神；通过对“谁发现了苯的结构？”史实真实性的追究，培养学生实事求是、诚实质朴的科学品质。 【教学重难点】 苯的结构探究；了解苯的化学性质。 教学计划：二课时 教学用具：投影仪、实验仪器和试剂 教案设计： 第一课时 【引言】前面一段时间我们已经学习了烷烃、烯烃和炔烃，今天，我们开始探讨一类新的烃。首先我们了解有关的化学史资料： 【讲述】苯的发现史：苯是怎样被发现的呢？19世纪欧洲许多国家都使用煤气照明，煤气通常是压缩在桶里贮运的，人们发现这种桶里总有一种油状液体，但长时间无人问津。英国科学家法拉第对这种液体产生浓厚兴趣，他用蒸馏的方法将这种油状液体分离，得到另一种液体。这种液体实际上就是苯― 一种无色油状液体。 【ppt展示】一瓶纯净的苯 【讲述】那么本节课就让我们来研究一下苯。 【板书】第五节苯芳香烃 【dvd实验展示】 【实验一】取一瓶苯，让学生直接观察苯的颜色、状态。 【实验二】在试管中倒入少量苯，放在盛有冰水混合物的容器中，观察现象。 【实验三】在试管中加入1mL苯，再加入2mL水，振荡，观察现象。 （结合课本的阅读，由学生总结苯的物理性质）
第七章多环芳烃与非苯芳烃1.以奈为原料合成维生素K3. O CH3 O 解：以奈为原料合成维生素K3有以下几步 (1)OH K2C2O7 H+ O O (2)O O [H] OH OH (3)OH OH 3 CH3I OH CH3 (4)OH OH CH3K 2 C2O7 H+ O CH3 O 2.由指定的原料和必要的试剂合成下列化合物 HC CH3 CH3 CH3 解。各步反应如下
CH 3CH 2CH 2Cl 3 O O O AlCl 3 CH(CH 3)2 COCH 2CH 2COOH CH(CH 3)2 CH(CH 3)2 CH 2CH 2CH 2COOH Zn-Hg HCl SOCl 2 CH(CH 3)2 CH 2CH 2CH 2COCl AlCl 3 (H 3C)2HC O CH 3MgBr (H 3C)2HC H 3 C OMgBr - (H 3C)2HC H 3C Pb-C 脱氢 (H 3C)2HC H 3C 3从2-甲基奈合成1-溴-7甲基奈。 解；合成步骤如下所示： CH 浓 H 2SO 4 Br 2Fe TM 4,完成下列反应，写出主要产物 H 2SO 4(1)NaOH (2)H + (2) (1) 解：根据奈与H2SO4磺化反应在高温下发生磺化反应，有； H 2SO 4 SO 3H OH H + 所以(1)为SO 3H ，（2）为 OH 5.完成下列反应 H 3C NO 3+ Br 2 Fe 粉
解：联苯的性质与苯的性质类类似，在此反应中，甲基是第一类定位基，硝基是第二类定位基，取代反应后，溴进入甲基的邻对位，所以得到取代产物 为 Br H3C NO3 . 6.完成下列反应； H2SO4 165℃ (1)Na2SO4 (2)NaOH,(3)H (K) (J) 解；根据奈的磺化反应可知J为SO3H ；J经过一系列反应后 可知K为OH ；K与混酸发生硝化反应，因为羟基是邻对位定 位基，在β位上，所以硝基只能取代在与它相邻的α位上，从而得到L为OH NO3 。 7.完成下列反应。 OH 2Br2 解；根据奈环的取代规律，卤代产物为OH Br 。 8.命名下列化合物； (1) OH O2N（2） N+(CH3)3Cr （3）N N (4) CH CHCOOH
第七章 多 环 芳 烃与非苯芳 烃 学习要求： 1．掌握萘、蒽、菲的结构。 2．掌握多环芳烃的化学性质、萘的磺化反应、动力学控制和热力学控制。 3．理解芳香性概念、芳香性的判别、休克尔规则。 4．了解非苯芳烃的类型和代表物及反芳香性。 5．了解致癌烃、煤焦油的组成。 计划课时数 4课时 重点：萘、蒽、菲的结构。 难点：芳香性的判别、休克尔规则。 教学方法 采用多媒体课件、模型和板书相结合的课堂讲授方法。 引言 多 环 芳 烃 芳烃按其结构可分类如下： §7.1 联苯 对热很稳定，当它和二苯醚以２６．５：７３．５混合时，受热到４００℃时也不分解，所以广泛的用作高温传热液体． §7.2稠环芳烃 2CH 3 CHCH 32CH 3CH 2苯系芳烃非苯芳烃单环芳烃 多环芳烃联苯 稠环芳烃 多苯代脂烃 苯乙苯异丙苯苯乙烯联苯对三联苯萘 蒽 二苯甲烷 环戊二烯负离子环庚三烯正离子薁
7.2.1萘 （一）萘的结构 平面结构，所有的碳原子都是sp 2 杂化的，是大π键体系。 分子中十个碳原子不是等同的，为了区别，对其编号如下： 萘的一元取代物只有两种，二元取代物两取代基相同时有10种，不同时有14种。 （二）萘的反应和用途 1． 加成反应 萘比苯易加成，在不同的条件下，可发生部分或全部加氢。 2． 氧化反应 萘比苯易氧化 3． 取代反应 （1）消化 萘与混酸在常温下就可以反应，产物几乎全是α-硝基萘。 存在于煤焦油中，白色闪光状晶体，熔点80.6, ℃,沸点218有特殊气味,能挥发并易升华,不溶于水。 萘是重要的化工原料. 。也常用作防蛀剂（如卫生球） 0.142nm 说明萘环中各碳原子 的P 轨道重叠的程度不完全相同，稳定性不如苯。1234 567810 9αβα αα βββ1、4、5、8位又称为 位αβ2、3、6、7位又称为 位电荷密度αβ >+ 2H 2Pd / C 3H 2四氢化萘十氢化萘 O O O 2+ 9O 2V O 400~550℃ + 4CO 2 + 4H 2O 邻苯二甲酸酐 重要的有机化工原料N H 2 4+C OOH C OOH 含邻、对位基时同环氧化NO 24+含间位基时异环氧化
第六章 苯与芳香烃 6-1．用次氯酸叔丁脂（t-BuOCl ）对甲苯进行一元氯化反应，写出这工反应的反应式。已知该反应按自由基链式反应机理进行，试写出这个反应的引发阶段与链式传递阶段的反应式。 解：苯环相对稳定，而与苯环直接连接的碳上的α氢原子却由于苯环的影响较活泼，容易被卤代，一元氯化反应的反应式为： CH 3 +t-BuOCl 2Cl +t-BuOH 链引发阶段的反应式： t-BuOCl hv +Cl t-BuO 链传递阶段的反应式： + CH 3 CH 2 t-BuO t-BuOCl + CH 2Cl CH 2 + t-BuO 6-2．对下列反应提出合理的分步的反应机理。 H + CH 3 CH CH 2 解：反应各步的反应机理为： 1 CH CH 2 H + CH CH 3 +
2 CH3 4 CH CH2 CH3 CH H CH3 -H+ 6-3．写出下列反应的机理。 O R R OH R R H3O 解：此反应机理如下：
O R R H+ OH+ R R OH R R + 碳正离子重排 OH R R 6-4．写出下列反应的机理。 C CH3CH2 H3C CH3 H3C 解，此反应机理如下：1. C CH3CH2 H+ C CH3 CH 3 + 2. 3 2 C CH3
3. H 3C CH 3 H CH3 4. H 3C CH 3 H 3C -H + 6-5．写出下列反应的机理。 COOH COOH NO 2HNO 3 24? 解，反应机理如下： 1. HO NO 2 ? +OH 2 NO 2 H 2O +NO 2 2. NO 2 + NO 2 COOH COOH 3.
第11章苯和芳香烃芳香亲电取代反应 一、选择题 1．下面的化合物进行硝化反应的速度顺序是（）。[华中科技大学2000研] A．（3）＞（4）＞（2）＞（1） B．（3）＞（2）＞（4）＞（1） C．（4）＞（2）＞（3）＞（1） D．（4）＞（3）＞（1）＞（2） 【答案】A 【解析】给电子基的给电子能力越强，苯环上的硝化反应越快；吸电子基的吸电子能力越强，硝化反应越慢。 2．下面化合物的正确名称是（）。[华中科技大学2000研] A．对甲基苯磺酰胺 B．N-甲基对甲苯磺酰胺 C．对甲苯甲基苯磺酰胺 D．甲氨基对甲苯磺酰胺 【答案】B 【解析】取代基中含磺酰胺基，要以苯磺酰胺作为主体命名。
3．苯甲醚在邻位进行硝化反应时，其中间体的极限结构对共振杂化体贡献最大的是（）。[天津大学2000；大连理工大学2004研] 【答案】C 【解析】（C）中的正电荷位于与甲氧基相连的碳原子上，甲氧基的给电子效应使正电荷分散，因此该极限结构比其他三种极限结构相对稳定，对共振杂化体的贡献最大。 4．反应的主要产物是（）。[武汉大学2001研] （D）（A），（B）等量（E）（A），（C）等量 【答案】B 【解析】氯原子为邻、对位定位基，因生成（A）时的空间位阻较大，故主要产物为（B）。 5．下列化合物，芳环上起亲核取代反应速率最快的是（）。[南京大学2003研]
【答案】C 【解析】与氯原子相连的碳原子带的正电荷越多，则亲核取代反应速率越快。硝基为吸电子基，使苯环上邻、对位电子云密度降低，正电荷增多，故（C）亲核反应速率最快。 6．下列化合物有芳香性的是（）。[华中科技大学2000研] 【答案】B，C 【解析】（B）项分子中有6个π电子，符合休克尔规则；（C）项中的七元环带一个单位正电荷，五元环带一个单位负电荷，这样七元环和五元环的π电子数都为6个，且在同一平面内，都符合休克尔规则。 7．下列化合物中有芳香性的是（）。[中国科学院-中国科学技术大学2001研] 【答案】A 【解析】（A）中有10个π电子数，符合休克尔规则。 8．薁的亲核取代反应容易发生在哪些位置上？（）[上海大学2004研]
7．1联苯及其衍生物 7．2稠环芳烃 7．2．1萘及其衍生物 萘是有光亮的白色片状晶体，熔点80.2 o C ，沸点218 o C ，不溶于水，易溶于乙醇、乙醚和苯等有机溶剂。燃烧时光亮弱、烟多。萘挥发性大，易升华，有特殊气味，具有驱虫防蛀作用，过去曾用于制作“卫生球”。近年来研究发现，萘可能有致癌作用，现使用樟脑取代萘制造卫生球。萘在工业上主要用于合成染料、农药等。萘的来源主要是煤焦油和石油。 1．萘的结构和萘的衍生物的命名 萘的分子式为C 10H 8，是由两个苯环共用两个相邻的碳原子稠合而成，两个苯环处于 同一平面上。萘分子中每个碳原子均以sp 2 杂化轨道与相邻的碳原子形成碳碳σ键，每个碳原子的p 轨道互相平行，侧面重叠形成一个闭合共轭大π键，因此同苯一样具有芳香性。但萘和苯的结构不完全相同，萘分子中两个共用碳上的p 轨道除了彼此重叠外，还分别与相邻的另外两个碳上的p 轨道重叠，因此闭合大π键电子云在萘环上不是均匀分布的，导致碳碳键长不完全等同，所以萘的芳香性比苯差。 萘分子中碳碳键长数据如下： 萘的芳香性不如苯还可通过离域能数据看出。苯的离域能为150.5kJ?mol -1 ，如果萘的芳香性和苯一样，萘的离域能应为苯的离域能的2倍，而事实上萘的离域能仅是 250kJ?mol -1 。 由于萘环上各碳原子的位置并不完全等同，因此萘的衍生物命名时，无论萘环上有几个取代基，取代基的位置都要注明。萘环的编号方法如下： 其中，1、4、5、8位置相同，称做α-位；2、3、6、7位置相同，称做β-位。 12345678 ααααβββ β CH 3CH 3 SO 3H NO 2甲基萘甲基萘硝基 萘磺酸--甲基萘甲基萘12--αβ--52-nm 0.1418nm 0.1415nm 0.1421nm 0.1363
芳香类化合物是指从植物胶里取得的具有芳香气味的物质。现在人们把具有下列特殊稳定的不饱和环状化合物称为方向化合物： （1）从结构上看①芳香化合物一般都具有平面或接近平面的环状结构②键长趋于平均化③具有较高的C/H 比 （2）从性质上看①芳香化合物的芳环一般都难以氧化、加成②而易于发生亲电取代反应③具有特殊的光学性质，如芳环环外氢的化学位移处于NMR 低场，而环内氢处于高场等。 上述这些特点被称为芳香性。 1. 芳香烃的结构 1.1苯的结构和表达 1.1.1苯的结构 第十一章 苯和芳香烃 芳香亲电取代反应 120o 108pm 140pm
1.1.2苯的芳香性 环己烯的氢化热ΔH=-120kJ/mol，1,3-环己二烯的氢化热ΔH=-232kJ/mol（由于其共轭双键增加了其稳定性）。而苯的氢化热ΔH=-208kJ/mol。1,3-环己二烯失去两个氢变成苯时，不但不吸热，反而放出少量的热量。这说明：苯比相应的环己三烯类要稳定得多，从1,3-环己二烯变成苯时，分子结构已发生了根本的变化，并导致了一个稳定体系的形成。 苯难于氧化和加成，而易于发生亲电取代反应，与普通烯烃的性质有明显的区别。 1.2.3苯的表达 自1825年英国物理学家和化学家Farady M（法拉第）首先从照明气中分离出苯后，人们一直在探索苯结构的表达式。科学家们提出了各种有关苯结构式的假设；其中比较有代表性的苯的结构式有： 凯库勒式双环结构式棱形结构式向心结构式对位键结构式余键结构式 （凯库勒（杜瓦（拉敦保格（阿姆斯特朗、拜耳（克劳斯（悌勒 1865年提出）1866-1867年提出）1869年提出）1887-1888年提出）1888年提出）1899年提出）用内部带有一个圆圈的正六边形表示苯，圆圈强调了π电子的离域作用和电子云的均匀分布，它很好地说明了 碳碳键键长的均等性和苯环的完全对称性，但是这种方式用来表示其他方向体系时就不合适了，例如表示萘时很容 易造成误解，因为萘不是完全对称的分子，萘分子的碳碳键长也不是完全均等的。另外，圆圈没有说明π电子的数 目，萘分子的10个π电子用两个圆圈表示易误解成每个环有6个π电子而造成混淆。
苯和芳香烃 [学习目标] 知识技能： （1）使学生了解芳香烃、芳香族化合物的概念。 （3）认识芳香烃的组成、结构。 （2）使学生了解甲苯、二甲苯的一些化学性质，并说明苯同系物与苯性质的差异。 （4）举例芳香烃类物质在有机合成和有机化工中的重要作用。 能力培养： （1）通过从甲苯性质的学习，了解有机物分子中不同基团的相互影响的实例，提高分析研究有机物性质的能力。 （2）通过苯的同系物、芳香烃、芳香族化合物等概念的辨别和比较，提高有机概念的辨别能力。 思想情感： 通过芳香烃在生产和生活中的应用的学习，培养爱化学、用化学的兴趣，了解化学与生产、生活的紧密联系，学会用化学视角分析和观察自然和生活问题。 通过苯、芳香烃等在人类生活中的重要应用，让学生欣赏化学对人类生活所作的贡献。 重点、难点 本课时的重点芳香烃等概念的理解、甲苯等的化学性质的掌握。 [知识梳理] 知识点一、苯的结构与化学性质：（苯是最简单、最基本的芳香烃） 1、物理性质：苯是一种无色、有特殊气味的液体，密度比水小，不溶于水。 2、结构特点： ①苯分子为平面正六边形结构，分子中的6个碳原子构成正六边形，键角为120°， 分子中的6个碳原子和6个氢原子都在同一平面内。 ②苯分子中碳碳键键长为1.40×10-10m，介于单键和双键之间。(独特的结构决定 其具有独特的性质) ③结构简式：或均可 ④六个碳原子完全等效，只有一种氢，苯的一氯代物只有一种，二氯代物有邻间对 三种。
3、化学性质：（组成上高度不饱和，结构比较稳定） 从苯的分子组成上看，具有很高的不饱和度，其性质应该同乙烯、乙炔相似，但实际上苯不能与溴的四氯化碳溶液、高锰酸钾酸性溶液反应，苯在化学性质上与烯烃和炔烃明显不同。说明苯的结构比较稳定，这是苯的结构和化学性质的特殊之处──“组成上高度不饱和，结构比较稳定”。 ①苯的稳定性(与烷烃相似)：表现在不能与溴的四氯化碳溶液、酸性高锰酸钾溶液反应。 ②苯在空气中燃烧：燃烧现象：在空气中燃烧，燃烧时产生明亮的带有浓烟的火焰，这是由于苯分子里含碳的质量分数很大的缘故。 ③苯的取代反应（与烷烃相似）——卤代、硝化、磺化 苯与液溴在铁粉催化下发生取代反应 + Br2 FeBr Br + HBr 条件：液溴、铁粉做催化剂 苯与浓硝酸发生取代反应：（硝化反应） 条件：50℃～60℃、水浴加热、浓硫酸做催化剂、吸水剂。 ④苯的加成反应（与H2、Cl2) ： 苯在特殊条件下可与H2发生加成反应： + 3 H2 Ni 加热 条件：镍做催化剂、180℃~250℃的条件下 小结：在通常情况下苯的性质比较稳定，在一定条件下能发生氧化、加成、取代等反应。苯的化学性质——易取代、能氧化(燃烧)、难加成。 知识点二、苯的同系物： （由于苯基和烷基的相互影响，使其性质发生了一定的变化——更活泼） 1、基本概念： ①芳香族化合物：分子中含有苯环的有机化合物，如硝基苯、溴苯、苯乙烯等。 ②芳香烃：含有苯环的烃类，如甲苯、苯乙烯等。 ③苯的同系物：苯环上的H原子被烷基取代的产物，如甲苯、二甲苯等。通式：CnH2n-6(n≥6)结构特点：只含有一个苯环，苯环上连结烷基，从分子组成上看远未饱和。