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词条 芳烃
释义 fangting
芳烃(卷名:化学)
aromatic hydrocarbon
  分子中含有苯环的一类烃。它们主要来源于石油和煤焦油。最简单和最重要的芳烃是苯及其同系物甲苯、二甲苯、乙苯等;苯乙烯是一种重要的含有不饱和取代基的芳烃。这些化合物都只含有一个苯环,称为单环芳烃。两个或两个以上苯环共有两个相邻的碳原子者,称为稠环芳烃,如萘、蒽、菲等。芳烃还有由两个或两个以上的苯环以单键直接连接而成的,如联苯;又有通过碳链相连的,后者可看作是脂链烃的多苯基取代物,如二苯甲烷。
 


  命名  苯的同系物作为苯的烷基取代物命名,例如:
 

有的芳烃作为脂链烃的苯基衍生物命名,例如:
     

稠环芳烃一般用习惯名,如萘、蒽、菲等,它们的烃基取代物的命名与单环芳烃相似。
  结构  苯的分子式为C6H6,它在组成上是一个高度不饱和的化合物。1865年德国化学家F.A.凯库勒提出苯的环状结构式,即含有三个共轭双键的六元环,称为凯库勒式。凯库勒式可以说明苯的多数反应。但根据凯库勒式,苯应有两种邻位二取代物,即苯环上有取代基的两个碳原子以单键或双键相连,但实际上只有一种,为了解决这个问题,1872年凯库勒假定苯环中的双键不是固定的,双键和单键的位置在不停地迅速互变,即结构a和b迅速互变:
     

但是对于苯不容易起烯烃所特有的加成反应仍缺乏合理的解释。1931年美国化学家L.C.鲍林提出:苯是两种凯库勒式的共振杂化体,它的碳-碳键不是正常的双键,也不是正常的单键,而是介于双键和单键之间的一种键,共振杂化体的能量比a或b低,这就是说,苯的分子只有一种,它的结构要用a和b再加上一个代表共振的双箭头来表示(见共振论):
        

实验测定证明:苯分子中6个碳原子在同一平面内,碳-碳键的长度都是1.397埃,在C-C和C匉C的键长之间,根据分子轨道理论,苯分子中每个碳原子以sp2杂化轨道与相邻的两个碳原子的sp2杂化轨道互相重叠,并以sp2杂化轨道与氢原子的1s轨道重叠,形成分子的骨架,6个碳原子上的P轨道在侧面相互重叠,形成包括6个碳原子在内的π键,苯的π电子云是一个整体,分布在环平面的上方和下方,因此近年来也有用c表示苯结构的。萘、蒽的结构则用d和e表示。但是,萘分子中并没有两个孤立的

   
    

苯环,它的10个碳原子上的P轨道在侧面互相重叠,形成包括10个碳原子的π键,它的π电子云是一个整体,分布在环平面的上方和下方,因此用d表示萘的结构,容易误解为两个六电子体系,即一个圈代表6个电子,两个圈共12个电子。现在,较多的文献中还是用单、双键来表示单环和多环芳烃的结构。其他的稠环芳烃也是这样,f是晕苯的结构式。如在晕苯分子平面上的各个方向无限增加稠合的苯环,就接近石墨晶体中的一层。
  性质  芳烃至少含有 6个碳原子,都是液体或固体。稠环芳烃除茚外都是固体。芳烃不溶于水,能溶于有机溶剂。芳烃具有芳香性,不易起加成反应,易起取代反应,对热和氧化剂比较稳定。苯的羟基化合物呈弱酸性。
  生产方法  石油馏分(如石脑油)中的烷烃在催化剂存在下成环去氢,生成芳烃,这是目前工业上生产芳烃的主要方法。芳烃也可从某些含芳烃的石油中提取,如加里曼丹的石油中芳烃的含量很高。煤焦油中芳烃的含量约25%,其中包括许多稠环芳烃。有些芳烃还可用合成法生产。
  应用  芳烃特别是单环芳烃是重要的化工原料,液体芳烃还可用作溶剂,油漆、涂料等易溶于芳烃中。
  毒性  液体芳烃同皮肤反复接触或长期接触,会因脱水和脱脂而引起皮炎。芳烃蒸气对粘膜的刺激作用大于脂链烃或脂环烃。苯蒸气对造血功能有特殊的损伤作用,动物试验证明,烷基苯没有这种作用。有些稠环芳烃,如1,2-苯并芘有致癌作用。
  非苯芳烃  1936年德国物理学家E.休克尔从理论上推测,在一个平面上的环状共轭体系,当π电子数为4n+2时有芳香性,为4n时没有芳香性。以后发现的实验事实与休克尔的推测相符。例如[18]轮烯(轮烯是指大于6个碳原子的环状共轭分子,名前的数字代表环的碳原子数)具有平面结构,π电子数为4×4+2=18,符合4n+2的规律,可起取代反应。薁是一个深蓝色的烃,分子式为C10H8,π电子数为10,是萘的异构体,也能起取代反应。
  环辛四烯是π电子数为4n的环状共轭体系,它的8个碳原子不在同一平面上,没有芳香性,具有一般烯烃的性质。环丁二烯分子中π电子数为4,是一个环状烯烃,也没有芳香性,在35K时聚合成二聚体。
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更新时间:2024/6/29 3:04:45