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1、第第1212章章 环烃环烃 12.1 脂环烃脂环烃 12.2 芳烃芳烃 12.1 脂环烃脂环烃 12.1.1 脂环烃的分类和同分异构脂环烃的分类和同分异构12.1.2 脂环烃的命名脂环烃的命名12.1.3 脂环烃的物理性质脂环烃的物理性质12.1.4 脂环烃的化学性质脂环烃的化学性质12.1.5 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性1.1.分类分类按环上碳原子的饱和程度，可分为：按环上碳原子的饱和程度，可分为：环烷烃环烷烃 (通式通式C Cn nH H2n2n)环烯烃环烯烃 (通式通式C Cn nH H2n-22n-2)环炔烃环炔烃 (通式通式C Cn nH H2n-42n-4)环戊烷环戊
2、烷环己烯环己烯环辛炔环辛炔12.1.1 脂环烃的分类和同分异构脂环烃的分类和同分异构 按照分子中所含碳环的数目，可分为：按照分子中所含碳环的数目，可分为：单环脂环烃单环脂环烃二环脂环烃二环脂环烃多环脂环烃多环脂环烃环己烷环己烷环戊二烯环戊二烯甲基环己烷甲基环己烷十氢化萘十氢化萘降冰片烷降冰片烷螺螺2,42,4庚烷庚烷立方烷立方烷篮烷篮烷金刚烷金刚烷分类分类2.脂环烃的构造异构脂环烃的构造异构环戊烷环戊烷1,1-二甲基环丙烷二甲基环丙烷乙基环丙烷乙基环丙烷甲基环丁烷甲基环丁烷1,2-二甲基环丙烷二甲基环丙烷如环烷烃如环烷烃C5H10的构造异构体有：的构造异构体有：脂环烃的构造异构现象脂环烃的构造
3、异构现象（1 1）成环的碳数不同成环的碳数不同（2）环上取代基的不同）环上取代基的不同（3）环上取代基位置的不同环上取代基位置的不同（1）环烷烃的命名）环烷烃的命名 在相应烷烃名称前加在相应烷烃名称前加“环环”字，称为字，称为“环某烷环某烷”。使所有取代基编号符合使所有取代基编号符合最低系列原则最低系列原则。取代基列出的次序根据取代基列出的次序根据“次序规则次序规则”，较优先的基，较优先的基团后写出。团后写出。甲基环戊烷甲基环戊烷1,2-二甲基环己烷二甲基环己烷1-甲基甲基-3-乙基环己烷乙基环己烷12.1.2 脂环烃的命名脂环烃的命名HC CH2CH3CH3CH2CH23-3-环己基己烷环己
4、基己烷 环烯环烯(或炔或炔)烃编号时，把烃编号时，把1,2位留给双位留给双(或三或三)键碳原子键碳原子环戊烯环戊烯3-3-乙基乙基环己烯环己烯3 3，5-5-二甲基二甲基环辛炔环辛炔5-5-甲基甲基（2）环烯、环炔的命名）环烯、环炔的命名5-甲基甲基-1,3-环戊二烯环戊二烯 C H312.1.3 脂环烃的物理性质脂环烃的物理性质 自学自学12.1.4 环烷烃的化学性质环烷烃的化学性质12.1.5.1 取代反应取代反应12.1.5.2 加成反应加成反应环丙烷环丙烷和和环丁烷环丁烷与与烯烃烯烃相似，易进行开环加成。相似，易进行开环加成。1）加氢）加氢Ni80Ni200Ni300 2）加卤素）加卤
5、素不能用溴褪色的方法来区别环烷烃与烯烃！不能用溴褪色的方法来区别环烷烃与烯烃！1,3-二溴丙烷二溴丙烷1,4-二溴丁烷二溴丁烷室温 3）加卤化氢）加卤化氢1-溴丙烷溴丙烷 1-溴丁烷溴丁烷CH2CH2CH2CH2BrHCCHCH2CH3CH3CH3+H BrHOOC-(CH2)4-COOH901201.5MPaHNO3+KMnO4可以氧化烯、炔，但不能氧化环烷烃。可以氧化烯、炔，但不能氧化环烷烃。12.1.5.2 氧化反应氧化反应OH+OC-C 键，变成了键，变成了弯曲键弯曲键或或香蕉键香蕉键，键，键不牢，有不牢，有角张力角张力存在，环不稳定。存在，环不稳定。环丙烷碳环的结构：环丙烷碳环的结构
6、：12.1.5 脂环烃的结构与稳定性脂环烃的结构与稳定性 第一节作业：第一节作业：P1781，4，5.（1）（）（2）（）（3）（）（4）12.2 芳烃芳烃 12.2.1 芳烃的分类和命名芳烃的分类和命名12.2.2 苯的结构苯的结构12.2.3 单环芳烃单环芳烃12.2.1 芳烃的分类和命名芳烃的分类和命名1.芳烃的分类芳烃的分类（1 1）单环芳烃）单环芳烃苯苯甲苯甲苯CH3苯乙烯苯乙烯CH=CH2间二甲苯间二甲苯CH3CH3（2）多环芳烃多环芳烃三苯甲烷三苯甲烷CH联苯联苯1,2-1,2-二苯乙烷二苯乙烷CH2CH2（3）稠环芳烃稠环芳烃萘萘蒽蒽菲菲 单环芳烃的命名是以苯环为母体单环芳烃的
7、命名是以苯环为母体,烷基作为取代烷基作为取代基，称为某烷基苯基，称为某烷基苯(“基基”字常省略字常省略)。当苯环上连有两个或两个以上的取代基时，可用当苯环上连有两个或两个以上的取代基时，可用阿拉伯数字表明它们的相对位次；阿拉伯数字表明它们的相对位次；当苯环上只有两个取代基时，也常用当苯环上只有两个取代基时，也常用“邻邻”、“间间”、“对对”或或o-(ortho)、m-(meta)、p-(para)等字头表明它们的相对位次；等字头表明它们的相对位次；当苯坏上连有三个相同的取代基时，也常用当苯坏上连有三个相同的取代基时，也常用“连连”、“偏偏”、“均均”等字头表示。等字头表示。2.芳烃的命名芳烃的
8、命名1,2,3-1,2,3-三甲苯三甲苯或或连三甲苯连三甲苯1,2,4-1,2,4-三甲苯三甲苯 或或偏三甲苯偏三甲苯1,3,5-1,3,5-三甲苯三甲苯 或或均三甲苯均三甲苯 乙苯乙苯 正丙苯正丙苯 1,2-1,2-二甲苯二甲苯 或或邻二甲苯邻二甲苯或或o o-二甲苯二甲苯1,3-1,3-二甲苯二甲苯或或或或间二甲苯间二甲苯或或m m-二甲苯二甲苯1,4-1,4-二甲苯二甲苯 或或对二甲苯对二甲苯或或p p-二甲苯二甲苯 当苯环上连有不饱和烃基当苯环上连有不饱和烃基或当侧链较复杂时，或当侧链较复杂时，命命名时，通常以不饱和烃名时，通常以不饱和烃或侧链或侧链作母体作母体,苯环作为取代苯环作为取
9、代基。基。苯乙烯苯乙烯苯乙炔苯乙炔2-2-甲基甲基-4-4-苯基戊烷苯基戊烷芳基：芳基：或写成：或写成：C6H5苯基苯基苄基或苯甲基苄基或苯甲基或写成：或写成：12.2.2 苯的结构苯的结构 现代物理方法现代物理方法测得苯的结构为：测得苯的结构为：苯分子模型苯分子模型:六个碳均为六个碳均为 sp2杂化杂化:苯的苯的键键苯的苯的p轨轨道重叠道重叠闭闭合合共共轭轭体体系系闭合的离域闭合的离域的大的大 键键HHHHHH键所在键所在的平面的平面12.2.3 单环芳烃单环芳烃 1.单环芳烃的物理性质（单环芳烃的物理性质（自学自学）2.单环芳烃的化学性质单环芳烃的化学性质（a a）卤化反应）卤化反应 在三
10、卤化铁等催化剂的作用下，苯与卤素作用在三卤化铁等催化剂的作用下，苯与卤素作用生成卤代苯的反应。生成卤代苯的反应。催化剂：催化剂：FeCl3、FeBr3、AlCl3、Fe等等卤素活性：卤素活性：F Cl Br ICl2FeCl36070BrBr2FeBr36070（1 1）取代反应）取代反应39 55 6 60%39%1%反应条件不同，反应条件不同，产物不同。产物不同。（b b）硝化反应硝化反应 苯与浓苯与浓H2SO4和浓和浓HNO3（混酸）于混酸）于50-6050-60反应，反应，苯环上的一个氢原子被硝基取代，生成硝基苯的反应。苯环上的一个氢原子被硝基取代，生成硝基苯的反应。93%NO2NO2
11、59%37%N O2N O2C H3C H3NO2NO2CH3CH3浓浓H2SO4浓浓HNO3 100TNT（c c）磺化反应磺化反应 苯与浓硫酸或发烟硫酸作用，环上的一个苯与浓硫酸或发烟硫酸作用，环上的一个氢原子被磺（酸）基氢原子被磺（酸）基（-SO3H）取代，生成苯取代，生成苯磺酸的反应。磺酸的反应。苯磺酸苯磺酸间苯二磺酸间苯二磺酸邻甲苯磺酸邻甲苯磺酸 对甲苯磺酸对甲苯磺酸（d d）FriedelFriedel-Crafts-Crafts 反应（傅氏反应）反应（傅氏反应）在无水三氯化铝等催化剂的作用下，芳烃与卤代烷作在无水三氯化铝等催化剂的作用下，芳烃与卤代烷作用，环上氢原子被烷基取代的反
12、应，称为烷基化反应。用，环上氢原子被烷基取代的反应，称为烷基化反应。烷基化反应：烷基化反应：AlCl3,85 CH3CH2Cl 常用催化剂常用催化剂：AlCl3、FeCl3、ZnCl2、BF3、H2SO4常用烷基化剂常用烷基化剂：RX、RCH=CH2、ROH烷基化反应的特点：烷基化反应的特点：烷基化反应亲电试剂为碳正离子，容易发生重排，烷基化反应亲电试剂为碳正离子，容易发生重排，故烷基化产物有异构化现象。故烷基化产物有异构化现象。生成的烷基苯更容易进行烷基化反应，故烷基化生成的烷基苯更容易进行烷基化反应，故烷基化反应容易生成多元取代产物。反应容易生成多元取代产物。CHCH3CH370 30CH
13、2CH2CH3酰酰基化反应：基化反应：COCH3CH3COOH+常用的酰基化试剂常用的酰基化试剂：RCOX、（RCO)2O、RCOOHCH3COClAlCl3HCI+CCH3O苯乙酮苯乙酮 在无水氯化铝等催化剂作用下，芳烃与酰卤或酸酐在无水氯化铝等催化剂作用下，芳烃与酰卤或酸酐等反应，芳环上的氢原子被酰基取代的反应，称为酰基等反应，芳环上的氢原子被酰基取代的反应，称为酰基化反应。化反应。(CH3C)OO+2AlCl3 7080注意注意：当苯环上连有强的吸电基（如：当苯环上连有强的吸电基（如：-NO2、CN、COR、SO3H、-COOH）时）时,无论是付无论是付克烷基化还是克烷基化还是付付克克酰
14、基化反应酰基化反应都不能进行。都不能进行。(2)氧化反应氧化反应O2+29V2O5400500（空气）（空气）苯环的氧化：苯环的氧化：侧链的氧化：侧链的氧化：烷基苯通常侧链被氧化，因烷基苯通常侧链被氧化，因氢活泼，不论烷基氢活泼，不论烷基碳链的长短，一般只生成苯甲酸。碳链的长短，一般只生成苯甲酸。无无氢的侧链不氢的侧链不被氧化被氧化.CCOOOCO2OH244+2顺丁烯二酸酐顺丁烯二酸酐苯酐苯酐均苯四甲酸二酐均苯四甲酸二酐(不饱和树脂不饱和树脂等的原料等的原料)(3)(3)加成反应加成反应 苯环是闭合共轭体系，能量较低，不易进苯环是闭合共轭体系，能量较低，不易进行加成和氧化反应。但苯环又是不饱
15、和体系，行加成和氧化反应。但苯环又是不饱和体系，只要条件适合，苯环还是可以进行加成和氧只要条件适合，苯环还是可以进行加成和氧化反应的，而且这类反应在有机化学工业中化反应的，而且这类反应在有机化学工业中都很重要。都很重要。加氢反应加氢反应加氯反应加氯反应1802103H2+Ni,2.81MPa（六氯化苯）（六氯化苯）CICICICICICI紫外光紫外光40CI23+3.3.苯环上亲电取代反应定位规律苯环上亲电取代反应定位规律(1)两类定位基两类定位基第第一一类类定定位位基基（邻邻对对位位定定位位基基）：使使取取代代基基进进入入其其邻邻对位且使苯环活化（卤素除外）。对位且使苯环活化（卤素除外）。O
16、-、N(CH3)2、NH 2、OH、OR、NHCOR、OCOR、CH3(R)、F、Cl、Br、I、C6H5、CH2COOH等等第第二二类类定定位位基基（间间位位定定位位基基）：使使亲亲电电试试剂剂进进入入其其间间位位且使苯环钝化且使苯环钝化。N+(CH3)3、N+H3、NO2、CN、SO3H、CHO、COR、COOH等等两类定位基的结构特征：两类定位基的结构特征：第一类定位基与苯环直接相连的原子上第一类定位基与苯环直接相连的原子上只有单键，且多数有孤对电子或是负离子；只有单键，且多数有孤对电子或是负离子；这类取代基这类取代基对苯环起给电子的作用，使苯环对苯环起给电子的作用，使苯环活化活化。第二
17、类定位基与苯环直接相连的原子上第二类定位基与苯环直接相连的原子上有重键，且重键的另一端是电负性大的元素有重键，且重键的另一端是电负性大的元素或带正电荷。这类取代基或带正电荷。这类取代基对苯环起吸电子的对苯环起吸电子的作用，使苯环钝化作用，使苯环钝化。（2 2）二取代苯的定位规律）二取代苯的定位规律 当苯环上已有两个取代基时，第三个取代基当苯环上已有两个取代基时，第三个取代基进入苯环的位置，由原有的两个取代基决定。进入苯环的位置，由原有的两个取代基决定。A.当原有的两个取代基当原有的两个取代基定位作用一致定位作用一致时，仍由时，仍由原定位规律决定。原定位规律决定。CH3NO2CH3ClSO3HC
18、OOHB.B.当两个原有取代基对第三个取代基的当两个原有取代基对第三个取代基的定位作定位作用不一致用不一致时，有两种情况：时，有两种情况：（a a）两个原有取代基属于同一类：由强者定位，若强两个原有取代基属于同一类：由强者定位，若强弱相差不大，则得混合物。弱相差不大，则得混合物。（b b）两个取代基不属于同一类：由第一类定位基定位。两个取代基不属于同一类：由第一类定位基定位。CH3OHCH3NHCOCH3COOHNO2ClBrNHCOCH3NO2BrCOCH3例例1 1先引入硝基先引入硝基，第二个取代基引入的位置为：，第二个取代基引入的位置为：分析：分析：先引入溴先引入溴，第二个取代基引入的位
19、置为：，第二个取代基引入的位置为：合理路线合理路线在苯环上引入两个取代基在苯环上引入两个取代基4.定位规律在有机合成上的应用定位规律在有机合成上的应用例例2 2分析：分析：羧基不能直接引入，须由甲基转化。羧基不能直接引入，须由甲基转化。先引入甲基先引入甲基硝化硝化氧化氧化硝化硝化先引入硝基先引入硝基烷基化反应烷基化反应合理路线：合理路线：第二节作业：第二节作业：P1782.（1）（）（3）（）（4）（）（5）（）（7），），3，5.（6）（）（7）（）（8）（）（9）（）（10）（）（13）（）（14）（15）（）（16）6，7，9，10.（2）（）（3），），12，13.12.2.4 稠环芳
20、烃分子中含有两个或两个以上的苯环，苯环之间通过共用两个相邻碳原子彼此稠合而成的芳烃。重要的稠环芳烃有萘、蒽、菲。1 萘萘的分子式为萘的分子式为C10H8，萘是光亮的片状结晶，熔点为80.2，沸点为218，易升华。它不溶于水而易溶于有机溶剂（如酒精）中。萘环编号如下：与苯相似，萘分子也具有平面结构，形成闭合的共轭键，但在共轭体系中电子云密度分布不完全均匀，因此碳碳键不完全相等。在萘的分子中，各个碳原子并不完全相同，其中1，4，5，8等四个碳原子是等同的，称为位；2，3，6，7等四个碳原子也是等同的，称为位。因此萘的一元取代物有两种：-取代物（1-取代物）和-取代物（2-取代物），但位比位活泼，萘
21、的反应一般发生在位。萘亦具有芳香性，但比苯为弱。（1）卤化萘的卤化比苯容易进行。在无水氯化铁催化下，萘的卤化比苯容易进行。在无水氯化铁催化下，萘与氯反应，主要生成萘与氯反应，主要生成-氯萘。此法是工业上生产-氯萘的方法。-氯萘为无色液体，沸点为259，用作高沸点溶剂和增塑剂等。萘在没有催化剂的情况下可与溴作用-溴萘为无色或浅黄色油状液体，沸点为281，用作有机合成中间体、分析试剂和溶剂等。（2）硝化 室温时，萘用混酸室温时，萘用混酸硝化主要生成一硝基物，为了防止进一步的硝化，所用混酸的浓度比苯硝化时低。（3）磺化萘在较低温度（萘在较低温度（60）磺化时，主要生成-萘磺酸；在较高温度（165）磺
22、化时，主要生成-萘磺酸。-萘磺酸与硫酸共热到165时，可变成-萘磺酸：这是因为磺化反应是可逆反应。在低温下，取代反应发生在活泼的位上，但磺基体积较大，它与处于8位上的氢原子之间距离小于它俩的范德华半径之和，所以-萘磺酸稳定性较差。在较高温度时生成稳定的-萘磺酸。2蒽蒽蒽的分子式为C14H10。蒽是是片状结晶，具有蓝色荧光，熔点为216，沸点为354，它不溶于水，难溶于乙醇，乙醚等，但溶于苯。蒽环编号如下：蒽亦具有芳香性，但比苯和萘弱得多，在蒽的分子中，各个碳原子也不完全相同。其中1，4，5，8四个碳原子是等同的，称为位；2，3，6，7四个碳原子也是等同的，称为位。9，10位两个碳原子是等同的，
23、称为位，位最活泼。菲是白色片状结晶，熔点为100，沸点为340。菲的氢化产物对生物科学很重要，它是甾醇、胆汁酸、性激素等母体碳架的一部分。蒽环编号如下 菲的分子式和蒽相同，也是C14H10，互为同分异构体。3 菲或 12.2.5芳烃的来源芳烃的来源是煤和石油。作为苯、甲苯、乙苯和二甲苯的来源,石油的重要性早已超过了煤。（1）从煤焦油中分离 煤经干馏得到的黑色粘稠液体叫做煤焦油，从煤焦油中可以分离出芳烃苯、甲苯、萘、蒽、菲等。（2）从石油裂解产品中分离 石油为原料高温裂解生产乙烯、丙烯和1,3-丁二烯时，得到一定量的液体副产物。液体付产物分离后可得苯、甲苯、二甲苯等芳烃。（3）芳构化 工业上常采用铂为催化剂,430510,1.52.5MPa,处理石油的C6C8馏分（主要是C6C8烷烃，也可能含有 C6C8环烷烃），C6C8馏分中的各组分发生一系列反应，最后生成C6C8芳烃：苯、甲苯、乙苯和二甲苯等，这个过程称为铂重整。这个反应也称芳构化反应。主要反应如下：环烷烃脱氢，例如：环烷烃异构化、脱氢，例如：烷烃脱氢、环化、再脱氢，例如：