度增加较间位大,因而可以在邻、对位发生亲电取代。由于氯原子的诱导效应很强,共轭效应不足以消除诱导效应的影响。所以总的结果是苯环纯化,虽然亲电取代反应仍在邻、对位进行,但反应比苯困难。
ClCl+0.043+0.116
+0.028(“+”表示电子密度比苯小)
而在在静态的苯酚分子中,羟基与苯环之间也存在诱导效应和共轭效应。且氧的2p轨道与碳的2p轨道在大小和能量上都比较接近,所以共轭效应较强,吸电子诱导效应小于给电子的共轭效应即-I<+C。因此取代基对苯环显示给电子效应,苯环上的电子密度升高使苯环活化。 (3)反应:
ClCH(CH3)2+Cl2hvC(CH3)2
CH(CH3)2+Cl2FeCl3CH(CH3)2CH(CH3)2Cl+Cl 解释:光照条件下发生的为侧链的取代反应,为游离基的反应机理。在异丙基中存在两种氢:伯氢和叔氢。根据反应活性伯氢《叔氢,故主产物为叔氢被取代的产物。而三氯化铁催化下与Cl2的反应是亲电取代反应,遵循亲电取代反应机理,是苯环上的氢被取代的反应。 4、芳香性由强到弱依次为苯、萘、菲。在苯分子中各个碳原子上的p轨道相互重叠是完全均等的,而在萘分子中各相邻碳原子上的p轨道重叠,所以整个π电子在十个碳原子上不是完全均匀分布的。因此在萘分子中的碳碳键长和环上不同位置的反应能力不完全相同。菲与萘相似,分子中的原子也都处在同一平面上,形成闭合环状共轭体系,但由于分子中各相邻p轨道的重叠程度不同,分子中和碳原子上的电子密度分布不均匀,因此碳碳键长也不完全相等,各碳原子的反应能力也不相同,它们的芳香性比萘弱。所以芳香性由强到弱依次为苯、萘、菲。
5、萘在较高温度下发生磺化反应时,磺酸基进入β位。这主要是因为α-萘磺酸高温条件下不稳定,β-萘磺酸则比较稳定。
习题解答
1.(1)4-硝基-2-氯甲苯(3)4-甲基-3-氯苯酚(4)4-硝基-2-氯苯甲酸
(1)(3)(4)属于取代芳香族化合物的命名,常常根据芳环上所含主要官能团确定类别,然后对芳环正确编号进行命名的。主要官能团的确定方法是:—COOH,—SO3H,—CN,—CHO, C=O(酮基),—OH,—NH2,—R,—X(卤素),—NO2。在选择主要官能团时,若苯环上有多个官能团同时存在,在此排序中前面的官能团优先于后面的官能团,则命名时
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应选排序靠前的官能团作为主要官能团(即为母体),定出类名,其余基团则作为取代基。 (2)E-2-苯基-2-戊烯(当苯环上连有不饱和烃基或所连烃基比较复杂时,常以脂肪烃作母体,苯基作取代基。)
(5)5-硝基-2-萘酚。萘分子中十个碳原子是不等同的,为了区别,对碳原子的编号相对固定:
?8?12??7??6543
在给萘的衍生物命名时,要在符合萘的固定编号位次的前提下,给取代基以最小位次,
??按取代基在环上的位次来命名。二元或多元取代物要用数字标明取代基的位次;并按最小系列原则和取代基的顺序规定(同苯取代基的顺序规定)列出。 (6)4,10-二溴菲(同萘相似,有固定编号) 2.
BrCH3CHCHCH3NH2CH3Br(1)
CH2Br(2) O2NCH3 (3)O2N
BrCOOH(4)3.
NO2 (5)HO
BrC(CH3)2COOHCH3CH3(1) (2)
CHO2N3COOH3 (3)
CHCOCl3
CHNO2+NO2NO2SO3H(4)
CH3 (5)
OH
COOHCH+3COOHC(CH3)3+C(CH3)3(6)第一步:
C(CH3)3第二步:
C(CH3)3
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解析:(1)光照条件下发生的反应为侧链的取代反应,为游离基的反应机理。在异丙基中存在两种氢:伯氢和叔氢。根据反应活性伯氢〉叔氢,故主产物为叔氢被取代的产物。
(2)侧链上含有α—H的苯同系物(烃基直接与苯环相连的碳原子称α—碳原子,α—碳连的氢称α—H或称苄基氢),不论其侧链长短、有无分枝、饱和或不饱和,在较高温度下,均可被K2Cr2O7/H2SO4或KMnO4等氧化剂氧化成羧基,而苯环不受影响。
(3)考查傅---克酰基化反应,又考查定位规律的应用。根据定位规律,若苯环上原有两个定位基,对于引入第三个取代基的定位作用一致时,定位效应得到加强,第三个取代基进入共同确定的位置。两个甲基都属于邻对位定位基,且处于间位,引入的第三个取代基(乙酰基)处于一个甲基的邻位,正好又是另一个甲基的对位;而两个甲基之间的位置虽是它们共同的邻位,但由于空间位阻较大,并非反应的主产物。
(4)它既考查硝化反应,又考查定位规律的应用。它同(3)题一样,苯环上原有两个定位基,对于引入第三个取代基的定位作用一致时,定位效应得到加强,第三个取代基进入共同确定的位置。甲基属于邻对位定位基,硝基是间位定位基,所以引入的第三个取代基(硝基)处于一个甲基的邻位,正好又是硝基的间位。
(5)它既考查磺化反应,又考查定位规律的应用。根据定位规律,若苯环上原有两个定位基,对于引入第三个取代基的定位作用相矛盾时,两个取代基属于同一类时,则第三个取代基进入位置,主要由较强的定位基决定。当然,羟基的定位能力要比甲基强,所以由羟基决定第三个取代基(磺酸基)进入位置,即羟基的邻对位。
(6)该题第一步既考查了定位效应(甲基属于邻对位定位基)又考查了傅---克烷基化反应,并且烷基化过程中发生了重排反应;而第二步则考查苯环侧链的氧化。 4.(3)(5)有芳香性。
解析:(3)(5)均有闭合共轭体系,共平面,π电子数分别为2、14,符合休克尔规则,有芳香性。
(1)(2)(4)虽具有闭合共轭体系,但体系π电子数分别为8、4、12,不符合休克尔规则,无芳香性。
注意:带有电荷或单电子的碳原子均为sp2杂化,都有一个p轨道。带正电荷时,p轨道内是空的。带一个负电荷时,p轨道内有一对电子。带单电子时,p轨道内有一个电子。计算闭合共轭体系的π电子数时应注意这一点。 5.(1)
溴褪色无变化A加入铁粉ABCBr2/CCl4溴褪色B无变化ABC
解析:环己烷属于环烷烃,化学性质非常稳定,一般条件下不发生化学反应;而苯乙烯中含有烯烃双键,化学性质非常活泼,可以与溴水发生亲电加成反应,溴水褪色,另外还可
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以被高锰酸钾溶液氧化,高锰酸钾溶液的紫红色褪去。苯最容易发生亲电取代反应如在铁粉存在下与溴反应,从而使溴水褪色,还可以与混酸作用,生成有苦杏仁味的浅黄色液体。 (2)
无变化溴褪色ABCBr2/CCl4无变化AAg(NHB3)2NO3A白色沉淀BC
解析:环已烯(A)中含有烯烃双键,化学性质非常活泼,可以与溴水发生亲电加成反应,溴水褪色,另外还可以被高锰酸钾溶液氧化,高锰酸钾溶液的紫红色褪去;同样苯乙炔(B)含有炔烃叁键,化学性质也非常活泼,可以与溴水发生亲电加成反应,溴水褪色,另外还可以被高锰酸钾溶液氧化,高锰酸钾溶液的紫红色褪去,但它同时也是一端基炔,可以发生端基炔所特有的反应如可以与Ag(NH3)2NO3生成白色的炔化银沉淀或与Cu(NH3)2Cl生成红棕色的炔化亚铜沉淀;乙苯(C)除了发生亲电加成反应外,还可以在加热条件下与酸性高锰酸钾发生氧化反应。
6.(1)合成路线为:
CH3KMnO4/H△+COOHCl2/FeCOOHCl
分析:苯环上两个取代基分别处于间位,所以第一步应该先引入间位定位基,而羧基是一个间位定位基,它可以由甲基氧化得到。
(2)合成路线为:
CH3Br2/FeCH3KMnO4/H△BrBr+COOHHNO3H2SO4COOHNOBr2
分析:苯环上含有三个取代基,羧基是一个间位定位基,同样可以由甲基氧化得到。问题是我们是先引入其他两个取代基再氧化还是先氧化再引入其它取代基呢?甲苯中的甲基是邻对位定位基,而另外两个取代基则处于它的间位和对位。如果我们先将其氧化就只能向它的间位引入取代基(硝基),硝基也是一间位定位基,这样就得不到对位产物。所以我们采取先引入邻位的取代基(溴)然后氧化甲基为羧基最后硝化的方法来合成。 (1) 合成路线为:
CH3+浓HNO浓H2SO43CH3+(除去)2CH3NOCl2/FeCl3CH3ClNO2NO2
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