芳香烃的知识点总结.docx

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芳香烃的知识点总结

第五节苯芳香烃

●教学目的：

1、使学生了解苯的组成和结构特征，掌握苯的主要化学性质。

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。

●教学重点：

苯的主要化学性质以及与分子结构的关系，苯的同系物的主要化学性质。

●教学难点：

苯的化学性质与分子结构的关系。

●教学方法：

探索推理，实验验证

教学过程：

[引入]

前面我们已经学习了三大类有机物：

烷烃、烯烃、炔烃。

今天我们开始学习另一大类有机物——芳香烃，它的代表物是苯。

那么苯是怎样被发现的呢？

以前人们在没有使用电灯前用的是煤油灯，而且是用塑料桶装的，每次煤油用完了之后，桶底都留有一种油状物质，人们不知道这是什么。

著名科学家法拉第及法国的日拉尔等化学家对此进行研究，用了五年的时间终于发现和提出了这种油状物质，它就是苯。

[展示实物苯]

一、苯的物理性质

色

态

气味

熔沸点（极易挥发）

水溶性（演示）

无色

液体

特殊气味且有毒

熔点为5.5℃

沸点为80.1℃

不溶于水，且密度比水小

可溶于酒精等有机溶剂

苯也是重要的有机溶剂

二、苯分子的结构

当法拉第提炼出苯后，化学家们就对苯的成分进行了研究，发现它可以燃烧，且生成物为CO2和H2O，于是确定苯由C、H元素组成。

后又通过实验数据得出了苯中C%=12/13，H%=1/13，即得出C、H个数比为1：

1，即最简式为CH。

最后人们还发现1mol苯的质量刚好是3mol乙炔的质量，由此确定苯的摩尔质量为78g/mol，于是推出苯的分子式：

C6H6

接下来的任务是研究苯的分子结构，为此，化学家们进行了很多实验，假设，探索。

首先，根据分子式C6H6，不符合饱和结构CnH2n+2（不饱和度为4），肯定苯是高度不饱和结构。

根据当时的“有机物分子呈链状结构”来假设：

等等

若是以上结构，则都将能发生氧化反应，会使酸性KMnO4溶液褪色。

[实验]1、取1苯于试管中，加入2酸性KMnO4溶液，振荡。

2、取1苯于试管中，加入2溴水，振荡。

[现象]苯不能使酸性KMnO4溶液和溴水褪色。

（苯在溴水中发生萃取现象）于是推翻以上假设。

一时，苯的结构式问题成了令科学家们一筹莫展的难题，也逼迫链状结构理论的提出者——36岁的德国化学家凯库勒不得不对自己的工作进行反思。

一个冬天的夜里，凯库勒坐在书桌前思考苯的结构，他画了很多图，然而百思不得其解，他只好停笔，煨着火炉休息，他面对炉中飘忽不定的火苗陷入了沉思，不知不觉进入了梦乡，朦胧之中凯库勒仿佛觉得有一些碳原子在自己面前跳起舞来，高贵优雅，突然间这些碳原子变成了一条条凶猛的毒蛇，在火焰中翻滚，一会儿又卷曲起来，最后凶猛的毒蛇相互撕咬起来，一条条的咬住了对方的尾巴，形成了首尾相连的环状，不停地旋转起来。

凯库勒猛然惊醒，根据梦中得到的启示，他迅速画起了一个封闭式的结构，认为苯就是存在一个大环。

事实上，后来，人们发现苯分子可以和H2反应，且产物为饱和的C6H12，还是有一个不饱和度，说明苯中确实存在一个环。

为了满足C的4个价键饱和结构及苯的不饱和性，凯库勒决定用来表示苯的结构，这就是我们现在所说的“凯库勒式”

但后来进一步研究，测得苯分子中所有碳碳键键长都相等（1.4×10-10m），得出苯的结构为平面正六边型。

于是发现“凯库勒”式还存在一定的缺陷：

既然苯分子中有三个双键三个单键，那么它应该可以发生加成反应，可使酸性KMnO4溶液褪色，但实际上苯的化学性质比较稳定。

既然有单双键，那么很明显它的所有碳碳键长就不应该相等。

如何解决“凯库勒”式的这些问题呢？

人们继续研究，终于发现苯中其实存在一个大π键，导致每个键相同，都成了一种介于单键和双键之间的一种独特的键，因此它真实的结构我们又用来表示。

不过现在我们仍习惯用“凯库勒”式，虽然它并不能代表苯的真正结构，因此在使用时不能认为它是单双交替。

1、最简式：

CH

2、分子式：

C6H6

3、凯库勒式：

或

4、结构：

平面正六边形结构，键角为120°

芳香烃：

分子里含有一个或多个苯环的碳氢化合物。

苯是最简单的芳香烃。

[过渡]既然苯中不存在单双键，而是介于单键和双键之间的一种独特的键，那么由苯的结构可知，苯的化学性质也应该介于烷烃和烯烃之间。

三、苯的化学性质

苯不被酸性KMnO4溶液氧化，一般情况下也不能与溴发生加成反应，说明苯的化学性质比烯烃、炔烃稳定。

但在一定的条件下苯也能和某些物质反应。

1、氧化反应：

可燃性：

[实验演示]现象：

和烷烃、烯烃相比，它的火焰明亮，有浓烟，因为它的含碳量高。

2、取代反应：

苯分子中H原子被别的原子或原子团取代

①卤化反应：

苯与溴的反应：

把苯和少量液溴（和溴水不反应，只是萃取）放在烧瓶里，同时加入少量铁屑作催化剂。

用带导管的瓶塞塞紧瓶口。

[实验原理]：

[装置]：

[注意]：

·本反应用铁粉作催化剂，真正起催化作用的是溴化铁，

Fe立即与Br2反应而成。

·长导管作用：

导气，冷凝回流（反应放热且苯和溴都易挥发）

导管末端放置于锥形瓶中液面上方，这是为了防止倒吸。

[现象]：

·在导管口附近出现白雾（由HBr遇水蒸气所形成）。

·反应完毕后，向锥形瓶的液体滴入AgNO3溶液，

有浅黄色AgBr沉淀生成。

·把烧瓶里的液体倒在盛有冷水的烧杯里，烧杯底部有褐色（过量的溴溶于溴苯中而形成）不溶于水的液体。

·通过除杂得到的纯溴苯为无色液体。

[除杂]：

先用水洗，再用NaOH溶液洗，水洗，分液，干燥，蒸馏。

②硝化反应：

苯分子中的H原子被—NO2所取代的反应

在一个大试管里，先加入1.5mL浓硝酸和2mL浓硫酸，摇匀，冷却到50—60℃以下，然后慢慢滴入1mL苯，不断摇动，使混合均匀，然后放在60℃的水浴中加热10min，把混合物倒入另一个盛水的试管里。

[实验原理]：

[强调]：

注意书写有机物时的连接顺序

[装置]：

[注意]·混酸的配制：

浓硫酸慢慢加到浓硝酸中

·苯与浓硝酸和浓硫酸的混合物共热至55℃—60℃，为了

便于控制温度，可采用水浴加热的方式，温度计水银球

浸入水浴中。

·浓硫酸的作用：

催化剂和吸水剂

·硝基苯是一种带有苦杏仁味的、无色的油状液体，密度比水大，有毒（与皮肤接触或蒸汽被人体吸收，都能引起中毒），是制造染料的重要原料。

③磺化反应：

苯和浓硫酸共热到70—80℃，就会反应。

在这个反应里，苯分子里的H原子被硫酸分子里的磺酸基（—SO3H）所取代而生成苯磺酸，这种反应叫磺化反应。

[反应原理]

[强调]·注意书写有机物时的连接顺序

·浓硫酸是反应物

·生成的苯磺酸水溶液呈酸性

虽不具有典型双键所应有的加成反应性能，但特殊情况下仍能起加成反应。

3、加成反应：

催化加氢：

在镍催化剂存在下和180—250℃时：

光化加氯：

生成六六六农药

四、苯的用途

重要化工原料：

生产合成纤维，合成橡胶，塑料，农药，医药，染料，香料等。

苯从石油工业获得。

五、苯的同系物

芳香烃分为单环芳烃、多环芳烃、和稠环芳烃（萘、蒽、菲）。

苯的同系物：

分子里只含有一个苯环结构，烃基均为烷基的碳氢化合物叫苯的同系物。

通式为CnH2n—6（n≥6）

1、苯的同系物的结构：

二甲苯由于甲基位置不一样，有如上三种结构，它们之间互为同分异构体。

2、化学性质：

根据同系物化学性质相似，可推知苯的同系物与苯化学性质相似：

如都可以燃烧，燃烧时有大量黑烟。

都能发生取代反应等。

但由于苯的同系物中，苯环和侧链相互影响，使得苯的同系物性质与苯又有一些差异。

（1）氧化反应：

能使酸性KMnO4溶液褪色：

【实验5-10】苯，甲苯，二甲苯和酸性KMnO4溶液溶液的反应

由于烷基对苯环的影响，甲苯和二甲苯均可使酸性KMnO4溶液褪色，只要与苯环直接相连的碳原子上一定有H，氧化时，无论侧链长短，均氧化为—COOH。

（2）取代反应：

卤化反应：

[推测]苯的同系物与卤素在不同条件下发生取代反应的位置将有所不同。

请大家推测条件分别是什么？

若在铁粉存在下与液溴反应，则苯环上的氢被取代；若在光照条件下，则为烃基上的氢被取代。

一般信息题：

邻、对位定位基：

—O-、—N（CH3）2、—NH2、—OH、—OCH3、—NHCOCH3、—Cl，—Br，—CH3（或烃基），—O—COR、—C6H5等

间位定位基：

—CN、—COCH3、—COOH、—COOCH3、—CONH2、—NO2，—SO3H，—CHO等

硝化反应

[讲解]甲苯跟硝酸和浓硫酸的混合酸可以在苯环上发生取代反应：

2，4，6—三硝基甲苯简称三硝基甲苯，又叫TNT，是一种淡黄色的晶体，不溶于水。

它是一种烈性炸药。

[例题]

１、下列能说明苯分子中苯环的平面正六边形结构碳碳键不是单、双键交替排列的事实是（B）

A、苯的一元取代物没有同分异构体Ｂ、苯的邻位二溴代物只有一种

C、苯的间位二溴代物只有一种D、苯的对位二元取代物只有一种

2、某烃的分子中含21个原子，所有原子核外共有66个电子。

该烃不能与溴水发生化学反应而使溴水褪色，却能使酸性KMnO4溶液褪色。

该烃在有铁粉存在时与Cl2反应的一氯代物、二氯代物、三氯代物均只有一种结构。

求该烃的分子式和可能的结构简式。

解析：

本题应根据分子中元素的种类、原子总数、电子总数计算该烃的分子式，再结合通式和性质决定烃的结构简式。

设烃的分子式为CxHy,则

x+y=21x=9

6x+y=66解之y=12,分子式为C9H12。

因该物质能使酸性KMnO4褪色，而不能和溴水发生化学反应，则该烃应是苯的同系物，分子式也恰好满足CnH2n—6的通式。

对C9H12苯的同系物，可能有以下８种结构简式：

连三甲苯偏三甲苯均三甲苯

在铁粉存在时与Cl2反应，说明取代反应发生在苯环上，而不在侧链上，而符合苯环上一氯代物、二氯代物、三氯代物只有一种的是均三甲苯。

3、请认真阅读下列三个反应：

利用这些反应，按以下步骤可以由某烃A合成一种染料中间体DSD酸。

请写出（A）、（B）、（C）、（D）的结构简式。

能力训练

一、选择题

1、下列各组物质用酸性KMnO4溶液和溴水都能将其区别的是（）

Ａ、苯和甲苯Ｂ、苯和1—己烯Ｃ、1—己烯和二甲苯Ｄ、己烷和苯

2、下列化合物分别与铁粉及液溴的混合物反应，生成的一溴代物有三种同分异构体的是（）

Ａ、乙苯Ｂ、１，３，５－三甲苯

Ｃ、１，２，４－三甲苯Ｄ、１，２，３－三甲苯

3、已知分子式为C12H12的物质Ａ的结构简式如右图,Ａ苯环上的二溴代物有

９种同分异构体，因此推断Ａ苯环上的四溴代物的同分异构体的数目有（）

Ａ、9种Ｂ、10种Ｃ、11种Ｄ、12种

４、某烃的结构简式为它可能具有的性质是（）

Ａ、易溶于水，也易溶于有机溶剂

Ｂ、它能使溴水褪色，但不能使酸性KMnO4溶液褪色。

Ｃ、它能使溴水褪色，也能使酸性KMnO4溶液褪色。

Ｄ、能发生加聚反应，生成物可用表示

５、下列关于芳香族化合物的叙述正确的是（）

Ａ、苯及其同系物的总称

Ｂ、芳香族化合物的通式是CnH2n—6（n≥6）

Ｃ、分子里有苯环的烃

Ｄ、分子里含有苯环的各种有机物

二、填空题

６、有五种烃：

甲烷、乙炔、苯、环己烷、甲苯，分别取一定质量的这些烃完全燃烧后生成mmolCO2和nmolH2O。

（1）当m=n时，该烃是

（2）当m=2n时，该烃是

（3）当2m=n时，该烃是（4）当4m=7n时，该烃是

7、指出提纯下列物质（括号内为杂质）最合适的试剂和方法。

（１）甲烷（乙烯）

（２）苯（甲苯）

（３）硝基苯（无机酸）

（4）溴苯（溴）

8、苯环上原有取代基对苯环上再导入另外取代基的位置有一定影响。

其规律是

（1）苯环上新导入的取代基的位置主要决定于原有取代基的性质：

（2）可以把原有取代基分为两类：

①原取代基使新导入的取代基进入苯环的邻、对位；如：

—OH，—CH3（或烃基），—Cl，—Br，—O—COR等②原取代基使新导入的取代基进入苯环的间位：

如：

—NO2，—SO3H，—CHO等

现有如下转化关系，写出各步反应的化学方程式。

①

②

③

④

⑤

9、已知：

①R—CH=CH—R’能被酸性KMnO4溶液氧化成RCOOH和R’COOH

②能被酸性KMnO4溶液氧化成呈酸性

现有两种芳香烃A和B。

A的分子式为C16H16，它能使溴的四氯化碳溶液褪色。

B的分子式为C10H14，其一溴代物（C10H13Br）共有五种同分异构体，A和B分别与酸性KMnO4溶液反应后均生成分子式为C8H6O4的酸性物质C。

C的一硝基化合物只有一种（C8H5O4NO2）。

试写出A、B、C的结构简式：

ABC

10、合成分子量在2000~50000范围内具有确定结构的有机化合物是一个新的研究领域。

1993年报道合成了两种烃A和B，其分子式分别为C1134H1146和C1398H1278，其中A分子中只含有三种结构

（Ⅰ）（Ⅱ）—C≡C—（Ⅲ）（CH3）3C—

[注：

分子式为CnHm的烃，若m﹤2n+2，则该烃及该烃的烃基就具有一定的不饱和度（也叫缺氢指数），分子式为CnHm的烃的不饱和度为（2n+2—m）/2，上述三种结构单元中（Ⅰ）的不饱和度为4，（Ⅱ）的不饱和度为2，（Ⅲ）的不饱和度为0]。

试求：

（1）B的不饱和度。

（2）A分子中有上述结构单元（Ⅰ）、（Ⅱ）、（Ⅲ）各多少个？

答案与提示

1、B2、AC3、A4、CD5、D

6、

（1）环己烷、

（2）乙炔、苯、（3）甲烷、（4）甲苯

7、

（1）所用试剂：

溴水；方法：

洗气

（2）所用试剂：

加入酸性KMnO4溶液，再加NaOH溶液；方法：

分液

（3）所用试剂：

蒸馏水；方法：

分液

（4）所用试剂：

加入稀NaOH溶液；方法：

分液

10、

（1）不饱和度；（2×1398+2－1278）/2=760

（2）设有（Ⅰ）、（Ⅱ）、（Ⅲ）分别为x、y、z个

4x+2y+z×0=（2×1134+2－1146）/2=562

6x+2y+4z=1134

3x+0×y+9z=1146

解之：

x=94,y=93,z=96