当前课程知识点：有机化学 > 6 芳烃 > 6.1 苯的结构和芳烃命名 > Video
同学们 大家好
今天我们来学习苯的结构和芳烃的命名
首先来学习苯的结构
1825年法拉第从煤焦油里边首先发现了苯
1834年确定了苯的分子式为C6H6
从分子式可以看出来
苯是高度不饱和的
那苯的结构究竟是什么样的呢
1865年凯库勒提出来了苯的结构
凯库勒认为苯是一个单双键交替的六元环
但是凯库勒结构和事实有矛盾的地方
例如邻二取代苯的个数
按照凯库勒结构苯的邻位二取代物应该有两种
一种是两个取代基在双键的两端
另一种是两个取代基在单键的两端
事实上苯的邻位二取代物只有一种
第二个矛盾的地方就是苯的氢化热
环己烯与氢生成环己烷
它的氢化热是119千焦/摩尔
按照凯库勒的结构
里边有三个双键
它与氢生成环己烷的氢化热应该是环己烯的三倍
357千焦/摩尔
事实上 苯的氢化热只有206千焦/摩尔
很明显
苯的氢化热要比凯库勒结构的氢化热低的多
也就说明
真实的苯能量与凯库勒结构能量低得多
那么苯的真实结构究竟是什么样的呢
X衍射已经证实了苯是一个正六边形的结构
在苯环中六根碳碳键键长是完全相同的
都是0.139纳米
这个碳碳键键长介于单键0.154纳米和双键0.134纳米之间
除此之外
苯环中的键角都是120度
苯的正六边形结构是怎么形成的呢
价键理论认为
苯环中的碳发生了sp2杂化
杂化过程是这样的
在基态的碳原子中
2s轨道里面有一对电子
2p轨道里有两个单电子
2s轨道和2p轨道能量相近
因此2s轨道的电子吸收一定的能量跃迁到p轨道
形成四个单电子
其中2s轨道和两个2p轨道发生sp2杂化
形成三个sp2杂化轨道
另外还有一个没有参与杂化的p轨道
三个sp2杂化轨道和没有杂化的p轨道
在空间的位置关系如图
图中三个银色的代表sp2杂化轨道
三个sp2杂化轨道呈正三角形分布
没有杂化的p轨道
也就是图中绿色的部分
与sp2杂化轨道相垂直
苯环中六个碳都采用sp2杂化
碳与碳通过sp2和sp2轨道重叠
形成σ键
与氢通过sp2轨道和s轨道形成碳氢键
除此之外
每个碳还有一个没有参与杂化的p轨道
它们彼此平行
就相互重叠
形成一个闭合的大π键
因此构成了苯环的正六边形结构
苯的平面分子结构
我们可以用图中a来表示
而没有参与杂化的p轨道
与分子平面之间的关系可以用图中b来表示
分子中p轨道彼此平行重叠形成大π键
π电子云分布在分子平面的上方和下方
π电子云和分子平面的关系可以用图c来表示
既然苯环是一个闭合的共轭体系
那它的真实结构就需要用共振式来表示
苯的共振式通常用这几个极限式来表示
其中
前两个极限式能量相等
属于等价共振
对苯的真实结构贡献大
因此
苯的共振式通常由前两个极限式来表示
也因此苯的构造式通常用凯库勒式来表示
除此之外 还可以用另外一种方式表示
正六边形中有一个大环
这个大环可以形象地表示出来闭合的大π键
以上是关于苯的结构
通过学习我们知道了
苯的正六边形结构是通过碳的sp2杂化形成的
下面我们来学习芳烃及其衍生物的命名
在芳烃及其衍生物的命名里边
有几种情况下面逐一来学习
第一种情况苯作母体
当苯环上只连简单的烷基 卤素 硝基时
苯作母体 其它作为取代基
例如 一取代的苯
命名时就是取代基的名称加一个苯字
例如这个就叫甲基苯
基字可以省略
这个呢叫氯苯
这个叫硝基苯
这个苯环上连的是仲丁基 所以叫仲丁基苯
当苯环上连有两个取代基或多个取代基时
我们需要对苯环的碳原子进行编号
编号时是使与最小取代基相连的环碳为1号
然后是其它的取代基位于较小的位置上
例如
这个化合物
那么我们让与甲基相连的碳为1号碳
让另外一个甲基位于较小的位置上
那就只能逆时针来编号
这个化合物的名称就是1,2-二甲苯
那这个呢
这个化合物的名称就是1,2-二甲苯
那这个呢
同样的就属于1,3-二甲苯
这个呢
它的名称就是1,4-二甲苯
这三个化合物实际上就是苯的二取代物的三种异构体
1,2-二甲苯两个取代基相邻
所以又称为邻二甲苯
邻通常用小写的o来表示
所以邻二甲苯又叫o-二甲苯
1,3-二甲苯两个甲基中间隔了一个碳
因此又可以叫间二甲苯
间又可以用m来表示
所以又可以叫作m-二甲苯
1,4-二甲苯 两个甲基处于苯环相对的位置
所以又叫对二甲苯
对呢 可以用小写的p来表示
所以对二甲苯又称为p-二甲苯
这个化合物该怎么来命名呢
连的一个是甲基 一个是氯
那我们编号的时候
要让与小基团 也就是甲基相连的碳为1号碳
然后让其它的取代基位置之和最小
因此 这个化合物的名称就是1-甲基-3-氯苯
再看其它的例子
这是三取代的
那么根据我们的命名规律
这个呢就属于1,2,3-三甲苯
这个名称是1,2,4-三甲苯
这个名称是1,3,5-三甲苯
在这三个异构体中
1,2,3-三甲苯 三个取代基是相邻的
所以又称为连三甲苯
1,3,5-三甲苯中甲基是均匀的分布在苯环上
因此叫作均三甲苯
1,2,4-三甲苯相对均三甲苯
因此叫作均三甲苯
1,2,4-三甲苯相对均三甲苯
把它叫作偏三甲苯
这个化合物该怎么命名呢
最小的取代基是乙基
因此与乙基相邻的碳为1号碳
让其它的取代基位于较小的位置上
如这样来编号
那这个化合物的名称就叫作1-乙基-4-硝基-2-氯苯
第二种情况是苯作取代基
当苯环上连有复杂的烷基或侧链有官能团时
苯环作为取代基
芳烃失去一个氢之后剩下的基团叫作芳基
通常用Ar表示
常见的芳基有苯基和苄基
苯失去一个氢 剩余的基团叫苯基
通常用ph-或C6H5-来表示
甲苯失去甲基中的氢之后剩余的基团
叫作苯甲基
通常呢称作苄基
可以用phCH2-或Bz-来表示
下面来看一些命名的例子
例如这个苯环上连的侧链是烷基
那这个烷基比较复杂
这个时候苯作取代基 看作烷烃的命名
那这是烷烃的主链有五个碳
因此这个化合物的名称就是
2-甲基-3-苯基戊烷
再例如这个化合物
侧链上有官能团碳碳双键
此时苯作为取代基
可以看作是乙烯中的氢被苯取代
所以名称是苯乙烯
类似的
这个可以看作是甲酸中的氢被苯取代
类似的
这个可以看作是甲酸中的氢被苯取代
因此 它的名称是苯甲酸
这个化合物有特定的名称
羟基直接与苯环相连叫作苯酚
第三种情况
苯和一个官能团共同作母体
当苯环上有多个官能团
以苯和排在前面的官能团共同作母体
其它基团作取代基
以苯和排在前面的官能团共同作母体
其它基团作取代基
为了方便多官能团化合物的命名
我们人为的把官能团排了先后顺序
官能团的先后顺序如图所示
例如这个化合物
苯环上有羧基和氨基
按照官能团的先后顺序
羧基排在氨基的前面
所以羧基和苯环共同作为母体
氨基作为取代基
那么与羧基相连的碳就是1号碳
因此这个化合物的名称就是4-氨基苯甲酸
又叫作对氨基苯甲酸
再例如这个化合物
苯环上连的是磺酸基和硝基
磺酸基排在硝基前面
所以磺酸基和苯环共同作母体
硝基作为取代基
与磺酸基相连的碳是1号碳
因此
它的名称是4-硝基苯磺酸
又叫作对硝基苯磺酸
那么这个化合物如何来命名呢
羟基排在甲基和硝基之前
因此羟基和苯环作为母体
甲基和硝基作为取代基
所以它的名称是2-甲基-4-硝基苯酚
第四种情况是多环芳烃
多环芳烃的命名一般以侧链为母体
苯作取代基
例如
这个化合物
可以看作是甲烷上的氢被三个苯取代
所以它的名称叫三苯甲烷
第五种情况是稠环芳烃
稠环芳烃一般都有特定的名称
比如第一个就叫作萘
第二个叫作蒽
第三个叫作菲
第四个叫作芘
以上是关于芳烃及其衍生物的命名
关于苯的结构和芳烃的命名
今天就讲到这
再见
-1.1 有机化合物与有机化学
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-2.1 碳原子轨道的杂化
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-2.1 碳原子轨道的杂化--作业
-2.2 烷烃的同分异构
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-2.2 烷烃的同分异构--作业
-2.3 烷烃的构象
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-2.3 烷烃的构象--作业
-2.4 烷烃的系统命名
--Video
-2.4 烷烃的系统命名--作业
-2.5 烷烃的卤化
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-2.5 烷烃的卤化--作业
-3.1 烯烃的结构（sp2杂化）
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-3.1 烯烃的结构（sp2杂化）--作业
-3.2 烯烃的异构与命名
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-3.2 烯烃的异构与命名--作业
-3.3 烯烃与溴的加成反应 （含机理）
--Video
-3.3 烯烃与溴的加成反应 （含机理）--作业
-3.4 烯烃与卤化氢的加成反应（含马氏与反马机理）
--Video
-3.4 烯烃与卤化氢的加成反应（含马氏与反马机理）--作业
-3.5 烯烃的氧化与还原
--Video
-3.5 烯烃的氧化与还原--作业
-4.1 炔烃的结构（sp杂化）
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-4.2 炔烃的加成反应（亲电与亲核）
--Video
-4.3 炔烃的还原与氧化
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-4.4 端基炔的化学反应
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-4.5 共轭二烯烃的特性
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-4.6 共轭效应
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-4.7 共振论及其应用
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-5.1 脂环烃的分类与命名
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-5.1 脂环烃的分类与命名--作业
-5.2 环烷烃的化学反应
--Video
-5.2 环烷烃的化学反应--作业
-5.3 脂环烃的结构与稳定性
--Video
-5.3 脂环烃的结构与稳定性--作业
-5.4 环己烷的构象
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-5.4 环己烷的构象--作业
-5.5 取代环己烷的构象
--Video
-5.5 取代环己烷的构象--作业
-6.1 苯的结构和芳烃命名
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-6.1 苯的结构和芳烃命名--作业
-6.2 苯环上的亲电取代反应
--Video
-6.2 苯环上的亲电取代反应--作业
-6.3 苯环上亲电取代反应机理
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-6.3 苯环上亲电取代反应机理--作业
-6.4 烷基苯侧链上的反应
--Video
-6.4 烷基苯侧链上的反应--作业
-6.5 取代基的定位效应
--Video
-6.5 取代基的定位效应--作业
-6.6 定位效应的解释
--Video
-6.6 定位效应的解释--作业
-6.7 定位效应的应用
--Video
-6.7 定位效应的应用--作业
-6.8 稠环芳烃的结构和化学反应
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-6.8 稠环芳烃的结构和化学反应--作业
-6.9 休克尔规则和非苯芳香体系
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-7.1 同分异构体的分类
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-7.2 分子的对称因素与手性
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-7.3 旋光性与比旋光度
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-7.4 对映异构体的书写方法与构型标记
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-8.1 卤代烃的结构与化学性质
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-8.2 亲核取代反应机理（SN1和SN2）
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-8.3 影响亲核取代反应的因素
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-8.4 消去反应机理（E1和E2）
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-8.5 影响消去反应的因素
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-8.6 格氏试剂的制备与应用
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-9.1 醇的取代反应
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-9.1 醇的取代反应--作业
-9.2 醇的消去反应
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-9.2 醇的消去反应--作业
-9.3 醇的氧化反应
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-9.3 醇的氧化反应--作业
-9.4 酚的化学反应
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-9.4 酚的化学反应--作业
-9.5 醚的化学反应
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-9.5 醚的化学反应--作业
-10.1 HCN与醛酮的反应
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-10.1 HCN与醛酮的反应--作业
-10.2 半缩醛和缩醛
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-10.2 半缩醛和缩醛--作业
-10.3 氨的衍生物与醛酮的反应
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-10.3 氨的衍生物与醛酮的反应--作业
-10.4 NaHSO3与醛酮的反应
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-10.4 NaHSO3与醛酮的反应--作业
-10.5 Grignard与醛酮的反应
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-10.5 Grignard与醛酮的反应--作业
-10.6 羟醛缩合反应
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-10.6 羟醛缩合反应--作业
-10.7 碘仿反应
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-10.7 碘仿反应--作业
-10.8 醛酮的氧化与还原
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-10.8 醛酮的氧化与还原--作业
-11.1 羧酸的酸性（结构对酸性的影响）
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-11.1 羧酸的酸性（结构对酸性的影响）--作业
-11.2 羧酸衍生物的生成
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-11.2 羧酸衍生物的生成--作业
-11.3 羧酸的氧化与还原
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-11.3 羧酸的氧化与还原--作业
-11.4 脱羧反应
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-11.4 脱羧反应--作业
-11.5 Claisen酯缩合反应
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-11.5 Claisen酯缩合反应--作业
-11.6 酯的亲核加成消除反应 （酯的水解）
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-11.6 酯的亲核加成消除反应 （酯的水解）--作业
-11.7 丙二酸二乙酯的结构与性质
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-11.7 丙二酸二乙酯的结构与性质--作业
-12.1 羟基酸的脱水反应
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-12.1 羟基酸的脱水反应--作业
-12.2 a-羟基酸的分解反应
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-12.2 a-羟基酸的分解反应--作业
-12.3 羰基酸的脱羧反应
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-12.3 羰基酸的脱羧反应--作业
-12.4 β-二羰基化合物酮式和烯醇式的互变异构
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-12.4 β-二羰基化合物酮式和烯醇式的互变异构--作业
-12.5 β-二羰基化合物的烃化和酰化反应
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-12.5 β-二羰基化合物的烃化和酰化反应--作业
-13.1 胺的碱性
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-13.2 Hinsberg反应
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-13.3 胺与亚硝酸的反应
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-13.4 季铵碱的霍夫曼（Hoffmann）消除
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-13.5 重氮盐的合成与化学性质
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-13.6 芳基重氮盐的偶合反应
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-14.1 五元芳杂环化合物结构与化学性质
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-14.1 五元芳杂环化合物结构与化学性质--作业
-14.2 六元杂环化合物的结构与化学性质
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-14.2 六元杂环化合物的结构与化学性质--作业
-考试题--作业
