有机化学徐寿昌多环芳烃和非苯芳烃市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx
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1、第七章第七章 多环芳烃和非苯芳烃多环芳烃和非苯芳烃1.联苯及其衍生物反应联苯及其衍生物反应.2.稠环芳烃萘稠环芳烃萘、蒽蒽、菲及其衍生物结构及命菲及其衍生物结构及命名名.3.萘化学性质及萘环亲电产物定位规律萘化学性质及萘环亲电产物定位规律.4.Huckel规则及非苯芳烃芳香性判断规则及非苯芳烃芳香性判断.本章主要内容本章主要内容第1页7.0 多环芳烃和非苯芳烃定义与分类多环芳烃和非苯芳烃定义与分类 联苯和联多苯类联苯和联多苯类:两个及以上苯环以两个及以上苯环以 单键相连单键相连.多环芳烃多环芳烃 多苯代脂类多苯代脂类:脂肪烃中两个及以上脂肪烃中两个及以上H 被苯取代被苯取代.稠环芳烃稠环芳烃:
2、两个及以上苯环以共用两两个及以上苯环以共用两 个相邻个相邻C原子方式结合分子原子方式结合分子.非苯芳烃非苯芳烃:电电子数子数为为4n+2(n=0,1,2)含有芳香性含有芳香性 分子或离子分子或离子.第2页3CHCH=CH三苯甲烷三苯甲烷1,2-二苯乙烯二苯乙烯萘萘蒽蒽菲菲联苯联苯对联三苯对联三苯比如比如:第3页700800+H22+2Cu+2CuI 联联苯苯为为无无色色晶晶体体,熔熔点点70,沸沸点点254,不不溶溶于于水水而溶于有机溶剂而溶于有机溶剂.7.1 联苯及其衍生物联苯及其衍生物(1)联苯工业制备)联苯工业制备(2)联苯试验室制备)联苯试验室制备第4页(4)联苯化学性质联苯化学性质
3、和苯相同和苯相同,在两个苯环上均可发生磺化在两个苯环上均可发生磺化、硝化等取硝化等取代反应代反应.联苯可看成是苯一个氢原子被苯基取代联苯可看成是苯一个氢原子被苯基取代,苯基是苯基是邻邻、对位取代基对位取代基,第二取代基主要进入苯基对位第二取代基主要进入苯基对位.若一个环上有活化基团,则取代反应发生在同环;若一个环上有活化基团,则取代反应发生在同环;若有钝化基团,则发生在异环若有钝化基团,则发生在异环.间间 邻邻对对4,44,4-二氨基联苯二氨基联苯(3)联苯环上碳原子位置编号及命名联苯环上碳原子位置编号及命名:第5页钝化基团、钝化基团、异环取代异环取代例例:联苯硝化反应联苯硝化反应:HNO3H
4、2SO44,4-二硝基联苯(主要产物)二硝基联苯(主要产物)2,4-二硝基联苯二硝基联苯HNO3H2SO4第6页 两两个个环环邻邻位位有有取取代代基基存存在在时时,因因为为取取代代基基空空间间效效应应妨妨碍碍联联苯苯分分子子自自由由旋旋转转,使使得得两两个个苯苯平平面面不不在在同同一一平平面上面上,产生异构体产生异构体.镜面镜面例例:6,6-二硝基二硝基-2,2-联苯二甲酸异构体联苯二甲酸异构体对映异构对映异构(5)联苯化合物异构体联苯化合物异构体第7页 联苯胺是合成各种染料中间体联苯胺是合成各种染料中间体.联苯胺制备联苯胺制备:4,4-二硝基苯还原得到二硝基苯还原得到.工业上由硝基苯为原料工
5、业上由硝基苯为原料,经经联苯胺重排反应联苯胺重排反应而来而来.氢化偶氮苯氢化偶氮苯(重排重排)联苯胺联苯胺(6)主要联苯衍生物主要联苯衍生物-联苯胺联苯胺(4,4-二氨基联苯二氨基联苯)第8页萘分子式萘分子式C10H8,是最简单稠环芳烃是最简单稠环芳烃.萘是煤焦油中含量最多化合物萘是煤焦油中含量最多化合物,约约6%.(1)萘结构萘结构、同分异构现象和命名同分异构现象和命名 萘萘结结构构与与苯苯类类似似,是是一一平平面面环环状状分分子子,每每个个碳碳原原子子采采取取sp2杂杂化化.10个个碳碳原原子子处处于于同同一一平平面面,联联接接成成两个稠合六元环两个稠合六元环,8个氢原子也处于同一平面个氢
6、原子也处于同一平面.A.萘结构萘结构7.2.1 萘及其衍生物萘及其衍生物7.2 稠环芳烃稠环芳烃第9页每个碳原子有一个未杂化每个碳原子有一个未杂化p轨道轨道,这些轴平行这些轴平行p轨道轨道 侧面相互交盖侧面相互交盖,形成包含形成包含10个碳原子在内个碳原子在内 分子轨道分子轨道.在基态时在基态时,10个个 电子分别处于电子分别处于5个成键轨道上个成键轨道上.所以萘分子没有普通碳碳单键也没有普通碳碳双所以萘分子没有普通碳碳单键也没有普通碳碳双 键键,而是特殊大而是特殊大 键键.因为因为 电子离域电子离域,萘含有萘含有255kJ/mol共振能共振能(离域能离域能).萘萘 分子轨道示意图分子轨道示意
7、图第10页C.萘分子共振结构式萘分子共振结构式:B.萘分子中碳碳键长萘分子中碳碳键长(苯键长均等苯键长均等):()()()0.142nm0.137nm0.139nm0.140nm第11页 12345678或或因为键长不一样因为键长不一样,各碳原子位置也不完全等同各碳原子位置也不完全等同,其中其中 1,4,5,8四个位置是等同四个位置是等同,叫叫 位位.2,3,6,7四个位置是等同四个位置是等同,叫叫 位位.D.因为萘分子中碳原子不完全等性,需要标示碳原子因为萘分子中碳原子不完全等性,需要标示碳原子 不一样位置不一样位置.普通标示以下普通标示以下:第12页ClClCH3SO3HNO2NO2-氯萘
8、氯萘-氯萘氯萘F.萘二元取代物及命名萘二元取代物及命名对甲基萘磺酸对甲基萘磺酸1,5-二硝基萘二硝基萘E.萘一元取代物及命名萘一元取代物及命名第13页萘萘为为白白色色晶晶体体,熔熔点点80.5,沸沸点点218,有有特特殊殊气气味味(防防蛀蛀剂剂),易易升升华华;不不溶溶于于水水,易易溶溶于于热热乙乙醇醇和和乙乙醚醚.萘主要用于萘主要用于制造制造邻苯二甲酸酐邻苯二甲酸酐.萘萘共共振振能能为为255kJ/mol,不不是是304 kJ/mol(苯苯共共振振能能为为152kJ/mol),所所以以萘萘稳稳定定性性比比苯苯弱弱,萘萘比比苯苯轻轻易易发发生生加加成成和和氧氧化化反反应应,萘萘取取代代反反应应
9、也也比比苯苯轻轻易易进进行行.(共振能越大共振能越大,分子越稳定分子越稳定)(A)取代反应取代反应萘能够起卤化萘能够起卤化,硝化硝化,磺化等亲电取代反应磺化等亲电取代反应:萘萘 位比位比 位活性高位活性高,普通得到普通得到 取代产物取代产物.Why?(2)萘性质萘性质第14页萘萘 位取代位取代时时,中间体碳正离子共振结构式中间体碳正离子共振结构式:*萘萘 位比位比 位活性高解释位活性高解释-苯环结构保持数苯环结构保持数 卤卤代反应代反应-溴萘溴萘 加热加热问题问题:苯溴代条件苯溴代条件?萘萘 位取代位取代时时,中间体碳正离子共振结构式中间体碳正离子共振结构式:第15页萘萘硝化反应速度比苯硝化要
10、快几百倍硝化反应速度比苯硝化要快几百倍.-硝硝基基萘萘是是黄黄色色针针状状晶晶体体,熔熔点点61,不不溶溶于于水水而而溶溶于于有机溶剂有机溶剂.惯用于制备惯用于制备 -萘胺萘胺(合成偶氮染料中间体合成偶氮染料中间体):-硝基萘硝基萘(79%)硝化硝化-用混酸硝化用混酸硝化-萘胺萘胺第16页96%85%萘磺化也是可逆反应萘磺化也是可逆反应.磺酸基进入位置和反应温度相关磺酸基进入位置和反应温度相关.磺化磺化反应反应 注意反应条件注意反应条件(熟记)(熟记)80165165加热转化加热转化-萘磺酸萘磺酸-萘磺酸萘磺酸第17页-萘磺酸萘磺酸位阻大位阻大-萘磺酸位阻小萘磺酸位阻小,产物更稳定产物更稳定磺
11、酸基空间位阻磺酸基空间位阻位活泼位活泼反应速度快反应速度快低温产物低温产物动力学控制动力学控制位稳定位稳定反应速度慢反应速度慢高温产物高温产物热力学控制热力学控制第18页例例:由由-萘磺酸碱熔得到萘磺酸碱熔得到-萘酚萘酚布布赫赫雷雷尔尔反反应应-萘萘酚酚羟羟基基比比较较轻轻易易被被氨氨基基置置换换生生成成萘萘胺胺(可逆反应可逆反应):300例例1:-萘酚制备萘酚制备-萘胺萘胺亚硫酸铵水溶液亚硫酸铵水溶液150,加压,加压(-萘酚萘酚,-萘胺难于直接制备萘胺难于直接制备)利用利用-萘萘磺酸性质制备萘磺酸性质制备萘 衍生物衍生物第19页利利用用该该可可逆逆反反应应,按按照照不不一一样样条条件件,可
12、可由由萘萘酚酚制制备备萘萘胺胺,或由萘胺制萘酚或由萘胺制萘酚.酚和萘胺都是合成偶氮染料主要中间体酚和萘胺都是合成偶氮染料主要中间体.例例2:-萘胺萘胺制备制备-萘酚萘酚水溶液水溶液加热加热第20页萘比苯轻易起加成反应萘比苯轻易起加成反应:生成生成二氢化萘二氢化萘1,4-二氢化萘二氢化萘1,4-二氢化萘不稳定二氢化萘不稳定,与乙醇钠乙醇溶液一起加热与乙醇钠乙醇溶液一起加热,轻易异构变成轻易异构变成1,2-二氢化萘二氢化萘:(B)加成反应加成反应-氢化氢化加热加热12341,2-1,2-二氢化萘二氢化萘第21页在更高温度下在更高温度下,用钠和戊醇使萘还原得四氢化萘用钠和戊醇使萘还原得四氢化萘.萘催
13、化加氢萘催化加氢(反应条件不一样反应条件不一样,产物不一样产物不一样):十氢化萘十氢化萘四氢化萘四氢化萘四氢化萘四氢化萘(萘满萘满)-沸点沸点270.2;十氢化萘十氢化萘(萘烷萘烷),沸点沸点191.7.所以都是良好所以都是良好高沸点溶剂高沸点溶剂.生成生成(1,2,3,4-)四氢化萘和十氢化萘四氢化萘和十氢化萘:第22页反式反式十氢化萘十氢化萘 沸点沸点185顺式顺式十氢化萘十氢化萘 沸点沸点194可将一个环看成另一个环上可将一个环看成另一个环上两个取代基两个取代基:反式两个取代基均为反式两个取代基均为:e键键 顺式两个取代基为顺式两个取代基为:一个为一个为e键和一个键和一个a键键 取代基在
14、取代基在e键多稳定键多稳定,反式构象比顺式稳定反式构象比顺式稳定.十氢化萘两种构象异构体十氢化萘两种构象异构体第23页萘萘比比苯苯轻轻易易氧氧化化,不不一一样样条条件件下下得得到到不不一一样样氧氧化化产产物物例例1:一个环被氧化成醌一个环被氧化成醌(-萘醌萘醌):例例2:一个环在强烈氧化下破裂一个环在强烈氧化下破裂:1,4-萘醌萘醌邻苯二甲酸酐邻苯二甲酸酐邻苯二酸酐是许多合成树脂邻苯二酸酐是许多合成树脂,增塑料增塑料,染料等原料染料等原料.(C)氧化反应氧化反应V2O5(空气空气)400500CrO3,CH3COOH1015第24页a.萘衍生物进行取代反应定位作用比苯衍生物复杂萘衍生物进行取代
15、反应定位作用比苯衍生物复杂.b.第二取代基位置由第二取代基位置由原有取代基性质和位置原有取代基性质和位置以及以及 反应条件反应条件来决定来决定.但因为但因为 位活性高位活性高,在普通条件下在普通条件下,第二取代基轻易进入第二取代基轻易进入 位位.c.环上原有取代基还决定第二取代基是环上原有取代基还决定第二取代基是“同环取代同环取代”还是还是“异环取代异环取代”.(3)萘环取代规律萘环取代规律第25页 因因为为邻邻、对对位位定定位位基基能能使使与与其其连连接接环环活活化化,第第二二个取代基就进入该环个取代基就进入该环,即发生即发生“同环取代同环取代”.若若原原来来取取代代基基是是在在 位位,则则
16、第第二二取取代代基基主主要要进进入入同同环另一环另一 位位.主要产物主要产物对羟基萘磺酸对羟基萘磺酸例例:(A)当第一个取代基是当第一个取代基是邻邻、对位对位定位基时定位基时:第26页(主要产物主要产物)10:1(次要产物次要产物)特例特例(不符合规律不符合规律):若原来取代基是在若原来取代基是在 位位,则第二取代基主要进入则第二取代基主要进入同环同环相邻相邻 位位.第27页 间间位位定定位位基基使使与与其其连连接接环环钝钝化化,第第二二个个取取代代基基便便进进入入另另一一环环上上,发发生生“异异环环取取代代”;不不论论原原有有取取代代基基是是在在 位位还是在还是在 位位,第二取代基普通进入第
17、二取代基普通进入另一环上另一环上 位位.例例2:例例1:(B)当第一个取代基是当第一个取代基是间位间位定位基时定位基时第28页萘反应总结萘反应总结CrO3,CH3COOH1015V2O5(空气空气)400500Pt/H2Ni/H2Na/EtOH165651651,4-1,4-二氢化萘二氢化萘1,1,2-2-二氢化萘二氢化萘1,4-1,4-萘醌萘醌邻苯二甲酸酐邻苯二甲酸酐十氢化萘十氢化萘四氢化萘四氢化萘-萘磺酸萘磺酸-萘磺酸萘磺酸第29页 以下化合物一元亲电取代反应主要和以下化合物一元亲电取代反应主要和次要产物是什么次要产物是什么?第30页(1)蒽起源和结构蒽起源和结构:蒽存在于煤焦油中蒽存在于
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