【高中有机化学】苯与芳香烃|零基础学习,一节课全通！
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【介绍一波苯的化学性质（大学）】
苯的物理性质
苯在常温下为一种无色、有甜味的透明液体，其密度小于水，具有强烈的芳香气味。苯的沸点为80.1℃，熔点为5.5℃。苯比水密度低，密度为0.88g/cm3，但其分子量比水重。苯微溶于水，但苯是一种良好的有机溶剂，溶解有机分子和一些非极性的无机分子的能力很强，除甘油，乙二醇等多元醇外能与大多数有机溶剂混溶，除碘和硫稍溶解外，无机物在苯中不溶解。
苯能与水生成恒沸物，沸点为69.25℃，含苯91.2%。因此，在有水生成的反应中常加苯蒸馏，以将水带出。
摩尔质量：78.11g/mol。
最小点火能：0.20mJ。
爆炸上限（体积分数）：8.0%。
爆炸下限（体积分数）：1.2%。
燃烧热：3303.08kJ/mol（25℃，气体）。
溶解性：微溶于水（0.17 g/100 g），溶于乙醇、乙醚和丙酮等多数有机溶剂。
苯的化学性质
苯参加的化学反应大致有3种：（氧化反应）（不能使酸性高锰酸钾褪色）。一种是其他基团和苯环上的氢原子之间发生的取代反应；一种是发生在苯环上的加成反应（注：苯环无碳碳双键，而是一种介于单键与双键的独特的键）；一种是普遍的燃烧
取代反应
苯环上的氢原子在一定条件下可以被卤素、硝基、磺酸基、烃基等取代，生成相应的衍生物。由于取代基的不同以及氢原子位置的不同、数量不同，可以生成不同数量和结构的同分异构体。
苯环的电子云密度较大，所以发生在苯环上的取代反应大都是亲电取代反应。亲电取代反应是芳环有代表性的反应。苯的取代物在进行亲电取代时，第二个取代基的位置与原先取代基的种类有关。
卤代反应
苯的卤代反应的通式可以写成：
PhH+X2—催化剂（FeBr3/Fe）→PhX+HX
反应过程中，卤素分子在苯和催化剂的共同作用下异裂，X+进攻苯环，X-与催化剂结合。
以溴为例，将液溴与苯混合，溴溶于苯中，形成红褐色液体，不发生反应，当加入铁屑后，在生成的溴化铁的催化作用下，溴与苯发生反应，混合物呈微沸状，反应放热有红棕色的溴蒸汽产生，冷凝后的气体遇空气出现白雾（HBr）。催化历程：
2FeBr3+Br2→2FeBr4
2PhH+Br2+2FeBr4→2PhBr+2FeBr3+2HBr
反应后的混合物倒入冷水中，有红褐色油状液团（溶有溴）沉于水底，用稀碱液洗涤后得无色液体溴苯。
在工业上，卤代苯中以氯和溴的取代物最为重要。
硝化反应
苯和硝酸在浓硫酸作催化剂的条件下可生成硝基苯
PhH+HO-NO2 —H2SO4(浓）Δ→PhNO2+H2O
硝化反应是一个强烈的放热反应，很容易生成一取代物，但是进一步反应速度较慢。其中，浓硫酸做催化剂，加热至50~60摄氏度时反应，若加热至70~80℃时苯将与硫酸发生磺化反应，因此一般用水浴加热法进行控温。苯环上连有一个硝基后，该硝基对苯的进一步硝化有抑制作用，硝基为钝化基团。
磺化反应
用发烟硫酸或者浓硫酸在较高（70~80℃）温度下可以将苯磺化成苯磺酸。
PhH+H2SO4—Δ →PhSO3H+H2O
苯环上引入一个磺酸基后反应能力下降，不易进一步磺化，需要更高的温度才能引入第二、第三个磺酸基。这说明硝基、磺酸基都是钝化基团，即妨碍再次亲电取代进行的基团。
傅-克反应
在AlCl3催化下，苯也可以和醇、烯烃和卤代烃反应，苯环上的氢原子被烷基取代生成烷基苯。这种反应称为烷基化反应，又称为傅-克烷基化反应。例如与乙烯烷基化生成乙苯：
PhH+CH2=CH2—AlCl3→PhCH2CH3
在反应过程中，R基可能会发生重排：如1-氯丙烷与苯反应生成异丙苯，这是由于自由基总是趋向稳定的构型。
在强硫酸催化下，苯与酰卤化物或者羧酸酐反应，苯环上的氢原子被酰基取代生成酰基苯。反应条件类似烷基化反应，称为傅-克反应。例如与乙酰氯的反应:
PhH+CH3COCl—AlCl3→PhCOCH3+HCl
Blanc氯甲基化反应
氯甲基苯可通过苯与甲醛、氯化氢在无水氯化锌作用下反应制得，此反应称为Blanc氯甲基化（chloromethylation）反应，是在芳环上引入取代基的重要方法。
PhH+HCHO+HCl—ZnCl2→PhCH2Cl+H2O
Gattermann-Koch反应
在加压或氯化亚铜催化下，苯或其他芳香化合物与一氧化碳、氯化氢反应，生成芳香醛，称为Gattermann-Koch反应。
PhH+CO—CuCl2/HCl→PhCHO
加成反应
苯环虽然很稳定，但是在一定条件下也能够发生双键的加成反应。通常经过催化加氢，镍作催化剂，苯可以生成环己烷，但反应极难。
此外由苯生成六氯环己烷（六六六）的反应可以在紫外线照射的条件下，由苯和氯气加成而得。该反应属于苯和自由基的加成反应。
氧化反应
苯和其他的烃一样，都能燃烧。当氧气充足时，产物为二氧化碳和水。但在空气中燃烧时，火焰明亮并有浓黑烟。这是由于苯中碳的质量分数较大。
2C6H6+15O2—点燃→12CO2+6H2O
苯本身不能和酸性KMnO4溶液反应，但在苯环连有直接连着H的C后，可以使酸性KMnO4溶液褪色。
苯在特定情况下也可被臭氧氧化，产物是乙二醛。这个反应可以看作是苯的离域电子定域后生成的环状多烯烃发生的臭氧化反应。
在一般条件下，苯不能被强氧化剂所氧化。但是在氧化钼等催化剂存在下，与空气中的氧反应，苯可以选择性的氧化成顺丁烯二酸酐。这是屈指可数的几种能破坏苯的六元碳环系的反应之一。
还原反应
澳大利亚化学家伯奇（A. J. Birch）发现，碱金属（钠、钾或锂）在液氨与醇（乙醇、异丙醇或二级丁醇）的混合液中，与芳香化合物反应，苯环可被还原成1,4-环己二烯类化合物，该反应被称为Birch还原。
配位反应
苯及取代苯均可与过渡金属形成π配合物。例如钛蒸汽与苯蒸汽混合，并用液氮冷却至-196 ℃可以得到钛的苯配合物。
光照异构化
苯在强烈光照的条件下可以转化为杜瓦苯（Dewar苯）：杜瓦苯的性质十分活泼（苯本身是稳定的芳香状态，能量很低，而变成杜瓦苯则需要大量光能，所以杜瓦苯能量很高，不稳定）。
在激光作用下，则可转化成更活泼的棱晶烷：棱晶烷呈现立体状态，导致碳原子sp3杂化轨道形成的π键间有较大的互斥作用，所以更加不稳定。
其他
苯在高温下，用铁、铜、镍做催化剂，可以发生缩合反应生成联苯。和甲醛及次氯酸在氯化锌存在下可生成氯甲基苯和乙基钠等烷基金属化物反应可生成苯基金属化物。在四氢呋喃、氯苯或溴苯中和镁反应可生成苯基格氏试剂。
苯不会与高锰酸钾反应褪色，与溴水混合只会发生萃取，而苯及其衍生物中，只有在苯环侧链上的取代基中与苯环相连的碳原子与氢相连的情况下才可以使高锰酸钾褪色（本质是氧化反应），这一条同样适用于芳香烃（取代基上如果有不饱和键则一定可以与高锰酸钾反应使之褪色）。这里要注意：①仅当取代基上与苯环相连的碳原子；②这个碳原子要与氢原子相连（成键）。
至于溴水，苯及苯的衍生物以及饱和芳香烃只能发生萃取（条件是取代基上没有不饱和键，不然依然会发生加成反应）。
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有机化合物
苯与芳香烃
苯与芳香烃
在烃类化合物中，有很多分子里含有一个或多个苯环，这样的化合物属于芳香烃，苯是最简单的芳香烃。
集合｛芳香族化合物（含苯环即是）｝
真包含集合｛芳香烃（含苯环，属于烃）｝
真包含集合｛苯的同系物（含1个苯环，通式符合CnH2n-6｝
苯的物理性质
苯是一种无色、有特殊气味的液体，有毒，不溶于水。苯易挥发。沸点为80.1C，熔点5.5C，常温下密度为0.88 g / cm 3。
苯是一种重要的化工原料和有机溶剂。
苯的分子结构（分子式C6H6）
实验证明：
苯不能使溴的四氯化碳溶液褪色，也不能被酸性高猛酸钾溶液氧化，
这说明苯分子中不存在碳碳双键，也不具有碳碳单键和碳碳双键交替出现的结构。研究表明，苯分子的碳碳键是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊共价键。
苯分子中6个碳原子连接成平面正六边形，
每个碳原子分别结合1个氢原子，
分子中6个碳原子和6个氢原子完全等价。
人们称苯的这种特殊结构为苯环结构。
苯的化学表达方式
苯的化学性质
1．取代反应
(1）苯和溴在 FeBrs 催化下可以发生反应，生成溴苯。
纯净的溴苯是一种无色液体，有特殊气味，不溶于水，密度比水的大。
PhH+Br2—FeBr3→PhBr+HBr
(2）在浓硫酸作用下，苯在50~60C与硝酸发生硝化反应，生成硝基苯。
纯净的硝基苯是一种无色液体，有苦杏仁味，不溶于水，密度比水的大。
PhH+HO-NO2 —H2SO4(浓）Δ→PhNO2+H2O
(3）苯与浓硫酸在70~80℃ C 可以发生磺化反应，生成苯磺酸。
苯磺酸易溶于水，是一种强酸，可以看作是硫酸分子里的一个基被苯环取代的产物。
2．加成反应
在以 Pt 、 N 等为催化剂并加热、加压的条件下，苯能与氢气发生加成反应，生成环己烷。
C6H6+3H2—催化剂 Δ →C6H12
苯反应的特点：易取代，难加成（可以根据苯分子结构提出合理解释）
3．苯的燃烧
苯具有可燃性，在空气里燃烧时火焰明亮，产生浓重的黑烟。
2C6H6+15O2—点燃→12CO2+6H2O
1．苯不能使酸性高猛酸钾溶液褪色
2．苯不能使澳的四氯化碳溶液褪色
3．苯不能使溴水因加成反应而褪色（褪色原因是萃取）
进一步说明了苯环中的碳碳键是介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊共价键
苯的同系物（选择性必修三）
苯环上的氢原子被烷基取代所得到的一系列产物称为苯的同系物，
其通式为CnH2n-6( n ≥7)。苯的同系物一般是具有类似苯的气味的无色液体，不溶于水，易溶于有机溶剂，密度比水的小。
规律性：随着碳原子数的递增，苯的同系物的熔、沸点升高，密度增大，但都小于水的密度。
苯的同系物化学性质（选择性必修三）
苯的同系物与苯都含有苯环，在一定条件下发生溴代、硝化和催化加氢反应。但由于苯环与烷基的相互作用，苯的同系物的化学性质与苯又有所不同。
1．氧化反应
(1）燃烧反应通式：CnH(3n-3)/2O2—点燃→nCO2+(n-3)H2O
(2）与强氧化剂反应：苯的同系物大多数能被酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色
①烷基上与苯环直接相连的碳原子上必须有氢原子，才能被酸性高猛酸钾氧化；
②无论侧链烃基有多少个 C 原子，烃基均被氧化为﹣COOH。
2．取代反应﹣硝化反应
甲苯与浓硝酸和浓硫酸的混合物在加热条件下可以发生取代反应，生成一硝基取代物、二硝基取代物和三硝基取代物，硝基取代的位置均以甲基的邻、对位为主。
2,4,6﹣三硝基甲苯又叫梯恩梯（ TNT )，是一种淡黄色晶体，不溶于水。它是一种烈性炸药，广泛用于国防、采矿、筑路、水利建设等
3．取代反应﹣卤代反应
在光照条件下，甲苯与氯气发生取代反应时，氯原子取代甲基上的氢原子。反应后可能的有机产物是甲基上的氢原子分别被1个、2个或3个氯原子取代所生成的氯甲基苯。
在 FeBr3的催化下，甲苯与澳发生取代反应生成的一澳代甲苯主要有两种：邻澳甲苯和对澳甲苯。甲基的存在活化了苯环上处于甲基邻位和对位的氢原子，使相应的 C - H 更容易断裂，发生取代反应。该反应对反应条件的要求更低。
4．加成反应
在 Pt 作催化剂和加热的条件下，甲苯可以与氢气发生加成反应。
稠环芳香烃（选择性必修三）
概念：由两个或两个以上的苯环共用相邻的两个碳原子的芳香烃是稠环芳香烃。
