第三节 芳香烃
第二课时 苯的同糸物
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
下列物质中属于苯的同系物的是?
总结:苯的同系物的结构特点是分子中含有一个苯环,且支链为烷基
思考与讨论
常见的苯的同系物及其部分物理性质
{21E4AEA4-8DFA-4A89-87EB-49C32662AFE0}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。
{C4B1156A-380E-4F78-BDF5-A606A8083BF9}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
{C4B1156A-380E-4F78-BDF5-A606A8083BF9}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。
归纳总结
(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。
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
{69CF1AB2-1976-4502-BF36-3FF5EA218861}
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
提示:(1)物理性质
①相似点:无色液体,易挥发,有特殊气味,密度比水小,难溶于水,易溶于有机溶剂。
②不同点:苯的熔点比甲苯的高,而沸点比甲苯的低。
(2)化学性质
①相似点:能取代和加成。
②不同点:甲苯取代比苯更容易,甲苯能发生氧化反应,使酸性KMnO4溶液褪色。
(1)相同点
苯与苯的同系物的异同点
(2)不同点
①苯的同系物中苯环和侧链的相互影响
②苯的同系物的两种取代——以甲苯为例:
各类烃的性质比较
各类烃与常见试剂反应的比较:
烃
溴单质
溴水
溴的四氯
化碳溶液
酸性高锰
酸钾溶液
烷烃
与溴蒸气在光照条件下发生取代反应
不反应,液态烷烃与溴水可以发生萃取从而使溴水褪色
不反应,互溶不褪色
不反应
烯烃
加成
加成褪色
加成褪色
氧化褪色
炔烃
加成
加成褪色
加成褪色
氧化褪色
烃
溴单质
溴水
溴的四氯
化碳溶液
酸性高锰
酸钾溶液
苯
一般不反应,催化条件下可取代
不反应,发生萃取而使溴水褪色
不反应,互溶不褪色
不反应
苯的
同系物
一般不反应,光照条件下发生侧链上的取代,催化条件下发生苯环上的取代
不反应,发生萃取而使溴水褪色
不反应,互溶不褪色
氧化褪色
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。
芳香族化合物、芳香烃、苯的同系物的关系图解
(1)标准状况下,22.4 L苯中含有3NA个碳碳双键(用NA表示阿伏加德罗常数的值)。
( )
提示:标准状况下,苯不是气态,且苯分子不含碳碳双键。
(2)苯的邻、间、对位二元取代物都只有一种,均能证明苯分子中不存在单、双键交替结构。( )
提示:苯的邻位二元取代物只有一种才能说明苯分子中的碳碳键不是单、双键交替。
(3)符合CnH2n-6(n≥6)通式的有机物一定是苯及其同系物。 ( )
提示:符合CnH2n-6(n≥6)通式的有机化合物分子中可能含有多个碳碳双键或碳碳三键,如CH≡C—CH2—C≡C—CH3。
1.判断正误(对的在括号内打“√”,错的在括号内打“×”。)
×
×
×
(4)含有一个苯环的烃一定属于苯的同系物。( )
提示:含有一个苯环且侧链为烷基的烃属于苯的同系物。
(5)甲苯中所有的原子在同一平面上。( )
提示:甲苯分子的甲基中至少有2个氢原子与其他原子不在同一平面上。
(6)乙苯的一氯代物有3种。( )
提示:乙苯的一氯代物有5种,氯原子取代位置如图: 。
(7)等物质的量的苯、甲苯与足量H2加成时,消耗H2量相同。( )
提示:苯、甲苯与H2加成时,都是苯环发生反应。
(8)甲苯与溴水在加入FeBr3的条件下发生取代反应。( )
提示:甲苯与液溴在加入FeBr3的条件下发生取代反应。
×
×
×
×
√
2.下列物质中属于苯的同系物的是( )
解析:苯的同系物的结构特点是分子中含有一个苯环,且支链为烷基,D符合。
D
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
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。
D
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.某烃的分子式为C10H14,不能使溴水褪色,但可使酸性KMnO4溶液褪色,且可以被酸性KMnO4溶液氧化生成苯甲酸,则此烃的结构共有 ( ) A.2种 B.5种 C.4种 D.3种
D
解析:该烃不能使溴水褪色,但可使酸性KMnO4溶液褪色,且可以被酸性KMnO4溶液氧化生成苯甲酸,分子式C10H14符合苯的同系物的通式,所以该烃为苯的同系物,苯环上有1个侧链,且与苯环直接相连的碳原子上至少有1个H原子,这样的侧链有3种,简单表示其碳骨架结构如下:
,D正确。
6.下列有机物的系统命名正确的是( )
解析:A项,主链选错,应为2?甲基丁烷;B项,邻二甲苯为习惯命名法;D项,命名应为2?甲基?1?丙烯。
C
7.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
8.有下列物质:
(1)属于芳香烃的是___________。 (2)属于苯的同系物的是______。 (3)⑥的一氯代物有_____种。 (4)①的硝化反应生成TNT的
化学方程式为
①②⑤⑥
①⑥
5
9.有4种无色液态物质:己烯、己烷、苯和甲苯。按下列要求填空:
(1)不能与溴水或酸性KMnO4溶液反应,但在FeBr3作用下能与液溴反应的是 ,生成的有机物名称是 ,反应的化学方程式为 ,此反应属于 反应。?
(2)不能与溴水和酸性KMnO4溶液反应的是 。?
(3)能与溴水和酸性KMnO4溶液反应的是 。?
(4)不与溴水反应但能与酸性KMnO4溶液反应的是 。?
苯
溴苯
取代
苯、己烷
己烯
甲苯
解析:己烯、己烷、苯、甲苯4种物质中,既能和溴水反应,又能和酸性KMnO4溶液反应的只有己烯,均不能与二者反应的为己烷和苯。不能与溴水反应但能被酸性KMnO4溶液氧化的是甲苯。苯在FeBr3的催化作用下与液溴发生取代反应生成溴苯。