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1、第一节 芳卤化合物第二节 芳磺酸,第十一章 芳卤化合物和芳磺酸,第一节 芳卤化合物,(一)芳卤化合物的命名(二)芳卤化合物的制法(三)芳卤化合物的物理性质(四)芳卤化合物的化学性质,第十一章 芳卤化合物和芳磺酸,第一节 芳卤化合物,芳烃分子中的氢原子被卤素原子取代后的化合物称为芳卤化合物,或称为卤代芳烃。根据卤素原子与芳环的相对位置不同,卤代芳烃可分为三类:,(一)芳卤化合物的命名,将卤原子看成取代基。例:,(二)芳卤化合物的制法,(1)直接卤化(2)氯甲基化(3)由重氮盐制备,(二)芳卤化合物的制法,(1)直接卤化,亲电取代时,X-上苯环;自由基取代时,X-上侧链位。,(2)氯甲基化,(3)
2、由重氮盐制备,(三)芳卤化合物的物理性质,卤代芳烃不溶于水而易溶于有机溶剂;卤苯型卤代芳烃略有香味;卤苄型卤代芳烃一般具有刺激性和催泪作用。熔点和沸点 m.p:分子对称性,熔点;b.p:分子间作用力,沸点。对二卤苯熔点最高,邻二卤苯沸点最高。光谱性质例:对氯甲苯的核磁共振谱。(高291),(四)芳卤化合物的化学性质,苯环的位置对卤原子活泼性的影响(甲)卤苯型卤代物的特殊稳定性(乙)苄基型卤代物的特殊活泼性(2)芳环上的亲核取代反应(甲)水解(乙)氨解(3)芳环上亲核取代反应的机理,(甲)加成-消除机理(乙)消除-加成机理(苯炔机理)(4)与金属的作用(甲)Grignard试剂的生成(乙)芳基锂
3、试剂的生成(丙)Wurtz-Fittig反应(丁)Ulmann反应(5)芳环上的亲电取代反应,(四)芳卤化合物的化学性质,苯环的位置对卤原子活泼性的影响 三种卤代芳烃的活泼性顺序:苄基型 隔离型 卤苯型。C6H5CH2Cl C6H5CH2CH2Cl C6H5Cl,两类反应:卤原子的反应;芳环上的亲电取代反应。,(甲)卤苯型卤代物的特殊稳定性,在一般条件下,ArX中的卤原子不易被OH-、RO-、CN-、NH3等核试剂取代;不与AgNO3的醇溶液起反应;不能做为付氏反应的烃基化试剂使用。,Why?,例:,ArX中的C-X键具有部分双键性质,难以断开!,杂化轨道理论的解释:,共振论的解释:,(乙)苄
4、基型卤代物的特殊活泼性,这类卤代物中的卤原子活泼:易发生SN1和SN2反应;易与AgNO3的醇溶液起反应;还可做为付氏反应的烃基化试剂使用。,例1:,例2:,例3:,(区别三种不同的卤代芳烃),为什么苄基型卤代芳烃具有特殊的活泼性?,SN2:,SN1:,ArCH2X中的C-X键具有特殊的活泼性,容易断开!,(2)芳环上的亲核取代反应,(甲)水解,氯苯曾经是一个重要的化工原料,用来大量制造苯酚,但因能耗高,污染严重而遭到淘汰。,但是,若卤素原子的邻、对位有硝基等强吸电子基时,水解反应容易进行:,例:,(乙)氨解,(3)芳环上亲核取代反应的机理,(甲)加成-消除机理,显然,当芳环上有吸电子基时,将
5、会使负电荷得到有效分散,有利于碳负离子中间体的稳定,从而使反应速度加快:,反之,当芳环上连有R-、RO-等供电子基时,将会使碳负离子趋于更不稳定,水解及亲核取代反应更难进行。,所以,卤素原子的邻、对位有硝基等强吸电子基时,水解及亲核取代反应容易进行:,(乙)消除-加成机理(苯炔机理),当苯环上没有较强的吸电子基存在时,卤原子被取代的反应是按照消除-加成机理进行的:,(高P297图11-6),例:,(4)与金属的作用,(甲)Grignard试剂的生成,ArMgX型格氏试剂以及在合成上的应用与RMgX相似,都可用来制备醇。,(乙)芳基锂试剂的生成,与烷基锂的化学性质相似,芳基锂的亲核性和碱性均比相
6、应的格氏试剂强,在合成应用中,有机锂一般充作中间体,不须分离即可直接使用。,(丙)Wurtz-Fittig反应,此反应可以用来制备直链烷烃取代的芳烃。但它仅适用于不含有羟基、羰基、硝基等官能团的化合物。,(丁)Ulmann反应,氯苯和溴苯亦可发生此反应,但要困难一些。但卤素原子的邻、对位有吸电子基时,可以促进反应的进行。例如:,(5)芳环上的亲电取代反应,卤原子是使芳环钝化的第一类定位基。例如,氯苯比苯难硝化,新引入的硝基进入氯的邻、对位:,第二节 芳磺酸,(一)芳磺酸的命名(二)芳磺酸的制法(三)芳磺酸的物理性质(四)芳磺酸的化学性质(五)芳磺酰氯和芳磺酰胺(六)烷基苯磺酸钠和表面活性剂(七
7、)离子交换树脂,第二节 芳磺酸,(一)芳磺酸的命名以磺酸为母体。例如:,(二)芳磺酸的制法,(1)直接磺化法,(2)间接磺化法,苄基磺酸钠,2,4-二硝基苯磺酸钠,亲核取代,苄基磺酸,2,4-二硝基苯磺酸,(三)芳磺酸的物理性质,芳磺酸为不易挥发的无色晶体,易溶于水,不溶或微溶于非极性有机溶剂。芳磺酸及其钾、钠、钙、钡、铅盐均溶于水,因此在有机物中引入磺酸基可大大提高其水溶性。,(四)芳磺酸的化学性质,酸性(2)磺基中羟基的反应(3)磺基的反应(甲)水解(乙)碱熔与其它亲核取代反应(4)芳环上的亲电取代反应,(四)芳磺酸的化学性质,磺基上的反应:酸性;磺基中的羟基被取代;磺酸基被取代。芳环上的
8、反应:芳磺酸比苯更难发生亲电取代反应。,(1)酸性,磺酸属于有机强酸,其酸性与硫酸相当,可与碱成盐,也可与NaCl建立平衡而成盐:,利用芳磺酸的酸性,可用其代替硫酸作催化剂,副反应少,污染少。,(2)磺基中羟基的反应,磺基中的羟基也可被氯原子取代,生成磺酰氯:,磺酰氯也常用芳烃与过量的氯磺酸反应制得:,(3)磺基的反应,(甲)水解 水解反应是磺化反应的逆反应。在酸催化下,磺基或其钠盐与水共热,可脱去磺基,反应的实质是H+作为亲电试剂进攻芳环的亲电取代反应。,利用磺基的水解反应,可在有机合成中进行“占位”。例如:,(乙)碱熔与其它亲核取代反应,这是工业上制酚的方法之一。但反应物分子中不宜含有硝基
9、和卤原子,因为硝基化合物易与碱反应,卤原子可被羟基取代。,其它亲核试剂也可与芳磺酸盐发生亲核取代反应:,(4)芳环上的亲电取代反应,磺基是吸电子基,它使苯环致钝,亲电取代反应活性降低,新引入基上间位。例如:,注意:芳磺酸一般不进行酰基化反应、烷基化反应及氯甲基化反应!因为这些反应的进攻试剂的亲电性太弱。,(五)芳磺酰氯和芳磺酰胺,芳磺酰氯中的氯原子不如羧酸酰氯中的氯原子活泼,只发生微弱的水解。但在碱存在下,仍可顺利地水解、醇解和氨解:,芳磺酰氯可作为磺酰化试剂,在芳环上引入磺酰基生成砜:,芳基磺酰氯亦可被还原:,芳磺酰氯在某些有机物的合成、胺的鉴别、分离以及反应机理的研究中具有一定的重要性。,
10、A.取代醇羟基:,B.亲核取代反应的立体化学,(2)芳磺酰胺,芳磺酰胺可看成是芳磺酸分子中的羟基被氨基取代后的化合物。它通常是由芳磺酰氯与氨、伯胺、仲胺作用而得:,糖精和磺胺药物都是芳磺酰胺的重要衍生物:,糖精的制法:,(六)烷基苯磺酸钠和表面活性剂,烷基苯磺酸钠(2)表面活性剂(甲)阴离子表面活性剂(乙)阳离子表面活性剂(丙)两性离子表面活性剂(丁)非离子表面活性剂,(六)烷基苯磺酸钠和表面活性剂,烷基苯磺酸钠 十二烷基苯磺酸钠是市售合成洗涤剂的主要成分。它可由下列方法制得:,十二烷基苯磺酸钠具有两亲结构,即分子中同时含有亲水基和亲油基:,它能去污的原理是它能够降低水的表面张力,使油污变成微
11、小的油珠,分散于水中。,(2)表面活性剂,表面活性剂能显著降低水的表面张力,但至某一浓度时,表面张力趋于一定值的物质。表面活性剂的结构特点是分子中同时含有亲水基和亲油基。(甲)阴离子表面活性剂起表面活性作用的部分为阴离子。例如:,阴离子表面活性剂一般具有优良的去污能力和良好的起泡性,是市售洗涤剂的主要成分。阴离子表面活性剂还可用作乳化剂、渗透剂、润湿剂等。,(乙)阳离子表面活性剂,起表面活性作用的部分为阳离子。例如:,阳离子表面活性剂的洗涤性能一般不是很好,但其杀菌、防霉性能显著,主要用作乳化剂、润湿剂、抗静电剂等。,(丙)两性离子表面活性剂,分子中同时含有阴、阳离子的表面活性剂。例如:,两性
12、离子表面活性剂是一类新型的表面活性剂,一般与其它离子型的表面活性剂有良好的相容性和配伍性,还具有良好的柔软和抗静电作用。,(丁)非离子表面活性剂,起表面活性作用的部分不带电荷。例如:,非离子表面活性剂化学性质稳定,乳化性能强,不起泡,耐酸、碱,耐电解质能力强,与其它表面活性剂的配伍性好,是一类发展迅速,用途广泛的表面活性剂。,(七)离子交换树脂,阳离子交换树脂(2)阴离子交换树脂(3)无离子水的制备,(七)离子交换树脂,(1)阳离子交换树脂苯乙烯与少量二乙烯基苯共聚,可得到交联聚苯乙烯:,将交联聚苯乙烯制成微孔状小球,再在苯环上引入磺酸基、羧基、氨基等,可得到各种阳离子交换树脂:,阳离子交换树脂能够交换阳离子。例如:,阳离子交换树脂还能代替硫酸作催化剂,产率高,污染少,便于分离。,(2)阴离子交换树脂,在交联苯乙烯分子中的苯环上引入季铵碱基,则得到阴离子交换树脂:,阴离子交换树脂能交换阴离子的离子交换树脂。,(3)无离子水的制备,使用过的阴、阳离子交换树脂可分别用NaOH、HCl溶液再生,以便继续使用。,本章重点:,芳卤化合物的化学性质:水解、氨解、芳环上的亲核取代、亲电取代等;卤原子与芳环的相对位置对卤原子活泼性的影响;芳磺酸的化学性质:酸性、芳基磺酰氯的生成、磺基的水解、碱熔等。,对氯甲苯的NMR,