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71-43-2 / 苯(最簡單的芳香烴)

苯(Benzene)一種碳氫有機化合物,最簡單的芳香烴,分子式是C?H?。

一、研究簡史

苯是在1825年由英國科學家法拉第(即邁克爾·法拉第,Michael Faraday,1791-1867)首先發現的。當時法拉第將這種液體稱為“氫的重碳化合物”。

苯(最簡單的芳香烴)

對于如何確定苯的結構式,化學家們遇到了難題:苯的碳、氫比值如此之大,表明苯是高度不飽和的化合物,但它又不具有典型的不飽和化合物應具有的易發生加成反應的性質。

凱庫勒是一位極富想象力的學者,他曾提出了碳四價和碳原子之間可以連接成鏈這一重要學說。對苯的結構,他在分析了大量的實驗事實之后認為:這是一個很穩定的“核”,6個碳原子之間的結合非常牢固,而且排列十分緊湊,它可以與其他碳原子相連形成芳香族化合物。于是,凱庫勒集中精力研究這6個碳原子的“核”。

苯(最簡單的芳香烴)

關于凱庫勒悟出苯分子的環狀結構的經過,一直是化學史上的一個趣聞。1890年,在柏林市政大廳舉行的慶祝凱庫勒發現苯環結構25周年的大會上,據他自己說這來自于一個夢。那是他在比利時的根特大學任教時,一天夜晚,他在書房中打起了瞌睡,眼前又出現了旋轉的碳原子。碳原子的長鏈像蛇一樣盤繞卷曲,忽見一蛇抓住了自己的尾巴,并旋轉不停。他像觸電般地猛醒過來,整理苯環結構的假說,又忙了一夜。對此,凱庫勒說:“我們應該會做夢!……那么我們就可以發現真理,……但不要在清醒的理智檢驗之前,就宣布我們的夢。”

苯(最簡單的芳香烴)

應該指出的是,凱庫勒能夠從夢中得到啟發,成功地提出重要的結構學說,并不是偶然的。

苯(最簡單的芳香烴)

二、分子結構

苯的分子式是C?H?,由六個碳原子構成一個六元環,每個碳原子接一個氫原子。

苯(最簡單的芳香烴)

但實驗表明,苯不能使溴水或酸性KMnO4褪色,這說明苯中沒有碳碳雙鍵。研究證明,苯環主鏈上的碳原子之間并不是由以往所認識的單鍵和雙鍵排列(凱庫勒提出),每兩個碳原子之間的鍵均相同,是由一個既非雙鍵也非單鍵的鍵(大π鍵)連接。

苯(最簡單的芳香烴)

分子中所有鍵角均為120°,碳原子都采取sp2雜化。每個碳原子還剩余一個p軌道垂直于分子平面,每個軌道上有一個電子。6個軌道重疊形成離域大π鍵,萊納斯·鮑林提出的共振雜化理論認為,苯擁有共振雜化體是苯環非常穩定的原因。

苯(最簡單的芳香烴)

三、物理性質

苯是一種無色、有特殊氣味的液體,有致癌毒性。易揮發,常溫下密度為0.88 g·cm-3,難溶于水,易溶于有機溶劑,本身也可作為有機溶劑。

苯(最簡單的芳香烴)

四、化學性質

1、取代反應:

(1)鹵代反應

苯與液溴的取代反應:

苯(最簡單的芳香烴)苯(最簡單的芳香烴)

反應裝置

(2)苯的硝化反應

苯(最簡單的芳香烴)

苯(最簡單的芳香烴)

反應裝置

(2)苯的磺化反應

苯(最簡單的芳香烴)

2、加成反應

苯(最簡單的芳香烴)

3、氧化反應(不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色)

燃燒反應:

苯(最簡單的芳香烴)

現象:火焰明亮,伴有濃重的黑煙。

總結:易取代,能加成,難氧化。

五、主要用途

苯在工業上最重要的用途是做化工原料。苯可以合成一系列苯的衍生物,苯經取代反應、加成反應、氧化反應等生成的一系列化合物可以作為制取塑料、橡膠、纖維、染料、去污劑、殺蟲劑等的原料。大約10%的苯用于制造苯系中間體的基本原料。