🔬 故事:苯的发现与"蛇咬尾巴"
1825 年法拉第从照明气体的冷凝液中发现苯;1865 年凯库勒提出六元环结构,据说是梦见"蛇咬住自己的尾巴"获得灵感。但凯库勒式(单双交替)无法解释苯的 6 个键等长、加成活性低——现代结构理论用大 π 键(6 个 p 电子云肩并肩形成整体)解决:电子不属于任何一根键,而是全体共享。苯环是芳香性的核心,也是 DNA 碱基、阿司匹林的骨架。
第 二 章 · 选择性必修第三册
烃
只含碳氢两种元素的化合物叫烃(音"听")——最简单的有机家族。单键的烷烃安分守己(只取代)、双键的烯烃活泼好动(爱加成)、三键的炔烃更烈、而苯用一个奇特的大 π 键温柔地介于两者之间。
2.1 烷烃(取代反应)
要点通式 CₙH₂ₙ₊₂
物理递变:随碳数增加,熔沸点升高(C₁~C₄ 气、C₅~C₁₆ 液、更多为固)、密度增大(均小于水)。
结构特点:全部单键(σ 键)、链状(可带支链)、四面体取向——稳定。
化学性质:① 取代(光照):CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl(连锁取代,产物为混合物);② 氧化:燃烧;不能使 KMnO₄ 褪色、不与溴水反应。
习惯命名:碳数 1~10 用甲乙丙丁戊己庚辛壬癸;含支链选最长链为主链、编号使取代基位次最小:2-甲基丁烷。
结构特点:全部单键(σ 键)、链状(可带支链)、四面体取向——稳定。
化学性质:① 取代(光照):CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl(连锁取代,产物为混合物);② 氧化:燃烧;不能使 KMnO₄ 褪色、不与溴水反应。
习惯命名:碳数 1~10 用甲乙丙丁戊己庚辛壬癸;含支链选最长链为主链、编号使取代基位次最小:2-甲基丁烷。
2.2 烯烃(加成与加聚)
要点C=C 双键两副面孔
通式 CₙH₂ₙ(含 1 个 C=C)。
加成反应:双键中的一个键断开、"加"上别的东西:
CH₂=CH₂ + Br₂ → CH₂BrCH₂Br(溴水褪色——检验 C=C) CH₂=CH₂ + H₂O →(催化) CH₃CH₂OH(乙烯水化制乙醇) 加聚反应:nCH₂=CH₂ →(催化) —[CH₂—CH₂]ₙ—(聚乙烯);丙烯 → 聚丙烯;取代乙烯可造聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯。
检验:使溴水与酸性 KMnO₄ 都褪色(区别苯);加成与氧化的区别:加成是"断了又接",氧化是"拆骨架"。
加成反应:双键中的一个键断开、"加"上别的东西:
CH₂=CH₂ + Br₂ → CH₂BrCH₂Br(溴水褪色——检验 C=C) CH₂=CH₂ + H₂O →(催化) CH₃CH₂OH(乙烯水化制乙醇) 加聚反应:nCH₂=CH₂ →(催化) —[CH₂—CH₂]ₙ—(聚乙烯);丙烯 → 聚丙烯;取代乙烯可造聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯。
检验:使溴水与酸性 KMnO₄ 都褪色(区别苯);加成与氧化的区别:加成是"断了又接",氧化是"拆骨架"。
2.3 炔烃
要点C≡C 三键
乙炔 C₂H₂:直线形分子(1σ + 2π);实验室用电石(CaC₂)与水反应:
CaC₂ + 2H₂O → C₂H₂↑ + Ca(OH)₂ (剧烈放热,用饱和食盐水减缓) 乙炔氧炔焰温度高达 3000 ℃(切割金属);同样能使溴水、KMnO₄ 褪色、能加成与加聚(聚乙炔可导电)。
CaC₂ + 2H₂O → C₂H₂↑ + Ca(OH)₂ (剧烈放热,用饱和食盐水减缓) 乙炔氧炔焰温度高达 3000 ℃(切割金属);同样能使溴水、KMnO₄ 褪色、能加成与加聚(聚乙炔可导电)。
⚠ 乙炔制备实验安全准则
- 电石极易吸水放热,密封保存;取用后立即盖紧瓶塞。
- 用饱和食盐水代替纯水反应(减缓速率防爆);不能用启普发生器(电石遇水粉化堵住通道,且反应剧烈放热)。
- 乙炔易燃易爆(爆炸极限 2.5%~80%),点燃前必须验纯;实验场所严禁明火靠近。
- 电石常含硫磷杂质使乙炔带臭味并含毒气(H₂S、PH₃),应在通风处制取;不得吸入。
2.4 芳香烃(苯)
要点特殊的大 π 键
苯 C₆H₆:平面正六边形,6 个碳完全等价——碳碳键是介于单键与双键之间的特殊键(大 π 键),不是"单双键交替"。
性质(两不像):① 不能使 KMnO₄/溴水反应褪色(但能萃取溴水中的溴——层间转移橙红色);② 既能取代又能加成:
苯 + Br₂ →(FeBr₃催化) 溴苯 + HBr(取代,需催化剂——与烷烃光照取代不同) 苯 + 3H₂ →(Ni,Δ) 环己烷(加成,较难) 苯 + 浓HNO₃ →(浓硫酸,55℃) 硝基苯 + H₂O(硝化) 苯的同系物:含苯环且侧链为烷基(甲苯 C₇H₈);苯环使侧链变活泼——甲苯能使 KMnO₄ 褪色(侧链被氧化),这是鉴别苯与甲苯的方法。
性质(两不像):① 不能使 KMnO₄/溴水反应褪色(但能萃取溴水中的溴——层间转移橙红色);② 既能取代又能加成:
苯 + Br₂ →(FeBr₃催化) 溴苯 + HBr(取代,需催化剂——与烷烃光照取代不同) 苯 + 3H₂ →(Ni,Δ) 环己烷(加成,较难) 苯 + 浓HNO₃ →(浓硫酸,55℃) 硝基苯 + H₂O(硝化) 苯的同系物:含苯环且侧链为烷基(甲苯 C₇H₈);苯环使侧链变活泼——甲苯能使 KMnO₄ 褪色(侧链被氧化),这是鉴别苯与甲苯的方法。