高中化学选修三有机化学基础课件（人教版）2.3芳香烃(共42张PPT)

(共42张PPT)
第三节 芳香烃
PART.01
1．掌握苯的结构特点和化学性质。
2．掌握苯的同系物的结构和性质间的关系。
学习目标
皮鞋与人们生活紧密接触，2001年某地多
家皮鞋厂共100多名工人出现头晕、头痛、
记忆力下降、失眠、四肢无力等症状，经
调查发现，引起该事件的原因是皮鞋加工
过程中所使用的胶粘剂不合格，苯含量超
标。其实，全国已发生多起职业性苯中毒
事件。为了从根本上防止职业性苯中毒事件的发生，现在已经全面推广使用无苯
胶粘剂，取得良好效果。你知道苯属于哪类化合物吗？
新课引入
芳香族化合物的名称来源于有机化学发展早期，这类化合物大多数是在挥发性的香精油、香树脂以及其他具有香味的物质中发现的。例如，从安息香胶内取得安息香酸(C7H6O2)，从苦杏仁油中得到苯甲醛，甲苯来自于tolu(南美洲的一种学名叫Tolutere baisamum的乔木)香脂，等等。当然，这种以气味作为分类的依据是很不科学的。后来发现的许多化合物，就其性质而言应属于芳香族化合物之列，但它们并无香味。因此，现在虽然仍然使用芳香族化合物这个名词，但已经失去了它原来的意义。我们现在所说的芳香族化合物，一般是指在分子中含有苯环的化合物，其中含有苯环的烃称为芳香烃，最简单的芳香烃是苯。
苯
芳香烃
常见的芳香烃
稠环
芳香烃
苯的
同系物
学习探究
颜色、状态 气味 密度 溶解性 挥发性
无色、 液态 有特殊气味 比水 小 不溶于水，易溶于有机溶剂 沸点较低，易挥发
一、苯（C6H6）
1.物理性质
2.应用：苯是一种重要的化工原料和有机溶剂。
苯
实验2-1：向两只各盛有2 mL 苯的试管中分别加入酸性高锰酸钾溶液和溴水，用力振荡，观察现象。
【现象】加入高锰酸钾酸性溶液后，溶液不褪色，出现分层，无色苯层在上层，紫红色在下层；加入溴水后，溶液不褪色，出现分层，苯层在上层，呈橙红色，水层在下层，接近无色。
【结论】苯不能被高锰酸钾酸性溶液氧化，也不与溴水反应。溴在苯中的溶解度比在水中的大，因此苯能将溴从水中萃取出来。
该实验证明苯分子中无碳碳双键
说明苯分子具有不同于烯烃和炔烃的特殊结构
研究表明，苯分子为平面正六边形结构，其中的6个碳原子均采取sp2杂化，分别与氢原子及相邻碳原子以σ键结合，键间夹角均为120°，连接成六元环状。每个碳碳键的键长相等，都是139 pm，介于碳碳单键和碳碳双键的键长之间。每个碳原子余下的p轨道垂直于碳、氢原子构成的平面，相互平行重叠形成大π键，均匀地对称分布在苯环平面的上下两侧。分子中的所有原子处在同一平面 。
苯分子中的大π键是如何形成的？与碳碳双键中的π键有什么不同？
苯分子中的碳碳键是介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊的键。
苯分子中6个碳原子和6个氢原子都处于同一平面上，为平面正六边形，键角为120 。
空间充填模型
σ键
π键
3.苯的分子结构
①分子式：
C6H6
②结构简式：
或
③空间结构：
平面正六边形，所有的原子都在同一平面上。
b.邻二取代物没有同分异构体，只有一种结构。
如苯环为单键和双键的交替结构，则两者结构不同。
碳碳单键键长：1.54×10-10m
碳碳双键键长：1.34×10-10m
苯分子中碳碳键长都相等，为1.39×10-10 m
a.正六边形分子，六个碳碳键长相同。
苯分子中不是单键和双键交替的结构依据
苯的6个氢原子所处的化学环境完全相同
苯有可燃性，空气里燃烧产生浓重的黑烟，化学方程式为
4．苯的化学性质
苯的结构稳定，苯不与酸性KMnO4溶液、溴水反应。但苯可以萃取溴水中的溴。
（1）氧化反应：
在乙烯、乙炔、苯分子中，含碳的质量分数较甲烷等烷烃高，乙炔、苯分子中含碳的质量分数相同，均为92.3%，均比乙烯高。乙烯、乙炔、苯在空气中燃烧不完全，易产生黑烟，乙炔、苯的黑烟更浓。
难氧化
FeBr3作催化剂，苯环上氢原子被溴原子所取代
①卤代反应
溴苯
（2）取代反应
导管口有白雾产生——HBr溶于水；水底有油状液体——溴苯不溶于水，且密度比水大；锥形瓶中加入AgNO3溶液，有浅黄色沉淀产生——生成 的HBr与AgNO3反应，生成AgBr↓
注意：必须用液溴，不能用溴水。
易取代
纯净的溴苯是一种无色液体，有特殊气味，不溶于水，密度比水大。
说明：
1. 苯只与纯卤素反应。遇到溴水发生萃取分层，下层为水层，上层为橙红色的苯和溴的混合液
2. 必须有催化剂；反应中加入的催化剂是铁粉，实际起催化作用的是FeBr3
3. 苯与Br2只发生一元取代反应
4. 试剂的加入顺序为：先加苯，再加溴，最后加铁粉
5. 长导管的作用：
a、导气：因为苯和溴都易挥发
b、冷凝回流：该反应为放热反应
说明：
6. 产物的位置：
溴苯由于其沸点高不容易挥发，所以留在反应的原烧瓶内；
溴化氢由于其易挥发，挥发到锥形瓶中
7. 除杂：
纯净的溴苯是无色的液体，但因常含有溴而显褐色，为了除去其中的溴，可用NaOH溶液进行除杂。
将产物→蒸馏水→NaOH→蒸馏水→分液→无水CaCl2干燥→蒸馏→纯物质
硝基苯（具苦杏仁味，无色油状液体，难溶于水，密度比水大。）
+ HNO3 + H2O
浓硫酸
60℃
NO2
浓硫酸的作用：催化剂和脱水剂
②硝化反应：
在浓硫酸的作用下，苯在50~60℃时与浓硝酸发生硝化反应，生成硝基苯。
说明：
1. 试剂的加入顺序：先加浓硝酸，再加浓硫酸，等混合液冷却到50-60℃后，再加苯
2. 用水浴加热，控制温度在50-60℃，温度计放在水浴中。温度过高，苯挥发，硝酸分解。 水浴加热的优点：容易控制温度，受热均匀
3. 浓硫酸的作用：催化剂、吸水剂
5. 产物：纯净的硝基苯是无色、有苦杏仁味的液体，密度比水大，有毒，难溶于水；但实验室制得的硝基苯呈淡黄色，这是因为溶解了NO2的缘故
6. 除杂：将产物→蒸馏水→NaOH→蒸馏水→无水CaCl2→纯物质
4. 试管上方的长导管的作用是冷凝流、减少反应物的挥发。
③磺化反应：
+HO-SO3H
（苯磺酸）+H2O
注：苯磺酸易溶于水，为强酸。该反应可用于制备合成洗涤剂性
制备合成洗涤剂
苯与浓硫酸在70~80℃时可以发生磺化反应，生成苯磺酸。
工业制取环己烷的主要方法
+ 3H2
Ni
18MPa 180～250℃
（3）加成反应
C6H6+3Cl2 C6H6Cl6
（六氯环己烷）
能加成
在以Pt、Ni等作催化剂并加热的条件下，苯能与氢气发生加成反应，生成环己烷。
总体来说，苯的化学性质是“易取代，能加成，难氧化”
乙苯
邻二甲苯
间二甲苯
对二甲苯
同分异构体
二、苯的同系物
1.苯的同系物
甲苯
常见的苯的同系物及其部分物理性质
苯的同系物 名称 熔点/℃ 沸点/℃ 密度/(g·cm－3)
甲苯 －95 111 0.867
乙苯 －95 136 0.867
邻二甲苯 （1,2-二甲苯） －25 144 0.880
间二甲苯 （1,3-二甲苯） －48 139 0.864
对二甲苯 （1,4-二甲苯） 13 138 0.861
CH3
C2H5
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
2.物理性质
三种二甲苯的熔、沸点与密度
①熔点：对二甲苯＞邻二甲苯＞间二甲苯。
②沸点：邻二甲苯＞间二甲苯＞对二甲苯。
③密度：邻二甲苯＞间二甲苯＞对二甲苯。
①苯的同系物一般是具有类似苯的气味的无色液体，密度比水小，不溶于水，易溶于有机溶剂，本身作有机溶剂
②随碳原子数增多，熔沸点依次升高，密度依次增大；苯环上的支链越多，溶沸点越低
③同分异构体中，苯环上的侧链越短，侧链在苯环上分布越散，熔沸点越低
3.化学性质
与苯相似，都可发生取代（卤代、硝化、磺化）、加成、氧化反应。但由于苯环与烷基的相互影响，苯的同系物的化学性质与苯及烷烃相比又有所不同。
实验内容 实验现象 解释
（1）向两只分别盛有2 mL苯和甲苯的试管中各加入几滴溴水，静置
（2）将上述试管用力振荡，静置
都分层，溴水沉到液体底部， 上层为油状液体
两试管均出现分层，上层橙红色，
下层接近无色
甲苯与苯均不与溴水发生反应；苯和甲苯的密度比水小，溴水的密度大于苯和甲苯的密度
苯、甲苯与溴水均不能发生化学反应，溴易溶于苯和甲苯，苯、甲苯能够萃取溴
实验2-2：
实验内容 实验现象 解释
（3）向两只分别盛有2 mL苯和甲苯的试管中各加入酸性高锰酸钾溶液，静置
（4）将上述试管用力振荡，静置
苯不与酸性高锰酸钾反应；甲苯可以与酸性高锰酸钾反应
盛苯的试管出现分层，下层为紫色；盛甲苯的试管为溶液褪色
都分层，紫红色酸性KMnO4溶液沉到液体底部，上层为油状液体
甲苯与苯均不溶于水，密度均比水小，KMnO4溶液的密度大于苯和甲苯的密度
（1）氧化反应
①可燃
②可使酸性高锰酸钾溶液褪色，这是由于甲苯上的甲基被酸性KMnO4氧化的结果（侧链氧化）。
通过这个反应，可以说明：
苯环对侧链影响：苯环活化侧链，使侧链易于氧化。
结论：
苯的同系物中直接连在苯环上的烷基受苯环影响使得其易被氧化。
CH3
酸性高锰酸钾溶液
COOH
CH2—CH—CH3
CH3
CH2—CH2—CH3
H3C—C—CH3
CH3
H3C—C—CH2CH3
CH3
这些能使酸性高锰酸钾溶液褪色
这些不能使酸性高锰酸钾溶液褪色
思考：有什么内在规律？
苯的同系物中如果与苯环直接相连的碳原子上连有氢，该苯的同系物则可使酸性高锰酸钾溶液褪色，与苯环相连的烷基通常被氧化成羧基。无论R-的碳链有多长，氧化产物都是苯甲酸。
①卤代反应
取代烃基上的氢
特点：有机产物不唯一
都可能
光照：
（2）取代反应
苯环和侧链都能发生取代反应,但条件不同，取代的位置不同。
Fe作催化剂：
取代苯环上的氢
易取代甲基邻位、对位
特殊条件下：
一般条件下：
都可能
2,4,6-三硝基甲苯（又叫梯恩梯TNT）
甲苯与浓硝酸和浓硫酸的混合物在加热条件下可以发生取代反应，生成一硝基取代物、二硝基取代物和三硝基取代物，硝基取代的位置均以甲基的邻、对位为主。其中生成三硝基取代物的化学方程式如下：
淡黄色针状晶体，不溶于水。烈性炸药，应用于国防、采矿、筑路、水利建设等
＋3HO—NO2
CH3
浓硫酸
△
＋3H2O
CH3
NO2
NO2
NO2
②硝化反应
通过这个反应，可以说明：苯环的侧链影响了苯环：甲基活化了苯环的邻位和对位。产物以邻对位一取代为主。
(1)苯的同系物分子中，苯环与侧链相互影响，苯环影响侧链，使侧链烃基性质活泼而被氧化。苯的同系物被氧化时，不论它的侧链长短如何，氧化都发生在跟苯环直接相连的碳原子上。
(2)侧链对苯环的影响，使苯环上与甲基邻、对位上的氢原子变得活泼，甲苯与硝酸反应时，生成三硝基甲苯，而苯与硝酸反应只生成硝基苯。
小结：
在一定条件下甲苯与H2发生加成反应，生成甲基环己烷，化学反应方程式为
（3）加成反应
苯 甲苯
分子式 C6H6 C7H8
结构简式
结构相同点 都含有苯环 结构不同点 苯环上没有取代基 苯环上有—CH3取代基
分子间的关系 结构相似，分子组成相差1个CH2，互为同系物 物理性质相似点 无色液体，比水轻，不溶于水 化学性质 溴（CCl4） 不反应（三者互溶） 不反应（三者互溶）
溴水 不反应（萃取） 不反应（萃取）
KMnO4（H2SO4） 不反应 被氧化，溶液褪色
—CH3
三、 芳香烃的来源及其应用
（1）来源
（2）应用
煤焦油、石油的催化重整和裂化
合成炸药； 合成纤维； 合成塑料；
染料； 医药； 炸药；
有机原料……
萘
蒽
C10H8
C14H10
四、稠环芳香烃
【概念】由两个或两个以上的苯环共用相邻的2个碳原子而成的一类芳香烃，称为稠环芳香烃。
是一种无色片状晶体，
有特殊气味，
易升华，不溶于水。
是一种无色晶体，易升华，不溶于水，易溶于苯。
课堂小结
课堂检测
1．有关苯的结构和性质，下列说法正确的是(　 　)
A．苯分子中碳碳键是单键和双键交替排列的
B．易被酸性KMnO4溶液氧化
C．与溴水发生加成反应而使溴水褪色
D．苯分子中存在大π键，碳原子采取sp2杂化
解析：A项，苯分子中不存在C—C和C=C，而是介于C—C与C=C之间的特殊键；B、C项，苯与溴水、酸性KMnO4溶液不反应。
D
2．与链烃相比，苯的化学性质的主要特征是 (　 　)
A．难氧化、难取代、难加成
B．易氧化、易取代、易加成
C．难氧化、易取代、难加成
D．易氧化、易取代、难加成
C
解析：苯中的碳碳键比较特殊，是介于碳碳单键和碳碳双键之间的一种特殊的化学键，难氧化也难加成，但是在一定条件下易发生取代反应。
3.苯与甲苯相比较，下列叙述不正确的是(　 　)
A.都能在空气中燃烧产生浓重黑烟
B.苯不能使酸性KMnO4溶液褪色，甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色
C.都不能因反应而使溴水褪色
D.苯比甲苯更容易与硝酸反应
D
解析：甲苯中的苯环受到甲基的影响，使苯环上的氢原子活泼性增强,更容易被取代。
4．如图是两种烃的球棍模型，以下说法正确的是(　　)
甲　　　　　　乙
A．二者与Cl2不能反应
B．二者互为同分异构体
C．都不能使酸性高锰酸钾溶液褪色
D．都不能发生加成反应
解析：分子中均有烷基，在光照下能与Cl2发生取代反应，A项错误；二者分子式相同，结构不同，互为同分异构体，B项正确；它们的侧链都能被酸性高锰酸钾溶液氧化为羧基，使酸性高锰酸钾溶液褪色，C项错误；二者都能够与氢气发生加成反应，D项错误。
B
5．下列说法中，正确的是 (　 　)
A．芳香烃的分子通式是CnH2n－6(n≥6)
B．苯的同系物是分子中仅含有一个苯环的所有烃类化合物
C．在苯的同系物分子中存在大π键，每个碳原子均采取sp2杂化
D．苯和甲苯都能与卤素单质、浓硝酸等发生取代反应
解析：芳香烃是分子中含一个或多个苯环的烃类化合物，而苯的同系物指分子中仅含有一个苯环，苯环的侧链全部为烷基的烃类化合物，其分子通式为CnH2n－6(n≥7，且n为正整数)；苯和甲苯都能与卤素单质、浓硝酸等发生取代反应，在苯的同系物分子中烷基碳原子为sp3杂化。
D