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有机化学第六章 芳香烃02R
C. 大小次序规则:
• 大小次序规则见烯烃的Z,E-命名法(P43)。 • 有多个取代基或官能团时,其列出顺序遵守“大 小次序规则”,较大的基团后列出。
官能团大小次序规则:
① 把双键碳上的取代基按原子序数排列,同位素:D>H, 大的基团在同侧者为Z,大基团不在同侧者为E。
Z—Zuasmmen,共同;E — Entgengen,相反。
-Cl >
-SO3H >
-F >
-OCOR
举例:
HO
NH2
p-氨基苯酚
H3C
Cl
对氯甲苯
Cl
NO2
对硝基氯苯
CH3 NH2
Cl
2-甲基-4-氯苯胺
OH CH3
COCH3 3-甲基-4-羟基苯乙酮
OH Br 4 3 SO3H
5 2
1
SO3H
4-羟基-5-溴-1,3-苯二磺酸
CHO O2N
Cl
4-硝基-3-氯苯甲醛
Cl
SO3H
Br
4-氯-3-溴苯磺酸
CH3
O
Cl 3-甲基-5-氯环己酮
OCH2COONa Cl
Cl 2,4-二氯苯氧基乙酸钠
O C-NHCH3
CH3 N-甲基-1-(4-甲萘基)甲酰胺
(十)富勒烯(fullene)
富勒烯(fullerene)亦称为足球烯,是由C60、C70、C50等一 类化合物的总称。(动画, C60的结构)
而环丁二烯和环辛四烯却化学性质活泼,不具有芳香性。
问题:有芳性的化合物一定要含有苯环吗?
答案:不一定!!
平面结构的环状离域体系,如果其π电子数符合休克 尔(Hückel)规则,就具有芳香性。
(1)Hückel规则
休克尔(Hückel)规则:具有平面的离域体系的环状化 合物,其π电子数若为4n+2(n=0,1,2,…整数),就具 有芳香性。
的溶剂化物体积较大,不利α-位异构体的生成。
• 烷基化反应
通常萘的烷基化反应产率较低,但下列反应具有实用 价值:
+ ClCH2COOH
CH2COOH 2F0e0C-l32+1K8B。rC
萘乙酸 植物生长激素
B.还原反应
采用Birch还原,得到1,4-二氢萘,它有一个孤立双键,不 被进一步还原:
Birch还原——用金属钠在液氨和乙醇的混合物中对芳香烃进行还原。
作业P132~ 6-1 (1) ~ (3) 、 (5)、(6) 6-4 (2)、(6)、(9)、(13)、(14) 6-6(9)、(13)、(14)、(16) 6-7(1)、(2) 、(3)
苯的结构
足球烯
• 在强烈条件下加氢,可得到四氢化萘或十氢化萘:
Na-Hg,C2H5OH or H2/Pd-C,加压
四氢萘 。
b.p 207.2 C
以上的反应说明苯环有特殊的稳定性!
H2/Rh-C或Pt-C 加压
十氢萘 。
b.p 191.7 C
C.氧化反应 萘容易被氧化生成1,4-萘醌:
CrO3 , HOAc 10 ~ 15 ℃
SO3H NaOH(S) H+
OH (NH4)2SO3/H2O ,P
NH2
萘酚
萘 胺
染料中间体
④符氏反应
• 酰基化反应
O + R-C-Cl
AlCl3
。
-15 C,CS2
。
25 C,C6H5NO2
O C-R
+
酰基萘(75%)
O C-R
O C-R
酰 基 萘(25%)
酰 基 萘 (99%)
原因: 在极性溶剂C6H5NO2中,酰基碳正离子与溶剂形成
O
O
1,4-萘醌 ( 18 % ~ 22% )
• 在强烈条件下被氧化,可得到邻苯二甲酸酐:
O
V2O5 , O2
O
O
以上的反应也说明苯环有特殊的稳定性!
(2)其它稠环芳烃
除了萘以外,其它比较重要的稠环芳烃还有蒽和菲等:
89 7
6 5 10
1 2
3 4
蒽
3
4
2
5 6
1
7 8
10 9
菲
其中:1,4,5,8 位,活泼性次之 2,3,6,7 位,最不活泼 9,10 位 , 最活泼
蒽和菲分子中都有键长平均化的倾向,但键长并未完 全平均化,其每个苯环的离域能小于萘,更小于苯:
∴芳香性:苯 > 萘 > 菲 > 蒽 !
蒽与菲的反应大多发生在9,10位上。
氧化:
K2CrO7+H2SO4
O
O
9,10-蒽醌
发烟H2SO4
O SO3H
O
蒽醌磺酸
染料中间体
CrO3+CH3COOH
OO 9,10-菲醌 (农药)
0.136nm 通常:
81
其中:1,4,5,8 位
C-C键长:0.154nm 7
2
0.140nm
6
3
C=C键长: 0.134nm
54
2,3,6,7 位
9,10
位
0.139nm
∴ 萘分子中亦有离域现象,单、双键键长趋于平均化 (但未完全平均化)。
杂化轨道理论的解释:
H
H
H
H 萘的离域能为255KJ/mol
大
Br
Cl 大
C=C
小 H3C
H
小
Z-1-氯-2-溴丙烯
大 Br H 小
C=C
H3C
小
Cl
大
E-1-氯-2-溴丙烯
②连接在双键碳上都是碳原子时,沿碳链向外延伸。 假如有下列基团与双键碳相连:
(CH3)3CC(C,C,C)
最大
(CH3)2CHC(C,C,H)
次大
CH3CH2-
CH3-
C(C,H,H) C(H,H,H)
当π电子数为6,10…时,符合Hückel规则,p电子全部 配对,填满成键轨道或非键轨道,CnHn有芳香性;
当π电子数为4,8…(4n)时,不符合Hückel规则,非键轨 道上各有一未成对p电子,CnHn为双自由基,有反芳香 性。
(2)非苯芳烃 芳香性的判断
非苯芳烃—-符合Hückel规则,具有芳性,但又不含苯环 的烃。
• C60的发现者Robert F C、Harold W K、 Richard G S等三人荣获1996年Nobel化学奖。
本章重点:
①苯环的结构与其特殊稳定性; ②苯环上的亲电取代反应; ③苯环上亲电取代反应的定位规律; ④萘的结构与化学性质,定位规律在萘及其衍生物
中的应用; ⑤Hückel规则与芳香性。
C60的结构特点: ① 60个碳原子以
20 个 六 元 环 及 12 个五元环连接成 似足球的空心对 称分子;
② C-C之间以sp2 杂化轨道相结合, 在球形的表面有 一层离域的π电子 云。
• 富勒烯的出现,为化学、物理学、电子学、 天文学、材料科学、生命科学、和医学等学科 开辟了崭新的研究领域,意义重大。
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环辛四烯 二负离子
10 有
(九)多官能团化合物的命名
分子中含有两种或两种以上官能团的化合物称为多官 能团化合物。
命名时遵守官能团优先次序规则、最低系列原则和大 小顺序规则。
A. 官能团优先次序规则: 将排在前面的官能团(高级的)做为母体官能团; 排在后面的官能团(低级的)做为取代基。
记忆方法:
(甲) 轮烯 轮烯——单环共轭多烯,一般指成环碳原子数≥10的单环 共轭多烯。
[18]轮烯
HHH HHH
平面结构 电子数:18 符合4n+2规则(n=4) 有芳香性!
[14]轮烯
H H
H H
平面结构 电子数:14 符合4n+2规则(n=3) 有芳香性!
[10]轮烯
HH
无芳香性
非平面结构(环内两氢空间障碍大) 电子数:10 虽符合4n+2代数式(n=2),但无芳香性!
加氢或还原:
Na/C2H5OH
HH
HH
9,10-二氢蒽
双烯合成:
Na/C2H5OH,
或 H2,
O +O
O
二甲苯
O O O
反应条件:微波辐照,1min,产率90%传;统加热,90min,
+ CH3O2C
CO2CH3
对二甲苯 MW,4min
CH3O2C
CO2CH3
反应条件:微波辐照,4min,产率87%传;统加热,4h,产率67%
次小
最小
③当取代基不饱和时,把双键碳或参键碳看成以单键和 多个原子相连。
(C) (C) -C CH 可看作 -C C-H
(C) (C)
(C) (C) -CH=CH2 可看作 -C C-H
HH
∴ -CCH > -CH=CH2
根据以上规则,常见基团优先次序如下所示:
-I > -Br > > -OR……
(八)芳香性
(1) Hückel规则 (2)非苯ห้องสมุดไป่ตู้烃 芳香性的判断
(甲)轮烯 (乙)芳香离子
芳香性的三个标志: ①易进行亲电取代反应,不易加成、氧化,具有特殊稳
定性(化学性质不活泼); ②氢化热或燃烧热表明其有离域能; ③核磁共振谱中有环流效应。
苯、萘、蒽、菲都含苯环,都有多个p轨道肩并肩形成的 离域的大π键,都有芳性;
H
<152×2=304KJ/mol
H (苯的离域能为152KJ/mol)
H
H
所以,萘的离域程度不及苯,芳香性不及苯(从结
构上来说),化学性质比苯活泼,更易进行亲电取代 反应。(萘的键长数据也说明这一点)