当前课程知识点:简明有机化学(先修课) > 第四章 芳香烃 > 4.2 苯的结构及其物理性质 > 苯的结构和苯及其同系物的物理性质
好的,下面我们来介绍一下苯的结构
苯的分子式我们在中学已经学过了,C6H6
从它的分子式我们知道它是高度的不饱和的化合物
然而这个化合物非常稳定
这个结构在有机化学发展初期困扰了化学家很长时间
从苯的发现到它结构的确立经历了40多年
苯的结构发现过程中最有名的是凯库勒,一位德国有机化学家
他提出了苯的六元环结构
他提出苯的六个碳首尾相连形成六元环
单键和双键交替连接
每个碳还连有一个氢原子
这是他最开始提出的结构
他提出这个结构也是一个有趣的过程
他当时对苯的结构日思夜想,最后做了一个梦
在梦中碳链就像一条小蛇在飞舞,突然蛇头咬住蛇尾
他灵机一动,苏醒过来就画出了苯的结构
凯库勒对于苯的结构的确立也是对芳香烃的发展起了极大地作用
人们为了纪念他,在1966年比利时发行了一枚邮票纪念凯库勒70周年
在邮票中,凯库勒肖像外面围绕了个六元环苯环的结构,就是他提出的凯库勒式
凯库勒结构在一定程度上反映了苯的结构,反映了客观事实
比如它能解释苯的一取代物只有一种
同时也能解释将苯氢化后就变为环己烷
这些现象和他提出的凯库勒式符合
但是还是存在一些局限性
比方说它难以解释下列现象
既然苯是双键和三键交替相连,如果它是邻二取代物的话,应有两种取代产物
大家看这两种产物实际上是不一样的
两个原子连的碳,一个是碳-碳双键,一个是碳-碳单键
事实上只有一种,人们没有发现有两种邻二取代产物
这是跟凯库勒式矛盾之一
还有一种,凯库勒式提出的结构有三个双键
根据双键的性质,我们在烯烃里也学过,它容易和一些亲电试剂发生亲电加成
比如和溴发生加成反应
但是人们发现苯异常的稳定,和溴不发生反应
所以这些现象在一定程度上反映了凯库勒式并不是苯真实的结构
那么什么是苯真实的结构呢
随着现代物理学的发展以及光谱学,仪器分析,尤其是X射线衍射的发展
人们慢慢确定了苯环的真实结构
那么苯的真实的结构是什么呢
它所有的原子都在同一平面,6个碳原子形成正六边形
这个和凯库勒式非常相似但有所不同
因为根据凯库勒式它不会形成正六边形
它单双键长度并不相等,是一个不对称的六边形
我们现代物理学手段证明它是正六边形
键角120度,碳碳键都是等长的,都是139pm,这个和凯库勒式也有矛盾
凯库勒式键长是不相等的
那么这是现代物理学得出的结论
从这个结构大家可以看出来,苯环是个非常对称的结构
那么它的成键类型到底是怎么样的呢
其实它碳原子都是sp2杂化
sp2杂化具有三个sp2杂化轨道,这三个sp2轨道分别与邻位的碳形成两个碳碳δ键
还有一个和H形成C-H的δ键
由于首尾相连,正好形成六边形的骨架
那么除了sp2杂化轨道,它实际上还有一个p轨道
每个P轨道都垂直于苯环的平面,彼此之间平行
这个平行的局面就会使它形成闭合的π-π共轭体系
π电子高度离域,电子云密度完全平均化
环上没有单双键的区别,形成非常稳定的体系
这也进一步解释了为什么碳碳键等长,同时解释了苯环是正六边形结构
这个P轨道形成大π键,分布在苯环上下,就像汉堡包的结构
苯环的结构我们不再以单双键交替的形式书写
六边形中间画个圆形,表示大π键
但是由于历史的原因,我们依然沿袭凯库勒式,写成单双键的结构
如图是我们通过现代的扫描隧道显微镜拍摄到的苯分子的照片
从照片中我们可以看出来,六边形周围围了6个氢原子,这也是正六边形结构
这也确实符合我们刚才的解释
熟悉了苯的结构,我们稍微了解一下苯的物理性质
苯及其同系物都是一种典型的有机物,一般为液体,不溶于水,是良好的有机溶剂
因为我们知道它特别的稳定,不容易和其他物质发生反应
所以可以作为溶剂使用
同时苯具有特殊的气味,它的蒸气会有毒,特别是高浓度的苯蒸气
它会作用于人体的中枢神经,引起急性中毒
低浓度的苯蒸气长期接触也会损害我们的造血器官
所以我们在使用苯的过程中一定要谨防苯中毒,做好安全防护
不同于苯,甲苯的毒性相对较小
因为甲基取代在苯环上,对苯环起到一定的活化作用
所以它就变得容易氧化,甲苯吸收到人的体内会发生一些氧化过程
最终转化为苯甲酸,变成一个无毒的物质
所以在很多情况下,如果能用甲苯代替苯作为溶剂,我们优先使用甲苯
关于结构和物理性质我们就讲到这里
-1.1 有机化合物和有机化学
-1.1 有机化合物和有机化学
-1.2 有机化合物的特点及与其它学科的关系
-1.2 有机化合物的特点及与其它学科的关系
-1.3 有机化合物的结构
--2. 碳的杂化
-1.3 有机化合物的结构
-1.4 有机化合物的分类,有机反应类型及条件
--绪论
-1.4 有机化合物的分类,有机反应类型及条件
-1.5 酸碱的概念以及有机化合物结构的确定
-1.5 酸碱的概念以及有机化合物结构的确定--作业
-本章习题
--本章习题--作业
--第一章绪论
--第一章绪论
-2.1 烷烃的命名
-2.1 烷烃的命名--作业
-2.2 烷烃的结构和构象异构
-2.2 烷烃的结构和构象异构--作业
-2.3 烷烃的物理性质
--烷烃的物理性质
-2.3 烷烃的物理性质--作业
-2.4 烷烃的化学性质
--1. 烷烃的稳定性、氧化反应和燃烧、裂化反应、卤代方应及机理
-2.4 烷烃的化学性质--作业
-2.5 环烷烃的分类和命名
-2.5 环烷烃的分类和命名--作业
-2.6 环烷烃的顺反异构和构象异构
-2.6 环烷烃的顺反异构和构象异构--作业
-2.7 环烷烃的化学性质
--环烷烃的化学性质
-2.7 环烷烃的化学性质--作业
-本章习题
--本章习题--作业
-3.1 烯烃的结构和命名、烯烃的顺反异构和构型标记
-3.2 烯烃的亲电加成反应
-3.3 诱导效应和共轭效应
--1. 诱导效应
--2. 共轭效应
-3.4 自由基加成反应、硼氢化-氧化反应和烯烃的氧化反应
-3.5 共轭二烯烃的结构及反应
--2. 共振轮
-3.6 烯烃复分解反应简介
-3.7 炔烃的结构和命名
--炔烃的结构及命名
-3.8 炔烃的亲电加成反应和氧化反应
-基本操作演示
--基本操作
-4.1 芳香烃的分类及命名
-4.1 芳香烃的分类及命名--作业
-4.2 苯的结构及其物理性质
-4.2 苯的结构及其物理性质--作业
-4.3 苯的亲电取代反应
--2. 苯的傅-克反应、布兰克氯甲基化反应及加特曼-科赫反应
-4.3 苯的亲电取代反应--作业
-4.4 苯环上亲电取代反应的定位效应
--2. 二取代苯的定位效应及定位效应的应用、苯环侧链的取代及氧化反应
-4.4 苯环上亲电取代反应的定位效应--作业
-4.5 稠环芳香烃
--稠环芳香烃
-4.5 稠环芳香烃--作业
-4.6 芳香性及休克尔规则
-4.6 芳香性及休克尔规则--作业
-本章习题
--本章习题--作业
-5.1 旋光异构的基本概念
-5.1 旋光异构的基本概念--作业
-5.2 对映异构与手性分子
-5.2 对映异构与手性分子--作业
-5.3 含有一个手性原子的化合物
-5.3 含有一个手性原子的化合物--作业
-5.4 具有两个手性中心的化合物
-5.4 具有两个手性中心的化合物--作业
-5.5 无手性碳原子的手性分子
-5.5 无手性碳原子的手性分子--作业
-5.6 对映异构体的不同生物活性
-5.6 对映异构体的不同生物活性--作业
-5.7 手性化合物的获取方法
-5.7 手性化合物的获取方法--作业
-本章习题
--本章习题--作业
-6.1 卤代烃的分类与命名
-6.2 卤代烷的结构及其亲核取代反应
-6.3 不饱和卤代烃的亲核取代反应
-6.4 卤代烷的消除反应
--卤代烷的消除反应
-6.5 消除反应与亲核取代反应的竞争和卤代烷与金属镁的反应
-实验演示
--Video
-7.1 醇的结构、分类及命名
-7.2 醇的物理性质和化学性质
--2. 醇的脱水
-7.3 酚的结构、分类、命名及物理性质
-7.4 酚的化学性质
--1. 酚的酸性
-7.5 醚的结构、分类、命名及物理性质
-7.6 醚的化学性质
--醚的化学性质
-8.1 醛酮的分类、命名及结构
-8.1 醛酮的分类、命名及结构--作业
-8.2 醛酮的亲核加成反应
-8.2 醛酮的亲核加成反应--作业
-8.3 羰基的还原和与氨的加成
-8.3 羰基的还原和与氨的加成--作业
-8.4 醛的特殊反应
--醛的特殊反应
-8.4 醛的特殊反应--作业
-8.5 醌
--醌
-8.5 醌--作业
-9.1 羧酸的分类、命名及结构
-9.1 羧酸的分类、命名及结构--作业
-9.2 羧酸的酸性及脱羧反应
-9.2 羧酸的酸性及脱羧反应--作业
-9.3 羧酸α-H的卤代反应及羧酸衍生物的生成
-9.3 羧酸α-H的卤代反应及羧酸衍生物的生成--作业
-9.4 酯化反应
--酯化反应
-9.4 酯化反应--作业
-9.5 Claisen酯缩合反应
-9.5 Claisen酯缩合反应--作业
-9.6 羧酸衍生物的亲核取代反应
-9.6 羧酸衍生物的亲核取代反应--作业
-9.7 羧酸衍生物的还原反应及其与金属化合物的反应
-9.7 羧酸衍生物的还原反应及其与金属化合物的反应--作业
-本章习题
--本章习题--作业
-实验演示
--薄层色谱
-10.1 硝基化合物
--硝基化合物
-10.1 硝基化合物--作业
-10.2 胺的分类和命名
--1. 胺的分类
--2. 胺的命名
-10.2 胺的分类和命名--作业
-10.3 胺的结构
--胺的结构
-10.3 胺的结构--作业
-10.4 胺的性质
-10.4 胺的性质--作业
-10.5 芳香重氮盐的性质
--芳香重氮盐的性质
-10.5 芳香重氮盐的性质--作业
-10.6 杂环的分类、命名及结构
-10.6 杂环的分类、命名及结构--作业
-10.7 杂环化合物的性质、含两个N原子的杂环化合物以及稠环化合物
--杂环化合物的性质、含两个N原子的杂环化合物以及稠环化合物
-10.7 杂环化合物的性质、含两个N原子的杂环化合物以及稠环化合物--作业
-本章习题
--本章习题--作业
-11.1 氨基酸
--氨基酸
-11.1 氨基酸--作业
-11.2 肽和蛋白质
--肽和蛋白质
-11.2 肽和蛋白质--作业
-本章习题
--本章习题--作业
-实验演示
--甲基橙的制备
-12.1 糖的定义、分类和命名
-12.1 糖的定义、分类和命名--作业
-12.2 单糖的结构及表示方法
-12.2 单糖的结构及表示方法--作业
-12.3 单糖的理化性质
--单糖的理化性质
-12.3 单糖的理化性质--作业
-12.4 二糖
--二糖
-12.4 二糖--作业
-12.5 多糖
--多糖
-12.5 多糖--作业
-本章习题
--本章习题--作业
-13.1 高分子科学发展简史
-13.1 高分子科学发展简史--作业
-13.2 高分子化合物的基本概念
-13.2 高分子化合物的基本概念--作业
-13.3 高分子化合物的结构和性能
-13.3 高分子化合物的结构和性能--作业
-13.4 高分子化合物的应用和展望
-13.4 高分子化合物的应用和展望--作业
-本章习题
--本章习题--作业
-14.1 钯催化交叉偶联
--钯催化交叉偶联
-14.2 天然产物全合成
--天然产物全合成
-14.3 药物中的有机化学
--药物中的有机化学
-14.4 自修复高分子
--自修复高分子
-14.5 有机化学合成中的新型固体催化剂
-14.6 有机光电功能材料
--有机光电功能材料
-14.7 绿色有机合成化学-光催化的有机新反应
-本章习题
--本章习题--作业
-有机实验室安全事项