芳香烃(二)
掌握芳香烃的命名规则、定位效应、反应机理与合成应用
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芳香烃(二)
掌握芳香烃的命名规则、定位效应、反应机理与合成应用
凯库勒式
苯到底是什么结构?1865年凯库勒梦见一条蛇咬住自己的尾巴,醒来后画出了那个著名的六边形——这就是苯的第一个结构式,也是化学史上的关键转折。
首尾相接暗示6个碳连成闭合环路,奠定环状结构思想
苯的现代结构表示法
苯的现代结构表示法:定义、要点与典型应用
苯的同系物
苯环是一个完美的平面六边形。如果给这个六边形接上一些'小尾巴',就得到一类新分子——苯的同系物。它们和苯很像,但多了些可改造的空间。
苯是素色款,同系物是印了不同花色的版本
甲苯
前页我们认识了苯的同系物——苯环加侧链的家族。现在来看这个家族里最简单的一员:甲苯。它就像给苯「外挂」了一个甲基模块,看似只多了一点点,却带来了苯完全没有的新本事。
原系统照样运行(苯环不变),外挂模块独立工作(甲基被氧化),还提升了整机性能(苯环更易发生取代)
苯的同系物的通式
上一页我们认识了甲苯 C₇H₈,它和苯 C₆H₆ 长得很像,只是环上多挂了一个 CH₃。这不是巧合——苯的同系物之间其实藏着一条数学规律,今天就把它揪出来。
苯环是「基因」人人相同,烷基是「成员」可多可少,通式是两者相加的总规则
苯的同系物的化学性质
前面认识了甲苯,它是苯的同系物中最简单的成员。甲苯比苯多了一根 -CH₃,这一根甲基带来了哪些「新反应」?苯环本身的能力还在吗?
核心身份(苯环)保留基础反应;穿上工装(烷基)既增强反应活性,工装本身又多出被氧化、被换的新通道
甲苯的取代反应取向性
上节我们看到甲苯能发生硝化、卤代等取代反应。但仔细想:同样的硝化反应,硝基到底装到环上哪个位置?这套由已有基团决定的'位置偏好',就是定位效应。
甲基如气场强的老住户,让新人(取代基)偏向邻位和对位,远离间位
甲苯侧链活性
上页谈了亲电试剂进攻苯环的位置偏好,但这只是甲苯故事的一半。侧链上那个甲基自己也在'闹'——它有自己的反应活性,且这些反应与苯环上的取代机理截然不同。
正面朝上走亲电取代,反面朝上走氧化/自由基;翻哪面看反应条件
稠环芳香烃
前面我们认识了苯的同系物——只有一个苯环、其余是侧链。如果两个苯环不再各自独立,而是共用相邻的两个碳原子直接拼在一起呢?这就进入了稠环芳香烃的世界。
瓷砖=苯环,共享的边把两环电子云'拉扯'变形,键长不再均等
萘
旧衣柜里那股冲鼻子的味道,你还记得吗?小时候放的白片片——卫生球,主要成分就是萘。最简单也最重要的稠环芳烃。
车厢不是简单拼接,而是共用同一个挂钩 = 共享一对碳原子
蒽
上页讲到萘是两个苯环稠合,再往上「拼」一个苯环就是蒽。但拼接方式不止一种——这页讲线性那种,以及它带来的奇特活性。
中间拼接处受力最大,拆开后两端的磁力片还能各自严丝合缝
酸性高锰酸钾溶液的氧化性
从甲苯侧链的活性讲起——既然侧链能被氧化,那用什么试剂能直接验证?最经典的就是紫色的酸性高锰酸钾溶液。这一页,我们对比烯烃和芳香烃在这个试剂面前的「表现」。
C=C像违禁品触发褪色;苯环电子封闭无反应;甲苯侧链α-H是贴身藏的违禁品,连侧链一起被氧化
苯与溴水的反应特征
上一节我们知道甲苯侧链能被高锰酸钾氧化。那苯本身遇到溴水会怎样?注意,这正是苯与烯烃最关键的分水岭。
城堡大门紧闭,外来溴水攻不进去;烯烃像敞开大门的房屋,溴水可自由进入加成
邻二氯苯构型等价性
上页我们说过苯环能发生取代。当两个相同的取代基同时落到苯环上时,落点有几种不同组合?直觉是六种,实际上只有三种。邻二氯苯正好是最简单的例子。
从固定座位出发,左右两边数第一把椅子都算'邻座',二者等价
芳香烃
前面我们见过苯、甲苯、萘、蒽——它们长得不一样,化学家却把它们归为一类,叫「芳香烃」。凭什么归到一起?
凡是带苯环的烃都属于这个家族,没有苯环的烃(烯、炔、烷)都不算
本节要点
- ✓苯环的大π键使其优取代、难加成与氧化
- ✓凯库勒式是历史书写惯例,环中无真实单双键
- ✓苯的同系物因含α-H,能使酸性KMnO4褪色
- ✓取代基定位由电子效应决定,可预判主产物
- ✓稠环芳烃随环数增加,芳香性与稳定性递减
课后思考
先自己想一想,再看参考答案。三问覆盖回顾、应用、迁移——做完才算真正掌握本节。
参考答案凯库勒式只是便于书写的"假图"。真实苯中6个C—C键完全等同,键长介于单双键之间(约140 pm)。可用"六个一模一样的弹簧"类比——谁都不是纯单、谁都不是纯双。
参考答案都能被氧化,苯环保留。邻二甲苯→邻苯二甲酸,对二甲苯→对苯二甲酸。规律:只要侧链含α-H且连在苯环上,即可被KMnO4氧化,产物取决于侧链位置。
参考答案相似:都有芳香性,都能取代。变化趋势:环数增加,电子离域范围扩大,稳定性略降,加成活性升高——蒽可在9、10位发生Diels-Alder加成,苯做不到。