6.1 苯的结构(讲义）-《有机化学》同步教学（化学工业出版社）

苯的结构及其闭合共轭体系 · 教学目的 1、 掌握苯的结构 2、 掌握休克尔规则和芳香性 · 教学思想 本节课的教学内容属第五模块 芳香烃，主要采用支架式的教学策略，把复杂的学习任务加以分解，以便于把学习者的理解逐步引向深入。主要培养学生独立分析问题的能力 · 教学重难点 重点：苯的结构、休克尔规则 难点：苯分子结构的价键观点、休克尔规则的判断 · 教学方法和策略 采用支架式教学策略，教师通过创造问题情境启发引导学生学习，以讲授法为主结合提问法和反馈法达到教学目标。 具体策略：按“最邻近发展区”的要求从苯的结构入手 苯的结构苯的键价理论 休克尔规则和方向性总结，练习 · 教学设计思路 教学内容 教学组织 教学意图 苯的结构 从苯的发现史出发，介绍苯的结构，重点讲解苯的凯库勒式 使学生掌握苯的凯库勒结构式及其结构特点。 苯分子结构的价键观点 回顾烯烃中碳原子的杂化过程，利用杂化轨道理论分析苯分子结构的形成，并从氢化热分析苯的稳定性。 使学生理解苯环结构的稳定性，进而推知苯化学性质的稳定性。 休克尔规则和芳香性 通过苯及其同系物化学性质的分析，给出芳香性的概念。 掌握芳香性的概念。 首先给出休克儿规则的基本内容，然后讲解休克儿规则对于芳香性的判据。 使学生理解休克儿规则。 巩固小结 总结本节课的内容布置练习作业 加深对本节课所学知识的理解。 · 教学过程设计 导入： 芳香性根据结构的不同可分为两类：苯系芳香烃和非苯系芳香烃；根据结构的不同苯系芳香烃可分为三类：单环芳香烃，稠环芳香烃，多环芳香烃。 本模块主要介绍单环芳香烃。 一、苯的结构——苯的凯库勒（Kekule）式 自从1825年英国的法拉第(Faraday)首先发现苯之后，有机化学家对它的结构和性质做了大量研究工作，1834年劳伦和日拉尔通过实验测得苯的分子式为C6H6。1865年凯库勒从苯的分子式出发，根据苯的一元取代物只有一种，说明六个氢原子是等同的事实，提出了苯的环状构造式。 这个式子虽然可以说明苯分子的组成以及原子间连接的次序，但这个式子仍存在着缺点，它不能说明下列问题： 1、既然含有三个双键，为什么苯不起类似烯烃的加成反应？ 2、根据上式，苯的邻二元取代物应当有两种，然而实际上只有一种。 凯库勒曾用两个式子来表示苯的结构，并且设想这两个式子之间的摆动代表着苯的真实结构： 由此可见，凯库勒式并不能确切地反映苯的真实情况。 二、苯分子结构的价键观点 现代物理方法证明了苯分子是一个平面正六边形构型，如图6-1所示。 1、 杂化轨道理论解释 按照轨道杂化理论，苯分子中六个碳原子都以sp2杂化轨道互相沿对称轴的方向重叠形成六个C-C σ 键，组成一个正六边形。每个碳原子各以一个sp2杂化轨道分别与氢原子1s轨道沿对称轴方向重叠形成六个C-H σ键。如图6-2所示。 　　　　　　 图6－1　苯分子的键长和键角　　　　图6-2 苯环中的6个C-C σ键和6个C-H σ键 由于碳原子是sp2杂化，所以键角都是120o，所有碳原子和氢原子都在同一平面上。每个碳原子还有一个垂直于σ键平面的p轨道，每个p轨道上有一个p电子，六个p轨道以肩并肩重叠形成大π键，如图6-3所示。处于大π键中的π电子高度离域，电子云完全平均化，像两个救生圈分布在苯分子平面的上下侧。在苯环结构中并无单双键之分，是一个闭合的共轭体系。如图6-4所示。 　 2、从氢化热看苯的稳定性 苯的共轭能（或离域能）为： 360－208 = 152（KJ·mol-1） 三、休克尔规则和芳香性 芳香性即指苯的化学反应性的总称。认为具有芳香性特征的分子都是具有特殊稳定性的环结构，不易被破坏的环状化合物。如甲苯易氧化为苯甲酸，但环结构得到保留；芳香族化合物中都含有不饱和键，但似乎具有饱和性，如苯环不能与卤素、卤化氢等进行加成反应，但它却容易发生取代发应。并且苯环具有较高的热稳定性，加热到900℃也不分解。像苯环表现出的对热较稳定，在化学反应中不易发生加成、氧化反应，而易进行取代反应的特性，被称之为芳香性。 这种“芳香性”定义，实际使用时常有例外。发现某些不含苯环的化合物(高度不饱和)也具有类似苯的性质。这说明芳香性并非苯及其衍生物所特有。 1936年，德国化学家休克尔（E.Hiickel）提出了一个判别芳香体系的规则，称为休克尔规则。其要点是：含有sp2杂化原子的共平面的共轭单环体系，当含有4n+2个π电子时，将有相对的电子稳定性。即单环多烯烃要有芳香性，必须满足三个条件： 1 成环原子共平面或接近于平面； 2 环状闭合共轭体系； 3 环中π电子数为4n+2　(n= 0、1、2、3……)。故也叫休克尔4n+2规则。 苯就是n=1时的一个例子。称为