大學(xué)有機(jī)化學(xué)芳香烴課件

大學(xué)有機(jī)化學(xué)-芳香烴本課程將介紹芳香烴的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和反應(yīng)。我們將深入探討芳香烴的特殊結(jié)構(gòu)和反應(yīng)特點(diǎn)，并學(xué)習(xí)常見芳香烴的命名和合成方法。什么是芳香烴?含苯環(huán)結(jié)構(gòu)芳香烴的主要特征是包含一個或多個苯環(huán)結(jié)構(gòu)。多環(huán)芳香烴除了苯環(huán)，還存在多個苯環(huán)稠合形成的多環(huán)芳香烴。取代芳香烴苯環(huán)上可以連接其他官能團(tuán)形成取代芳香烴。芳香烴的特點(diǎn)平面結(jié)構(gòu)芳香烴分子具有平面結(jié)構(gòu)，所有原子都位于同一個平面上。環(huán)狀結(jié)構(gòu)芳香烴分子是由一個或多個閉合的環(huán)狀結(jié)構(gòu)組成。共軛體系芳香烴分子中存在共軛體系，即相鄰的π鍵和σ鍵相互交替排列。穩(wěn)定性芳香烴分子比非芳香烴分子更加穩(wěn)定。芳香烴的命名規(guī)則母體名稱苯及其衍生物的母體名稱為苯。取代基位置用數(shù)字或鄰、間、對表示取代基的位置。多取代基多個取代基時，用數(shù)字表示位置，按字母順序排列。芳環(huán)的共振穩(wěn)定苯環(huán)中的電子在碳原子之間離域，形成一個環(huán)狀的π電子云。這種離域化使得苯環(huán)比一般的烯烴更穩(wěn)定，這種穩(wěn)定性被稱為共振穩(wěn)定。共振穩(wěn)定是由于π電子云的離域化，使得電子密度分布更加均勻，從而降低了體系的能量。芳香性環(huán)狀結(jié)構(gòu)芳香烴具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)，通常為六元環(huán)。π電子體系環(huán)上每個碳原子都參與了π鍵的形成，形成一個連續(xù)的π電子體系。穩(wěn)定性由于π電子體系的離域作用，芳香烴比非芳香烴更穩(wěn)定。芳香烴的燒炭反應(yīng)1燃燒芳香烴在充足的氧氣供應(yīng)下燃燒，產(chǎn)生二氧化碳和水。2火焰芳香烴燃燒時通常產(chǎn)生明亮的黃色火焰，并伴有濃煙。3產(chǎn)物燃燒反應(yīng)的產(chǎn)物包括二氧化碳、水和少量碳黑。烴的取代反應(yīng)取代反應(yīng)中，烴分子中的一個或多個氫原子被其他原子或原子團(tuán)所取代。烷烴烷烴的取代反應(yīng)通常發(fā)生在高溫或光照條件下，反應(yīng)類型為自由基取代反應(yīng)。芳香烴芳香烴的取代反應(yīng)則主要發(fā)生在芳環(huán)上，反應(yīng)類型為親電取代反應(yīng)。親電取代反應(yīng)1親電試劑帶正電或有部分正電荷的試劑2芳環(huán)富電子體系3取代產(chǎn)物親電試劑取代芳環(huán)上的氫原子親核取代反應(yīng)1定義親核試劑進(jìn)攻帶正電荷的碳原子，取代離去基團(tuán)的過程。2機(jī)理SN1和SN2反應(yīng)3影響因素底物結(jié)構(gòu)、親核試劑、離去基團(tuán)加成-消除機(jī)理1第一步:加成親電試劑首先進(jìn)攻芳環(huán)，形成一個碳正離子中間體。2第二步:消除碳正離子中間體失去一個質(zhì)子，恢復(fù)芳香性。苯的親電取代反應(yīng)1親電試劑攻擊親電試劑攻擊苯環(huán)的π電子云，形成一個中間體。2氫離子離去中間體失去一個氫離子，恢復(fù)苯環(huán)的芳香性，形成取代產(chǎn)物。3反應(yīng)機(jī)理親電取代反應(yīng)的機(jī)理是加成-消除機(jī)理。取代基對親電取代的影響活化基團(tuán)活化基團(tuán)使苯環(huán)更容易發(fā)生親電取代反應(yīng)，例如：-OH、-NH2、-OCH3等。這些基團(tuán)能使苯環(huán)的電子云密度增大，從而更容易吸引親電試劑的進(jìn)攻。鈍化基團(tuán)鈍化基團(tuán)使苯環(huán)更難發(fā)生親電取代反應(yīng)，例如：-NO2、-COOH、-CHO等。這些基團(tuán)能使苯環(huán)的電子云密度減小，從而更難吸引親電試劑的進(jìn)攻。取代基的選擇性取代基對芳香環(huán)的活性影響取決于取代基本身的電子效應(yīng)。供電子取代基會使芳香環(huán)更容易發(fā)生親電取代反應(yīng)，而吸電子取代基則會使其更難反應(yīng)。取代基還會影響親電試劑在芳香環(huán)上的進(jìn)攻位置，例如，供電子取代基會使親電試劑更傾向于進(jìn)攻鄰位和對位。氫化親電取代反應(yīng)氫化在苯環(huán)上引入一個氫原子親電試劑氫離子(H+)作為親電試劑催化劑需要使用金屬催化劑，例如鉑或鈀產(chǎn)物生成飽和烴氯化親電取代反應(yīng)1氯原子作為親電試劑2苯環(huán)作為親核試劑3取代反應(yīng)生成氯代苯硝化反應(yīng)1反應(yīng)條件濃硝酸和濃硫酸混合2反應(yīng)機(jī)理親電取代反應(yīng)3主要產(chǎn)物硝基苯磺化反應(yīng)1磺化劑濃硫酸2反應(yīng)條件加熱3產(chǎn)物磺酸澳化反應(yīng)1第一步:溴的活化溴分子在催化劑的作用下，被活化為親電試劑。2第二步:親電進(jìn)攻活化的溴進(jìn)攻芳環(huán)，形成一個中間體。3第三步:質(zhì)子轉(zhuǎn)移中間體失去一個質(zhì)子，生成溴代芳香烴。溴化反應(yīng)步驟1將苯與溴單質(zhì)混合。步驟2加入催化劑如FeBr3或AlBr3。步驟3加熱反應(yīng)混合物，生成溴苯。醚化反應(yīng)1Williamson合成醇鈉與鹵代烴反應(yīng)生成醚2醇脫水兩個醇分子在酸催化下脫水生成醚3鹵代烴與醇反應(yīng)鹵代烴與醇在堿性條件下反應(yīng)生成醚酯化反應(yīng)1反應(yīng)物羧酸和醇反應(yīng)生成酯和水2條件通常在酸性條件下進(jìn)行,例如濃硫酸或鹽酸3產(chǎn)物酯和水?；磻?yīng)1引入酰基將?；胗袡C(jī)化合物中2反應(yīng)類型親電取代反應(yīng)3產(chǎn)物酮或醛芳烴的氧化反應(yīng)1苯苯的氧化反應(yīng)較為困難，需要強(qiáng)氧化劑，如KMnO4或CrO3。2甲苯甲苯的側(cè)鏈可以被氧化成羧酸，如苯甲酸。3其他芳烴其他芳烴的氧化反應(yīng)取決于其結(jié)構(gòu)和反應(yīng)條件。芳烴的還原反應(yīng)催化氫化在催化劑如鎳、鈀或鉑的作用下，芳烴可以與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)，生成環(huán)烷烴。金屬鈉用金屬鈉或鋰在液氨中還原芳烴，可以得到相應(yīng)的環(huán)己烯或環(huán)己烷。Birch還原利用鋰金屬在液氨中與烷基鹵化物或醇反應(yīng)，生成鋰試劑，然后與芳烴反應(yīng)，可以得到相應(yīng)的環(huán)己烯。多環(huán)芳烴萘兩個苯環(huán)并在一起蒽三個苯環(huán)并在一起菲三個苯環(huán)并在一起，其中兩個苯環(huán)共享一個碳原子雜環(huán)芳香化合物定義含有碳原子和至少一個雜原子的環(huán)狀化合物，并符合芳香性規(guī)則的化合物稱為雜環(huán)芳香化合物。雜原子常見的雜原子包括氧、氮和硫。類型雜環(huán)芳香化合物可以分為五元環(huán)、六元環(huán)和稠環(huán)體系等多種類型。芳胺定義芳胺是苯環(huán)上連接一個或多個氨基(-NH2)的化合物。性質(zhì)芳胺具有弱堿性，可以與酸反應(yīng)生成鹽。用途芳胺是許多染料、藥物和農(nóng)藥的重要中間體。芳香化合物在醫(yī)藥中的應(yīng)用抗生素許多抗生素含有芳香環(huán)，它們可以抑制細(xì)菌的生長。止痛藥阿司匹林和撲熱息痛等常見止痛藥都含有芳香環(huán)結(jié)構(gòu)。抗抑郁藥一些抗抑郁藥也含有芳香環(huán)，這些結(jié)構(gòu)可以影響神經(jīng)遞質(zhì)。芳香化合物在材料中的應(yīng)用聚合物芳香烴是許多聚合物的基本結(jié)構(gòu)單元，例如聚苯乙烯和聚酯。纖維芳香化合物用于制造人造纖維，如尼龍和聚酯纖維，具有強(qiáng)度和耐用