化学必修二苯教学课件

高中化学必修二苯的结构与性质教学课件第一章苯的发现与历史背景苯的发现历程历史性的发现1825年，英国著名物理学家和化学家迈克尔·法拉第在研究煤气照明过程中，从煤气管道中的油性残渣里首次分离出了一种无色液体这种液体具有特殊的芳香气味，后来被命名为苯苯的名字源自乳香树脂（benzoin）一词，这体现了早期化学家对芳香化合物的命名传统法拉第当时并不知道这个发现将开启有机化学的新纪元苯的早期结构猜想年的突破1865-Kekulé1德国化学家奥古斯特凯库勒提出了著名的环状结构模型，认为·苯分子由六个碳原子形成环状结构，碳原子之间交替存在单键和双键结构争议时期2的模型虽然解释了苯的分子式，但无法完全解释苯KekuléC₆H₆的化学行为为什么苯不像烯烃那样容易发生加成反应？这成为实验挑战当时化学界的重大谜题3苯结构示意图Kekulé经典的结构Kekulé第二章苯的分子结构与稳定性现代化学理论为我们揭示了苯分子的真实面貌通过量子力学和分子轨道理论，我们能够准确理解苯的独特结构及其带来的异常稳定性苯的分子式与基本性质分子组成物理性质分子式无色透明液体•C₆H₆•分子量具有特殊芳香气味•78g/mol•六个碳原子，六个氢原子密度••

0.879g/cm³环状平面结构沸点••

80.1°C易燃，蒸气与空气能形成爆炸性混合物•杂化与电子云sp²π杂化轨道理论苯分子中的每个碳原子都采用杂化，形成三个等价的杂化轨道这些杂化轨道在同一sp²平面内，相互之间夹角为120°键合方式每个碳原子的三个杂化轨道分别与相邻的两个碳原子和一个氢原子形成键•sp²σ每个碳原子剩余的一个轨道垂直于分子平面•p六个轨道侧向重叠形成离域的电子云•pπ共振结构与电子离域苯分子的真实结构不能用单一的结构式准确描述，需要用共振理论来解释其独特性质Lewis共振结构共振结构真实结构I II结构式之一，双键位于；；结构式之二，双键位于；；两个共振式的平均，电子完全离域分布Kekulé1,2-3,4-Kekulé2,3-4,5-π位置位置5,6-6,1-共振稳定化电子离域使苯分子获得额外的稳定性，这种稳定化能被称为共振能或离域能，约为150kJ/mol苯键长与键能证据实验证据支持

0.139208键长氢化反应热nm kJ/mol所有键长度相等，介于单键实际放热比理论预期值低C-C150和双键之间，证明苯环稳定性

0.154nm

0.134nm kJ/mol苯环中所有键长完全相等C-C苯环电子云分布苯分子中的电子不是局限在特定的碳碳键之间，而是在整个环状结构上方和下方π形成连续的电子云，这种离域分布是苯分子稳定性的根本原因第三章苯的命名与衍生物苯作为母体化合物，通过取代反应可以形成数量庞大的衍生物家族掌握苯衍生物的命名规则对于理解有机化学至关重要苯的命名规则010203单取代苯化合物二取代苯化合物多取代苯化合物当苯环上只有一个取代基时，直接在苯前面加上当苯环上有两个取代基时，需要用位置编号来表三个或更多取代基时，按照编号最小原则给碳原取代基的名称例如甲苯甲基苯、氯苯、溴示子编号，确保取代基位置编号之和最小苯、硝基苯等邻位两个取代基相邻1,2-间位两个取代基间隔一个碳原子1,3-对位两个取代基相对1,4-常见苯衍生物举例苯酚₆₅苯甲酸₆₅苯乙烯₆₅₂苯胺₆₅₂C HOH C H COOHC HCH=CHCHNH苯环连接羟基，重要的化工原料，苯环连接羧基，常用作食品防腐苯环连接乙烯基，聚苯乙烯塑料的苯环连接氨基，重要的有机化工原用于制造塑料、染料和药物剂，也是重要的有机合成中间体单体，广泛用于制造包装材料料，用于制造染料、药物和橡胶苯的常见衍生物结构图从左到右甲苯、苯酚、苯胺、苯甲酸、苯乙烯等重要苯衍生物的分子结构第四章苯的制备方法苯的制备方法分为工业生产和实验室制备两大类工业上主要从石油中获得，而实验室制备则采用多种有机合成方法工业制备方法催化重整法甲苯脱氢法原理将石油馏分中的脂肪烃在高温500-600°C和催化剂Pt-反应C₆H₅CH₃→C₆H₆+H₂作用下转化为芳烃Re/Al₂O₃条件高温，铬系或钼系催化剂600-700°C优点原料丰富，产量大，是目前最主要的苯制备方法特点副产氢气，反应可逆，需要及时移除氢气产率可达到的芳烃收率60-70%实验室制备方法苯酚脱羧反应反应原理C₆H₅OH+NaOH→C₆H₅ONa+H₂OC₆H₅ONa+NaOH→C₆H₆+Na₂CO₃反应条件氢氧化钠存在下，加热至300-400°C其他合成路线苯甲酸脱羧需要石灰和氢氧化钠共同作用•试剂水解苯基溴化镁与水反应•Grignard反应的逆反应•Friedel-Crafts第五章苯的化学性质苯的化学性质主要表现为芳香性带来的独特反应活性与烯烃不同，苯不易发生加成反应，而是优先进行取代反应苯的反应特点异常的稳定性取代反应为主反应条件苛刻由于共振稳定化，苯分子具有比预期更高苯的主要化学反应是亲电取代反应在这由于苯的稳定性，大多数反应都需要在催的稳定性在一般条件下，苯不会像烯烃类反应中，苯环上的氢原子被其他原子或化剂存在和较高温度下进行这与脂肪族那样容易发生加成反应，这种稳定性被称基团替代，但芳香环结构保持不变，从而化合物的反应条件形成鲜明对比为芳香性维持了分子的稳定性亲电取代反应类型卤化反应硝化反应C₆H₆+X₂→C₆H₅X+HXC₆H₆+HNO₃→C₆H₅NO₂+H₂O催化剂FeX₃或AlX₃催化剂浓硫酸磺化反应C₆H₆+H₂SO₄→C₆H₅SO₃H+H₂O条件发烟硫酸酰基化反应烷基化反应C₆H₆+RCOCl→C₆H₅COR+HCl催化剂AlCl₃C₆H₆+RX→C₆H₅R+HX催化剂AlCl₃Friedel-Crafts反应机理简述苯的亲电取代反应遵循统一的机理模式，体现了芳香性化合物的反应特点第三步失去质子第二步亲电攻击复合物失去质子，恢复芳香性，得到最终σ第一步亲电试剂的生成亲电试剂攻击苯环富电子的电子云，形成的取代产物这一步是推动反应进行的关键π在催化剂作用下，反应物转化为带正电荷的带正电荷的中间体（复合物或苯鎓离子）σ亲电试剂例如Br₂+FeBr₃→Br⁺+FeBr₄⁻苯的亲电取代反应机理示意图关键概念复合物是反应的决速步骤产物，它的稳定性决定了反应的难易程度芳香性σ的恢复是反应的强大推动力取代基的方向效应邻对定位基团间位定位基团电子给体基团电子吸引基团氧原子给出电子对强烈吸电子基团-OH,-OR-NO₂氮原子给出电子对羰基吸电子-NH₂,-NR₂-COOH,-COR超共轭效应给电子三键吸电子效应-CH₃,-R-CN磺酸基吸电子-SO₃H机理这些基团能够稳定邻、对位的复合物，使反应更容易在这些位置σ发生机理这些基团使邻、对位电子密度降低，间位复合物相对稳定σ第六章苯的应用与环境影响苯作为最重要的芳香烃，在现代化学工业中具有举足轻重的地位，但同时其毒性也需要引起重视苯的工业应用塑料工业合成纤维苯是合成聚苯乙烯、塑料等重要塑料的原料聚苯乙烯广泛用于包装通过苯可以合成尼龙等合成纤维的原料苯经过硝化、还原等反应制得苯ABS材料、保温材料和一次性餐具的制造胺，进而合成各种纤维单体染料工业医药工业苯及其衍生物是合成偶氮染料、蒽醌染料等各类染料的重要中间体，在纺许多重要药物的合成都以苯为起始原料，如阿司匹林、磺胺类药物等苯织、印刷等行业应用广泛衍生物在医药领域具有重要价值苯的毒性与环境问题健康危害警示致癌性苯被世界卫生组织列为一类致癌物，长期接触可能导致白血病和其他血液系统疾病123急性中毒慢性中毒环境污染短期大量接触苯蒸气可引起中枢神经系统抑长期低浓度接触苯可影响造血系统，导致再苯在环境中难以降解，可通过大气、水体和制，出现头晕、头痛、恶心、呕吐等症状，生障碍性贫血、白血病等血液系统疾病特土壤传播工业排放和汽车尾气是主要污染严重时可导致昏迷别是对骨髓造血功能的损害源，需要严格监控和治理苯分子与环境污染示意图苯在环境中的传播途径工业排放→大气扩散→水体污染→土壤contamination→生物富集课堂小结结构决定性质理论与实践结合应用与安全并重苯的独特环状结构和电子离域是其稳定性从的经典结构到现代分子轨道理苯在工业上的广泛应用与其潜在的健康危害πKekulé的根本原因，决定了苯以取代反应为主的化论，体现了化学科学理论发展对实践的指导提醒我们，化学发展必须平衡效益与安全学行为意义理解苯的结构与性质，不仅是掌握有机化学的关键，更是认识整个芳香化合物家族的基础苯的学习为后续学习复杂的有机反应机理和合成策略奠定了坚实基础谢谢观看！欢迎提问与讨论通过深入理解苯的结构与性质，我们为进一步学习有机化学打下了坚实的基础期待与大家一起探讨更多化学奥秘！。