有机化学课件第七章-芳香烃-.ppt
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- 有机化学 课件 第七 芳香烃
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1、第七章第七章 芳香化合物芳香化合物Aromatic compoundsOrganic Chem原指:从香精油、香树脂中获得的原指:从香精油、香树脂中获得的有香气的化合物有香气的化合物。却不加成,氧化却不加成,氧化易发生取代易发生取代 高度不饱和高度不饱和区别于脂肪族区别于脂肪族化合物化合物另归一类另归一类特殊稳定性特殊稳定性特性特性后来发现后来发现都是都是苯及其衍生物苯及其衍生物用分子轨道研究其结构用分子轨道研究其结构本质:平面环状结构,环上具有由本质:平面环状结构,环上具有由4n+2个个p电子电子 组成的电子环流组成的电子环流不含苯环,但具有上述结构特点和性质不含苯环,但具有上述结构特点和性
2、质 非苯芳烃非苯芳烃Organic Chem1.芳香化合物的分类和命名芳香化合物的分类和命名CH3CHCHCHCH2CHOrganic ChemCH3ClNO2OHNH2SO3HCOOHOrganic Chem2.苯环上有两个或多个取代基苯环上有两个或多个取代基按下列顺序按下列顺序:COOH SO3H COOR COX CO-O-OC CONH2 CN CHO COR OH NH2 OR R X NO2 NO 先出现的取代基与苯一起作为新的母体,其它取代基先出现的取代基与苯一起作为新的母体,其它取代基依次列出,尽量使取代基的位次之和最小:依次列出,尽量使取代基的位次之和最小:HOCOOHOHO
3、CH3NO2ClSO3HCHONH2HOOrganic Chem 当取代基结构复杂时当取代基结构复杂时 可将侧链作为母体,可将侧链作为母体,苯环作为取代基来命名:苯环作为取代基来命名:2-苯基苯基-2-丁烯丁烯3-苯基丙烯苯基丙烯苯乙烯苯乙烯CH2C CHCHH3CCHCH3CH2CH2Organic Chem2、苯的结构、苯的结构HHHHHH一、苯的一、苯的Kkul结构结构1834年年 经元素分析、分子量测定经元素分析、分子量测定 C6H6C6H6+Br2 C6H5Br+HBrFeCl3只得到一种取代苯只得到一种取代苯苯中的六个苯中的六个H原子完全等价原子完全等价1865年年 Kkul 提出
4、苯的结构式应为:提出苯的结构式应为:同期还有许多结构提出:同期还有许多结构提出:HHHHHHHHHHHHOrganic ChemKkul式被广泛被接受,式被广泛被接受,但仍面临下列难题:但仍面临下列难题:1.只有一种邻二溴代苯只有一种邻二溴代苯(按(按Kkul式应该有两种):式应该有两种):2.高度不饱和的分子:高度不饱和的分子:却不发生加成却不发生加成而发生取代而发生取代3.特殊的稳定性:特殊的稳定性:不与氧化剂反应;不与氧化剂反应;在化学反应或降解中保持不变;在化学反应或降解中保持不变;氢化热和燃烧热低氢化热和燃烧热低BrBrBrBrOrganic Chem氢化热氢化热理论值理论值 实测值
5、实测值+H H2 21 11 19 9.5 5k kJ J/m mo ol l1 11 19 9.5 5k kJ J/m mo ol l+H H2 2N Ni iN Ni i2 23 39 9.0 0 k kJ J/m mo ol l2 23 31 1.6 6 k kJ J/m mo ol l+H H2 2N Ni i3 35 58 8.7 7 k kJ J/m mo ol l2 20 08 8.2 2 k kJ J/m mo ol l =1 15 50 0.5 5k kJ J/m mo ol l-Organic ChemKkul 用迅速互变异构解释用迅速互变异构解释 1.但无法解释但无法解释
6、2和和3=异常现象异常现象(芳香性芳香性)归因于环状交替单双键结构归因于环状交替单双键结构1911年年 Willstatter 合成了合成了使使Br2褪色褪色KMnO4褪色褪色易易+H2非芳香性非芳香性产生芳香性的真正原因产生芳香性的真正原因Organic Chem二、苯的结构的现代理论:二、苯的结构的现代理论:分子轨道理论分子轨道理论:六个六个p原子轨道线性组合成分子轨道:原子轨道线性组合成分子轨道:6=0.408(-1+2-3+4-5+6)5=0.500(2-3+5-6)4=0.289(-21+2+3-24+5+6)3=0.289(21+2-3-24-5+6)2=0.500(2+3-5-6
7、)1=0.408(1+2+3+4+5+6)HHHHHHsp2139120oOrganic Chem312456Organic ChemE1=+2 E2=E3=+非键轨道E6=-2 E4=E5=-E=2 180kJOrganic Chem三个成键轨道电子云叠加的总形象:三个成键轨道电子云叠加的总形象:平放于环平面平放于环平面上下方的两个轮胎上下方的两个轮胎没有交替的单双键;没有交替的单双键;键完全平均化;键完全平均化;键长完全相等。键长完全相等。X-衍射证明:衍射证明:苯是高度对称的,所有原子都在同一平面上,苯是高度对称的,所有原子都在同一平面上,键角都是键角都是120o,C-C键长都相等:键长
8、都相等:139.7pm sp2 C-C sp2 sp2 C=C sp2 148pm 134pm电子云完全平均化电子云完全平均化 只有一种溴代苯只有一种溴代苯没有单双键之分没有单双键之分 只有一种邻二溴代苯只有一种邻二溴代苯=不发生加成不发生加成(避免破坏闭合环状大(避免破坏闭合环状大键)键)发生取代发生取代保留稳定环保留稳定环不易氧化不易氧化低氢化能低氢化能具有特殊的稳定性具有特殊的稳定性 电子云可以在整个电子云可以在整个苯环上离域苯环上离域Organic Chem三、苯的结构表示法:三、苯的结构表示法:Organic Chem3、苯的化学性质、苯的化学性质结构特点结构特点环状闭合环状闭合电子
9、云电子云 不易发生破坏稳定环不易发生破坏稳定环的加成反应的加成反应作为电子来源作为电子来源亲电取代亲电取代一、苯的亲电取代一、苯的亲电取代:+E+E+EH+E+H+亲核试剂-络合物络合物 -络合物络合物 一元取代苯一元取代苯中间体正离子中间体正离子Organic Chem1.苯的卤代苯的卤代反应历程反应历程:Organic Chem讨论:讨论:主要是主要是Cl代和代和Br代;因为代;因为F代太激烈,间接制备;代太激烈,间接制备;I代代 的的HI有强的还原性,逆反应为主,必须加氧化剂。有强的还原性,逆反应为主,必须加氧化剂。控制苯过量,不要太激烈,控制苯过量,不要太激烈,避免二卤代避免二卤代+I
10、2 +AgClO4I+AgI +HClO4CH3FeCl3Cl2h CH3ClCH3Cl+CH2ClCCl3+Organic Chem2.硝化硝化+HNO3浓H2SO4NO2+发烟 HNO3浓H2SO4NO2NO2+HNO3浓H2SO4NO2CH3CH3O2NNO2TNTHONO2+2H2SO4H3O+2HSO4-+NO2硝f离子NO2+BF4-,NO2+CLO4-,CH3COO-NO2+等也可以作为硝化剂应用:NH2磺胺药偶氮染料H2NSO3HAr-NO2ArOrganic Chem3.磺化磺化SO32H2SO4H3O+HSO4-+SO3浓H2SO4 7080 C或10%发烟H2SO425
11、CSO3H+H2OSO3H+H2SO4+SO3200245 CSO3HSO3H280290 CSO3HSO3HHO3S+2ClSO3HSO2ClOrganic Chem从苯环上除 去SO3H(H2O/)除水促进正反应(发烟H2SO4)OHH2SO4OHSO3HSO3HBr2OHSO3HSO3HBrH2OOHBr合 成 上 的 应 用:OHOHBrBr2Organic Chem4.Friedel-Crafts反应反应a+RXAlX3R+(CH3)3COHH2SO4C(CH3)3+OHBF360 C+HF0 C+CH2=CH2H2SO440-60atm230-245 CCH2CH3R+RX +Al
12、X3R+AlX4-ROH +H+R+H2OC=C+H+C CHOrganic Chem讨论:讨论:.可能发生正碳离子重排:可能发生正碳离子重排:.易发生二(或多)取代,易发生二(或多)取代,R是致活基团是致活基团.岐化岐化 限制:限制:+CH3CH2CH2ClH3C CHCH3CH2Cl+AlCl3CH2CH2CH3+CHCH3CH335-31%65-69%-18 -80 CAlCl3C(CH3)3CH3AlCl3CH3+CH3Organic Chem2).酰基化反应酰基化反应+R COX(或酸酐)AlCl3CORCH2CH2CH2COClHFO进攻质点()R C+OR COCl+AlCl3R
13、 C+O+AlCl4-Organic Chem讨论:讨论:有相同的催化剂;有相同的催化剂;与烷基化相似:与烷基化相似:相似的历程;相似的历程;环上有强吸电子基也难反应。环上有强吸电子基也难反应。优点:优点:.不重排,用于制长链烷基苯不重排,用于制长链烷基苯.不发生多取代,不发生多取代,(致钝基团)(致钝基团)R CO+Cl COCH2CH3AlCl3COCH2CH3Zn-Hg HCl或 NH2-NH2,KOHCH2CH2CH3Organic Chem5.其它亲电取代:其它亲电取代:1).氯甲基化反应:氯甲基化反应:2).加特曼加特曼科克反应(科克反应(Gattermam-Kock):):+HC
14、HO +HClZnCl260 CCH2Cl+RCHO +HClCHClR+CO +HClAlCl3,CuClCHO+HClOrganic Chem二、苯的加成反应:二、苯的加成反应:1.加加H2:2.加加Cl2:用于制备用于制备环己烷衍生物环己烷衍生物Ni180250 C+3 H2OHH2OHONH2OHNOHH2SO4重排HNO聚合尼龙-6紫外光+3 Cl2C6H6Cl6Organic Chem三、苯的氧化、还原反应三、苯的氧化、还原反应2+9 O2V2O5450 COOOHH2H3CCH(CH3)2HNO3H3CCOOH2.环的氧化:环的氧化:1.侧链的氧化:侧链的氧化:(一)(一)氧化:
15、氧化:3.控制氧化:控制氧化:CH2CH2CH3KMnO4COOH?KMnO4Organic ChemLi/RNH2C2H5OH(二)还原反应:(二)还原反应:Birch 还原还原Birch 还原的机理还原的机理C2H5OHe-(RNH2)HHHHe-(RNH2)C2H5OHCH3MnO2,40 CH2SO465%CHOCH2CH3+O2硬硬脂脂酸酸钴钴120-130CCCH3OOrganic ChemCH3COOHCH(CH3)2CH3Na/NH3(l)ROHNa/NH3(l)ROHCOOHCH2CH=CH2CH(CH3)2CH2CH=CH2Na/NH3(l)ROHH3CCH2Na/NH3(
16、l)ROHNa/NH3(l)ROHOrganic Chem四、苯的亲核取代反应四、苯的亲核取代反应1.硝基氯苯的取代:硝基氯苯的取代:Cl+NaOH煮沸几天XO2NClClNO2+OH-(NaHCO3)130 CO2NOHOHNO2Organic Chem历程:加成历程:加成清除清除X-ray,NMR证实了一些证实了一些较稳定中间体的存在较稳定中间体的存在Cl+OH-100 CNO2NO2OHNO2NO2ClNO2NO2O2N+OH-35 COHNO2NO2O2NOC2H5NO2NO2+C6H5NH2180 C80%NHC6H5NO2NO2Organic Chem2.氯苯的取代:氯苯的取代:历
17、程:消除历程:消除加成加成 ClNaNH2 NH2+NH2Organic Chem.低温可观察到它的光谱低温可观察到它的光谱.加活性试剂可截获加活性试剂可截获苯炔历程的证据:苯炔历程的证据:INaNH2NH3NH2OOOrganic Chem4、苯环上亲电取代反应的定位规律、苯环上亲电取代反应的定位规律 及其应用及其应用一、定位规律:一、定位规律:+RNO2RSO3HRRSO3HRNO2+HNO3H2SO4 H2SO4NO2HNO3 H2SO4NO2NO2SO3H H2SO4SO3HSO3HSO3Organic ChemR基团使苯环基团使苯环亲电取代变易亲电取代变易,第二取代基主要进入第二取代
18、基主要进入邻对位邻对位;(o+p 60%)NO2,SO3H使苯环使苯环取代变难取代变难,第二基团主要进入第二基团主要进入间位间位。(m40%)新导入取代基的位置新导入取代基的位置主要取决于主要取决于原有原有取代基取代基的的性质性质Organic Chem 邻对位定位基邻对位定位基大多致活:大多致活:强强:O-,NR2,NHR,NH2,OH,OR 中中:RCONH-,RCOO-;弱弱:CH3(R),Ar,F,Cl,Br,I 间位定位基间位定位基大多致钝:大多致钝:+NR3,NO2,CF3,CCl3,CN -SO3H,-CHO,-COR,COOH-CONH2,常见基团常见基团致钝致钝Organic
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