芳香烴(環(huán)烴,芳香烴,苯,苯的同系物,結(jié)構(gòu),性質(zhì),分類)

　　在芳香烴中，根據(jù)所含苯環(huán)數(shù)目的多少和連接方式，又可分為單環(huán)芳香烴和多環(huán)芳香烴兩類。

　　單環(huán)芳香烴：

　　這類芳香烴分子中只含有一個苯環(huán)，如苯，甲苯、二甲苯等。

多環(huán)芳香烴：

　　分子中含有兩個或兩個以上的苯環(huán)，根據(jù)苯環(huán)的連接方式不同，又可分為三類：

　　多苯代脂烴這類芳香烴可看作是脂肪烴中兩個或兩個以上氫原子被苯取代的化合物，如二苯甲烷、三苯甲烷等。

聯(lián)苯和聯(lián)多苯分子中兩個或兩個以上的苯環(huán)直接互相連接，如聯(lián)苯、多聯(lián)苯等。

稠環(huán)芳香烴苯環(huán)通過共用相鄰的碳原子相互稠合而成的芳香烴稱為稠環(huán)芳香烴。如萘、蒽、菲等。

芳香烴是合成芳香族化合物的重要原料，而芳香族化合物又是醫(yī)學、染料及國防等工業(yè)的重要物質(zhì)。芳香烴主要來自石油C5-C8餾分的芳構(gòu)化，即從石油加工中制取。

　　一、苯的結(jié)構(gòu)

　　根據(jù)元素分析和相對分子質(zhì)量的測定，證明苯的分子式C6H6。由苯的分子式可見，碳氫比和乙炔相同，都是1：1，它應(yīng)具有不飽和性，但是事實并非如此。苯極為穩(wěn)定，不易氧化，難起加成反應(yīng)，但在催化劑的作用下，易發(fā)生取代反應(yīng)。由此證明，苯的性質(zhì)與不飽和烴大有區(qū)別。苯的這種性質(zhì)來自苯的特殊結(jié)構(gòu)。

　　1865年凱庫勒首先提出了苯的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，即六個碳原子彼此連結(jié)成環(huán)，每個碳原子上都結(jié)合著一個氫原子。為了滿足碳的四價，凱庫勒提出如下的構(gòu)造式：

凱庫勒的這種環(huán)狀構(gòu)造式在一定程度上反映了客觀事實，如苯在一定條件下，催化加氫生成環(huán)己烷。這說明了苯分子的六個碳原子結(jié)合成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。但凱庫勒式還不能解釋分子中雖含有三個雙鍵，為什么不出現(xiàn)與烯烴相類似的加成反應(yīng)。另外，苯的鄰位二元取代物只有一種，而凱庫勒的構(gòu)造式卻能有兩種。

為了解釋這種情況，凱庫勒認為分子中的單、雙鍵不是固定的，它們可以相互轉(zhuǎn)變。

多年來，人們對于苯提出了多種構(gòu)造式，但還沒有一種能比較完善地表示它的結(jié)構(gòu)。

　　經(jīng)過現(xiàn)代物理方法的研究，證明苯分子中的六個碳原子都是sp3雜化的。每個碳原子各以兩個sp2雜化軌道分別與另外兩個碳原子形成C-Cσ鍵。這樣六個碳原子構(gòu)成了一個正六邊形的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。每個碳原子上的另一個sp2軌道，其電子云的對稱軸在正六邊形的平面上，這個sp2雜化軌道與氫原子的1s軌道，其電子云的對稱軸在正六邊形的平面上，這個sp2雜化軌道與氫原子的1s軌道形成C-Hσ。因此苯人子中的所有原子都在一個平面上，鍵角都是120°[圖12-（a）]，每個碳原子還有一個未參與雜化的pz雜化軌道[圖12-(b)]，它的對稱軸垂直于此平面，能與相鄰的兩個碳原子上的pz軌道分別從側(cè)面平行重疊，形成了一個閉合的共軛體系[圖12-5（c）]，在這個體系中，環(huán)上有六個碳原子和六個π電子，離域的π電子云完全平均化，體系能量低，比較穩(wěn)定。π電子云成兩個輪胎狀[圖12-5（d）]，均勻分布在苯環(huán)平面的上下兩側(cè)。苯分子中的碳-碳鍵長也完全平均化，都是0.1393nm。這種具有6π電子閉合共軛體系，使得苯環(huán)具有高度的對稱性和特殊的穩(wěn)定性。由于形成了閉合共軛體系，無單、雙鍵之分，故苯的鄰位二元取代物只能有一種。

目前國內(nèi)、外多采用凱庫勒式 ，但不要理解為苯分子中存在單鍵和雙鍵，另一種表示方法是用正六邊形碳環(huán)中畫一圓圈（代表環(huán)狀共軛π

　　鍵）的式子表示。

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