3.2芳香烃（课件）《有机化学》（上海交通大学出版社）

有 机 化 学 主讲：xxx 1 第3章 环烃 2 3.2芳香烃 3 想一想 有机化合物在高温、缺氧的环境下进行不完全燃烧时，易生成多环芳香烃，而多环芳香烃已经被确认为化学致癌物。 例如，对动物性食物进行烧烤、油炸处理时，人体会通过消化道、皮肤及呼吸道摄入多环芳香烃。甚至，人体接触厨房油烟，也会摄入一定量的多环芳香烃。 因此，我们要少吃烧烤、油炸类食物，并且在日常生活中避免与厨房油烟接触，做菜时戴好围裙，使用通风良好的排油烟设备，以减少多环芳香烃的摄入。 什么是芳香烃化合物？多环芳香烃具有什么样的结构？为什么多环芳香烃具有致癌性？ 4 大多数芳香烃都含有苯环或稠合苯环结构（称为苯系芳烃），但还有少数不含苯环或稠合苯环的芳香烃（称为非苯芳烃）。 本节主要介绍苯系芳烃 指只含碳氢两种元素的芳香族化合物 芳香烃 5 3.2.1 芳香烃的结构 最简单的芳香烃，是认识苯系芳烃结构的基础 苯 两个苯环之间通过共用两个相邻碳原子稠合而成的，是最简单的稠合芳香烃 萘 6 1．苯的结构 根据元素分析及相对分子质量的测定，可以确定苯的分子式为C6H6。 苯的一元取代物只有一种，说明分子中6个C和6个H的地位是等同的。苯催化加氢生成环己烷，说明苯具有六碳环结构。 根据这些事实，1865年凯库勒提出苯的结构为 3.2.1 芳香烃的结构 7 这就是苯的凯库勒结构式，也称价键结构式。 凯库勒结构式可以解释许多有关苯的实验事实，但不能解释苯的全部特性。 例如，为什么苯的邻二取代物只有一种；为什么苯不易发生加成反应，而易发生取代反应；为什么其分子中6个碳碳键的键长完全相等。 1．苯的结构 3.2.1 芳香烃的结构 8 现代物理方法的研究成果表明，苯分子是一个平面正六边形结构，各个键之间的键角都是120°，6个碳碳键都是0.139 nm，每个碳原子都只与其他3个原子相连。 根据价键理论，苯分子中的6个碳原子都是sp2杂化，每个碳原子都以3个sp2杂化轨道分别与相邻碳原子和氢原子形成σ键。由于3个sp2杂化轨道都处于同一平面上，因此苯环上所有原子共平面。 此外，每个碳原子上还剩下一个p轨道，这些p轨道的对称轴都垂直于苯分子所形成的平面而相互平行，它们从侧面相互交叠，形成了一个闭合共轭体系，即大π键。 1．苯的结构 3.2.1 芳香烃的结构 9 大π键的电子云对称分布在苯环平面的上下两侧，且平均分布于6个碳原子之间，使整个分子成为闭合的结构体系，分子能量显著降低，因此苯环具有特殊的化学稳定性。 由以上可知，苯分子中并没有一般的C—C和C=C 。因此，也有人采用 表示苯的结构，其中圆圈代表苯分子中的大π键。 但用这种方式表示稠合苯环时，容易造成误解。 1．苯的结构 3.2.1 芳香烃的结构 10 萘的分子式为C10H8，其分子结构与苯相似，也是平面结构，每个碳原子都是sp2杂化，每个碳原子上都剩下一个没有参加杂化的p轨道，这些p轨道也可以从侧面交叠形成大π键。 但与苯不同的是，萘分子中碳碳键的键长不完全相等，并且碳原子的位置也不完全等同。 如图所示，萘分子中碳原子的编号是固定的。 称为α位 编号为1、4、5、8的4个碳原子的位置是等同的 称为β位 编号为2、3、6、7的4个碳原子的位置是等同的 编号为9、10的2个碳原子上无氢原子 2．萘的结构 3.2.1 芳香烃的结构 11 知识链接 名称 分子式 关系 结构式 特点 蒽 C14H10 同分异构体，均由三个苯环稠合而成 线形稠合 角形稠合 菲 12 分子中只含一个苯环的芳香烃 1）单环芳香烃 甲苯 苯 苯乙烯 单环芳香烃可以看作是苯分子中的氢原子被烃基取代所得的衍生物，包括苯、苯的同系物（烷基苯）和苯基取代的不饱和烃。 知识角 1．芳香烃的分类 3.2.2 芳香烃的分类和命名 13 苯系芳烃 按照分子中碳环数目的不同 单环芳香烃 多环芳香烃 分子中含有两个及两个以上苯环的芳香烃 2）多环芳香烃 1．芳香烃的分类 3.2.2 芳香烃的分类和命名 14 多环芳香烃 根据苯环连接方式的不同 联苯芳香烃 多苯代脂肪烃 稠环芳香烃 指多个苯环之间以单键直接相连的芳香烃 （1）联苯芳香烃 可看作是以苯环取代脂肪烃分子中的氢原子而生成的产物 （2）多苯代脂肪烃 二苯甲烷 1,2=二苯乙烯 联苯 1,4=联三苯 1．芳香烃的分类 2）多环芳香烃 3.2.2 芳香烃的分类和命名 15 指分子中含有稠合苯环的芳香烃 （3）稠环芳香烃 萘 蒽 菲 萘、蒽、菲等稠环芳香烃大量存在于煤焦油中，是合成染料和药物的重要原料。 知识角 1．芳香烃的分类 2）多环芳香烃 3.2.2 芳香烃的分类和命名 16 对芳香烃进行命名时通常应注意以下几点。 （