高中化学选修5之知识讲解_芳香烃_提高

芳香烃

【学习目标】

1、认识芳香烃的组成、结构；

2、了解苯的卤代、硝化及加氢的反应，知道苯的同系物的性质、苯的同系物与苯性质的差异；

3、结合生产、生活实际了解某些烃、烃的衍生物的重要作用及对环境和健康可能产生的影响，芳香烃类物质在有机合成和有机化工中的重要作用。 【要点梳理】

要点一、苯的结构和性质

分子中含有一个或多个苯环的碳氢化合物都属于芳香烃。我们已学习过最简单、最基本的芳香烃——苯。 1．分子结构。

苯的分子式为C6H6，结构式为，结构简式为 或 。

大量实验表明，苯分子里6个碳原子之间的价键完全相同，是一种介于单键和双键之间的独特的键。苯分子里的所有原子都在同—平面内，具有平面正六边形结构，键角为120°，是非极性分子。 2．物理性质。

苯是无色有特殊气味的液体，不溶于水，密度比水小，熔点5.5℃，沸点80.1℃，苯用冰冷却可凝结成无色的晶体，苯有毒。 3．化学性质。

【芳香烃#苯的化学性质】

苯的化学性质比较稳定，但在一定条件下，如在催化剂作用下，苯可以发生取代反应和加成反应。 （1）取代反应。

（溴苯是无色液体，不溶于水，密度比水大）

（硝基苯是无色，有苦杏仁味的油状液体，密度比水大，不溶于水，有毒）

（2）加成反应。

（3）氧化反应。

①苯在空气中燃烧发出明亮的带有浓烟的火焰：

?12CO2+6H2O 2 +15O2??? ②苯不能使酸性KMnO4溶液褪色；苯也不能使溴水褪色，但苯能将溴从溴水中萃取出来。

4．苯的用途。

苯是一种重要的化工原料，它广泛应用于生产合成纤维、合成橡胶、塑料、农药、医药、染料和香料等，苯也常用作有机溶剂。

特别提示 （1）苯的结构简式： 并不能反映苯的真实分子结构，只是由于习惯才沿用至今。实际上

点燃

苯分子中的碳碳键是完全相同的。

（如与是同种物质）

（2）由于苯环结构的特殊性，在判断苯体现什么性质时要特别注意反应条件和反应物的状态。

要点二、苯的同系物

【芳香烃#苯的同系物及其性质】

1．苯的同系物是苯环上的氢原子被烷基取代的产物，其结构特点是：分子中只有一个苯环，苯环上的侧链全部为烷基。甲苯、二甲苯是较重要的苯的同系物。 2．苯的同系物的分子通式为CnH2n－6（n≥6，n∈N）。苯的同系物由于所连侧链的不同和不同的侧链在苯环上的相对位置的不同而具有多种同分异构体，如分子式为C8H10的对应的苯的同系物有下列4种同分异构体。

3．简单的苯的同系物（如甲苯、二甲苯、乙苯等），在通常状况下都是无色液体，有特殊的气味，不溶于水，密度比水小，易溶于有机溶剂，其本身也是有机溶剂。

4．由于苯环与侧链的相互影响，使苯的同系物与苯相比，既有相似之处也有不同之处。 （1）苯的同系物与苯在化学性质上的相似之处：

①都能燃烧，燃烧时发出明亮的带浓烟的火焰，其燃烧通式为：CnH2n－6+

3n?3点燃?nCO2+(n－3)H2O。O2???

2 ②都能与卤素单质（X2）、硝酸、硫酸等发生取代反应。 ③都能与氢气等发生加成反应。

（2）苯的同系物与苯在化学性质上的不同之处：

①由于侧链对苯环的影响，使苯的同系物的苯环上氢原子的活性增强，发生的取代反应有所不同。

②由于苯环对侧链的影响，使苯的同系物的侧链易被氧化。在苯的同系物中，如果侧链烃基中与苯环直接相连的碳原子上有氢原子，它就能被热的酸性KMnO4溶液氧化，侧链烃基通常被氧化为羧基（—COOH）。

要点三、芳香烃的来源及其应用

1．通常煤是获取一切芳香烃的主要来源，现在还通过石油化学工业中的催化重整等工艺获得芳香烃。

2．一些简单的芳香烃，如苯、甲苯、二甲苯、乙苯等是基本的有机原料。可用于合成炸药、染料、农药、药品、合成材料等。

【典型例题】

类型一：苯及苯的同系物的结构

例1 下列分子中的14个碳原子不可能处在同一平面上的是（ ）。

A．①② B．②③ C．③④ D．②④ 【答案】D

【解析】②中—(CH3)3的中心碳位于一个四面体的中心，故—C(CH3)3的4个碳原子不可能在同一平面上。此外，④中同时连接两个苯环上的那个碳原子，如果它跟苯环共平面，与它连接的—CH3上的碳原子和H原子，必然一个在环前、一个在环后，因此该甲基碳原子不可能在苯环平面上。请注意③项中的两个甲基的碳原子是可以同时处在两个苯环所共有的平面上的。有人怀疑两个甲基过于拥挤，必须翘起一个，但如果我们以连接两个苯环的单键为轴旋转180°，由此“空间拥挤”现象就可以消除，也就是两个甲基一个在上、一个在下，都在苯环平面上。综上可知该题应选②④。

【总结升华】应注重知识的迁移，

、 所有原子均共面，而有—CH3的有机物，所有原子均不

共面；即一个C周围连接4个C原子，则这5个C原子不可能共面。 举一反三：

【芳香烃#例3】

【变式1】苯环结构中不存在C-C单键与C=C双键的交替结构，可以作为证据的是

①苯不能使溴水褪色

②苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色

③苯在一定条件下既能发生取代反应，又能发生加成反应 ④经测定，邻二甲苯只有一种结构

⑤经测定，苯环上碳碳键的键长相等，都是1.40×10-10m A．①②④⑤ B．①②③⑤ C．①②③ D．①② 【答案】A

【变式2】（2015 天津模拟）关于苯的下列说法中，正确的是（ ）。 A．苯分子中的所有原子处在同一平面上 B．苯分子含有6个σ键和1个大π键

C．苯能与氢气发生加成反应，表明苯中含有碳碳双键

D．苯不能使KMnO4酸性溶液褪色，表明苯不能发生氧化反应 【答案】A

【解析】苯分子中含有12个σ键（其中6个C—H键和6个C—C键）和1个大π键；苯能与氢气发生加成反应，是由于苯分子中含有的独特的碳碳键所致，但苯中不含碳碳双键；苯虽然不能使KMnO4酸性溶液褪色，但苯能在空气中燃烧生成CO2和H2O，苯的燃烧也属于氧化反应。

类型二：苯及其同系物的性质 例2 对于苯乙烯（

）的下列叙述：

①能使酸性KMnO4溶液褪色；②可发生加聚反应；③可溶于水；④可溶于苯中；⑤能与浓硝酸发生取代反应；⑥所有的原子可能共平面，其中正确的是（ ）。

A．仅①②④⑤ B．仅①②⑤⑥ C．仅①②④⑤⑥ D．全部正确 【答案】C 【解析】物质的性质推测可根据其结构特征和物质的相似性来分析解答，苯乙烯分子中含有苯环和碳碳双键，其性质应与苯、乙烯有相似之处，从分子结构看，是两个平面结构的组合，而这两个平面有可能重合，故⑥的说法正确；苯环上可发生取代反应，故⑤的说法正确；碳碳双键可被酸性KMnO4溶液氧化，也可发生加聚反应，故①②说法正确；苯乙烯属于烃类，而烃类都难溶于水而易溶于有机溶剂，故③的说法不正确而④的说法正确。

【总结升华】解答本题需将苯、乙烯的性质迁移到对苯乙烯性质的预测上。 举一反三：

【变式1】（2016 江苏淮安期中）为了证明液溴与苯发生的反应是取代反应，设计如下实验，装置如图所示。则装置A中装有的物质是（ ）

A．水 B．NaOH溶液 C．CCl4 D．NaI溶液 【答案】C

【解析】在催化剂的作用下，苯环上的氢原子被溴原子所取代，生成溴苯，同时有溴化氢生成，AgNO3的作用是检验生成的溴化氢，由此来证明溴和苯发生了取代反应，但溴会对HBr的检验产生干扰，因此A中液体的作用就是除去HBr中的Br2，Br2易溶于CCl4，而HBr不溶于CCl4，故选C。

例3 请认真阅读下列三个反应：

利用这些反应，按以下步骤（试剂和条件已略去）可从某烃A合成一种染料中间体DSD酸：

请写出A、B、C、D的结构简式。