【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來(lái)自學(xué)。不過(guò)這套叢書卻很適合像我這樣已接受過(guò)基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的備注。

【山話嵓語(yǔ)】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實(shí)還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過(guò)我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專業(yè)術(shù)語(yǔ)和計(jì)算模式的來(lái)由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒(méi)在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。? ?

第一章烴——Ⅲ環(huán)烴

§1-11苯

【01】環(huán)烴的另一大類是芳香烴。苯是最簡(jiǎn)單的芳香烴。芳香烴是芳香族化合物的母體。我們現(xiàn)在先研究苯。

苯的物理性質(zhì)

【02】苯是一種無(wú)色液體，帶有象汽油那樣的特殊氣味。比水輕，比重是0.87克/毫升。沸點(diǎn)是80.4℃，熔點(diǎn)是5.4℃。用冰來(lái)冷卻，就能凝固成無(wú)色晶體。苯不溶于水，但能溶于乙醚。

苯的分子結(jié)構(gòu)

【03】根據(jù)分析結(jié)果，求得苯的分子式是C?H?。

【04】從這個(gè)分子式來(lái)看，分子里碳原子的化合價(jià)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到飽和，與烷屬烴的通式CnH2n+2來(lái)比較，相差8個(gè)氫原子。但是通過(guò)實(shí)驗(yàn)，證明苯既不會(huì)被高錳酸鉀溶液所氧化，又不會(huì)跟溴水起加成反應(yīng)，它的性質(zhì)好象和飽和鏈烴相似。這種表面看來(lái)好象矛盾的現(xiàn)象，是由于苯分子具有特殊結(jié)構(gòu)的緣故。

【05】上面講過(guò)乙炔的聚合反應(yīng)（§1-8）【山注，化4-1-08第16/17段，傳送門CV22103959】：在氯化銅催化下，二個(gè)乙炔分子可以聚合成一個(gè)乙烯基乙炔分子CH?=CH—C≡CH；在活性炭催化下，三個(gè)乙炔分子可以聚合成一個(gè)苯分子。要是苯分子的結(jié)構(gòu)，也象鏈狀的乙烯基乙炔那樣的話，根據(jù)乙炔的叁鍵裂開后再行結(jié)合的可能，苯的結(jié)構(gòu)應(yīng)該是CH?=CH—C≡C—CH=CH?或CH≡C—CH?—CH?—C≡CH。在這兩種設(shè)想的鏈狀結(jié)構(gòu)里，都含有雙鍵或叁鍵，它們的性質(zhì)就應(yīng)該象烯烴或炔烴那樣，能跟高錳酸鉀溶液或溴水反應(yīng)。但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果不是如此。因此可以證明，由三個(gè)乙炔分子聚合的苯，不可能是鏈狀結(jié)構(gòu)。

【06】那末乙炔是怎樣聚合成苯的呢？從乙炔的結(jié)構(gòu)來(lái)推論，三個(gè)乙炔分子，它們都具有一個(gè)叁鍵，在相同的條件下，應(yīng)當(dāng)發(fā)生相同的變化，每一個(gè)乙炔分子的叁鍵都裂開了一個(gè)價(jià)鍵，而保留一個(gè)雙鍵。碳原子在一個(gè)鍵裂開之后和另一個(gè)分子的碳原子相結(jié)合，因此，6個(gè)碳原子間就成為三個(gè)單鍵和三個(gè)雙鍵的環(huán)。乙炔的聚合過(guò)程可以表示如下：

【07】苯的分子結(jié)構(gòu)在下面講到苯的化學(xué)性質(zhì)時(shí)，還可以進(jìn)一步得到證明。苯的結(jié)構(gòu)可以用下列幾種式子表示：

【08】這種特殊的結(jié)構(gòu)，叫做苯環(huán)。凡是在分子里含有一個(gè)或幾個(gè)苯環(huán)的有機(jī)物，叫做芳香族化合物。

【09】“芳香”兩字是沿用的舊名。遠(yuǎn)在有機(jī)化學(xué)發(fā)達(dá)以前，人們就已從一些芳香的樹脂中提煉出多種具有芳香氣味的物質(zhì)，把它們統(tǒng)稱為芳香族化合物。后來(lái)研究這些物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)它們都是屬于一種叫做苯的有機(jī)化合物的衍生物。于是芳香族化合物這個(gè)名稱就被沿用下來(lái)，專指苯和苯的衍生物。實(shí)際有許多苯的衍生物，不僅沒(méi)有香味，甚至還有難聞的臭味。所以，這個(gè)名稱，應(yīng)當(dāng)從結(jié)構(gòu)的角度上去領(lǐng)會(huì)它的意義而不要“以辭害意”。

苯的化學(xué)性質(zhì)

1、氧化反應(yīng)

【10】苯能在空氣里燃燒，生成二氧化碳和水。這是烴類的一般通性。燃燒時(shí)火焰明亮并發(fā)生濃煙，和乙炔的燃燒相似，這也是由于含碳量較多的緣故。苯不會(huì)被高錳酸鉀所氧化，即使加熱，也不起反應(yīng)。這說(shuō)明苯環(huán)結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)高的穩(wěn)定性。雖然有三個(gè)雙鍵存在，卻并不象不飽和鏈烴那樣活動(dòng)。

2、取代反應(yīng)

【11】苯分子里的氫原子在一定條件下，能被鹵素原子或其他原子團(tuán)所取代，成為苯的衍生物。例如，苯和溴可以發(fā)生取代反應(yīng)而生成溴苯。

【12】取大試管一支，配單孔塞，在孔內(nèi)插一支導(dǎo)管，導(dǎo)管另一端插入盛有蒸餾水的小試管中，并使導(dǎo)管口接近水面但不要浸入水中。裝置如圖1·11。

【13】在大試管里盛入苯1毫升和液溴1毫升，并無(wú)反應(yīng)發(fā)生，拔下塞子加入小鐵釘數(shù)只，再塞上塞子，則作用漸趨猛烈，管內(nèi)溶液發(fā)生沸騰狀態(tài)。臨近水面的導(dǎo)管口出現(xiàn)白霧，這是生成的溴化氫遇著水氣的現(xiàn)象。待反應(yīng)完畢，把大試管里的液體倒入盛有冷水的燒杯里，經(jīng)過(guò)幾次洗滌，可以得到無(wú)色、比水重的溴苯沉在杯底。再向小試管的水中如人硝酸銀溶液數(shù)滴，有淺黃色沉淀生成，這是溴化銀，證明反應(yīng)的副產(chǎn)物是溴化氫。

【14】苯跟溴的反應(yīng)過(guò)程的化學(xué)方程式如下：

【15】必須注意，進(jìn)行上面這個(gè)反應(yīng)，我們要用液態(tài)溴，不可用溴水，因?yàn)楸礁逅遣黄鸱磻?yīng)的。我們知道烯烴和炔烴能跟溴水起加成反應(yīng)，而使溴水褪色。由此可見，苯的性質(zhì)比烯烴、炔烴要穩(wěn)定。

【16】在其他催化劑的作用下，苯也能跟其他鹵素起取代反應(yīng)，生成各種苯的鹵代物及鹵化氫。從苯能跟鹵素起取代反應(yīng)，而又不會(huì)跟溴水或高錳酸鉀起反應(yīng)等方面來(lái)看，苯的性質(zhì)有些象飽和鏈烴。

3、加成反應(yīng)

【17】上面講過(guò)苯不會(huì)使溴水褪色，不象不飽和鏈烴那樣易于加成，但是把苯的蒸氣和氫氣混和，通過(guò)熱的裝有鎳粉作為催化劑的管子時(shí)就能進(jìn)行加成反應(yīng)，生成環(huán)己烷。

【18】從這個(gè)反應(yīng)來(lái)看，可以進(jìn)一步證明苯的分子結(jié)構(gòu)是環(huán)狀。因?yàn)槿绻擎湢畹脑?，?yīng)該每個(gè)苯分子中要跟8個(gè)氫原子加成，才能達(dá)到飽和。生成物應(yīng)該是鏈烴——已烷C?H???，F(xiàn)在實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，一個(gè)苯分子只是和6個(gè)氫原子進(jìn)行加成，而生成的是環(huán)己烷C?H??。.因此足證苯分子的結(jié)構(gòu)不是鏈狀而是環(huán)狀，并且具有三個(gè)雙鍵。

【19】從苯跟氫氣的加成反應(yīng)這一點(diǎn)來(lái)看，它的性質(zhì)又和不飽和鏈烴很相似，不過(guò)從反應(yīng)條件來(lái)比較，顯得比不飽和烴難于進(jìn)行。

【20】總之，苯是既具有飽和烴的性質(zhì)，又具有不飽和烴的性質(zhì)，而且它進(jìn)行取代反應(yīng)比飽和烴要容易，進(jìn)行加成反應(yīng)比不飽和烴要困難。