苯環(huán)的成鍵特點與立體結(jié)構(gòu)

1、 集各地最新資料精華 按“教材目錄、知識體系”編排 苯環(huán)的成鍵特點與立體結(jié)構(gòu)（211100）江蘇省·南京·江寧高級中學 熊光發(fā) Tel：02552938811 /0252280508 ;Email: xgf凡是具有一個苯環(huán)或多個苯環(huán)的化合物都是芳香族化合物。要認識和研究芳香族化合物，就當從認識苯環(huán)的成鍵特點著手，進而了解其立體結(jié)構(gòu)。一、苯環(huán)的成鍵特點1 苯環(huán)中C原子的sp2雜化情況苯環(huán)中的任一個C原子，基態(tài)時的價層電子構(gòu)型為2s22p2，雜化軌道理論認為，成鍵時C原子中的一個2s電子可以被激發(fā)到一個空的2p軌道上去，使基態(tài)的C原子轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)的C原子（2s12p3 ）。同時

2、，C原子的2s軌道與各填有一個電子的兩個2p軌道發(fā)生sp2雜化，形成三個能量等同的sp2雜化軌道：2 苯環(huán)中C原子之間、C原子與H原子之間的成鍵情況苯環(huán)上的每個C原子都以sp2雜化方式分別與2個C原子形成CC鍵、與1個H原子形成CH鍵。由于C原子是sp2雜化，所以鍵角是120°，并且6個C原子和6個H原子都在同一平面內(nèi)(參見示意圖1)。另外，苯環(huán)上6個碳原子各有1個未參加雜化的2p軌道，它們垂直于環(huán)的平面(參見示意圖2)，并從側(cè)面相互重疊而形成一個閉合的鍵，并且均勻地對稱分布在環(huán)平面的上方和下方。通常把苯環(huán)的這種鍵型稱為大鍵 (參見示意圖3)。 二、苯環(huán)的立體結(jié)構(gòu)由于三個sp2雜化軌

3、道都處在同一平面內(nèi)，所以苯分子中的所有C原子和H原子必然都在同一平面內(nèi)，每個碳碳鍵的鍵長相等，其數(shù)值介于CC單鍵和C=C雙鍵之間，鍵長都是0.140nm（C-H鍵的鍵長都是0.108nm），不存在單雙鍵之分，六個C原子形成一個正六邊形，所有鍵角均為120o，這些都得到了現(xiàn)代物理方法三、相關(guān)知識運用與拓展訓練例1有人提出，苯除了平面正六邊形的分子結(jié)構(gòu)外，還可能有兩種具有三維空間的立體結(jié)構(gòu)的分子（）和（），如圖所示。請你根據(jù)現(xiàn)有的實驗事實分析這兩種結(jié)構(gòu)是否合理? 若在結(jié)構(gòu)（）分子中引入2個-X基團，可形成_種同分異構(gòu)體。解析答案 這兩種結(jié)構(gòu)不合理。6種例2下列有機分子中，所有的原子不可能處于同一平

4、面的是（ ）解析因 CH2=CH2 和 為平面形分子，HCN為直線形分子， CH4 為正四面體形分子，聯(lián)想這些已有知識可知，只有 分子中所有的原子不可能處于同一平面。答案（D）。例3 下列有機分子中的所有C原子不可能處于同一平面上的是（ ）解析由苯的平面結(jié)構(gòu)可知道：苯分子中的6個C原子和6個H原子處于同一平面。故A項中的7個C原子和B項中的6個C原子均共平面。C項中兩個苯環(huán)共用2個C原子相連而成，因此兩個苯平面重合。而D項中與相連的C原子用4條單鍵連接周圍的3個C原子和一個H原子，它們圍成四面體，故D項中14個C原子不可能處于同一平面上。答案（D）。例4已經(jīng)知道C-C單鍵可繞軸旋轉(zhuǎn)。某烴分子結(jié)

5、構(gòu)簡式為 （A）7 （B）8 （C）9 （D）10解析 我們已經(jīng)清楚：苯環(huán)是平面結(jié)構(gòu)，其中的6個C原子和6個H原子處于答案（C）。練習鞏固：1關(guān)于苯分子中C原子的雜化軌道方式，下列敘述正確的是 （ ）2甲烷分子中的4個氫原子全部被苯基取代，可得如圖所示的分子，對該分子的描述不正確的是 （ ）（A）分子式為C25H20 （ B）所有碳原子都在同一平面上（C）此分子為非極性分子 （D）此物質(zhì)屬于芳香烴，是苯的同系物3能說明苯分子苯環(huán)的平面正六邊形結(jié)構(gòu)中, 碳碳鏈不是單雙鍵交替排布的事實是 （ ）（A）苯的一元取代物沒有同分異構(gòu)體 （B）苯的間位二元取代物只有一種（C）苯的鄰位二元取代物只有一種 （D）苯的對位二元取代物只有一種參考答案：1B 2B