Aromatiske hydrokarboner derivater kjemiske egenskaper. Polynukleære aromatiske hydrokarboner

II.3. Kondenserte aromatiske hydrokarboner

Hückels regel om aromatisiteten til et (4n+2) elektronsystem ble avledet for monosykliske systemer. Til polysykliske sammensmeltede (dvs. som inneholder flere benzenringer med felles toppunkter) systemer, kan det overføres for systemer som har atomer som er felles for to sykluser, for eksempel for naftalen, antracen, fenantren, bifenylen vist nedenfor: (note 12)

For forbindelser som har minst ett atom til felles tre sykluser (for eksempel for pyren), Hückels regel ikke aktuelt.

Bicykliske annulener - naftalen eller azulen er de elektroniske analogene til -annulener med ti -elektroner (se avsnitt ii.2). Begge disse forbindelsene har aromatiske egenskaper, men naftalen er fargeløst, og azulen er farget mørkeblått, siden et betydelig bidrag til strukturen er laget av en bipolar struktur, som er en kombinasjon av cyklopentadienylanionkjerner og tropyliumkation:

Reaktiviteten til kondenserte aromatiske hydrokarboner er litt økt sammenlignet med monosykliske arener: de blir lettere oksidert og redusert, og går inn i addisjons- og substitusjonsreaksjoner. For årsaker til denne forskjellen i reaktivitet, se avsnitt II.5.

II.4. Hydrokarboner med isolerte benzenkjerner. Trifenylmetaner.

Av hydrokarboner med isolerte benzenkjerner er de mest interessante di- og tri-fenylmetaner, samt bifenyl (note 13) Egenskapene til benzenkjerner i di- og trifenylmetaner er de samme som i vanlige alkylbenzener. Det særegne ved deres kjemiske oppførsel manifesteres i eiendommer S-N forbindelser alifatisk ("metan") del av molekylet. Enkel hetero- eller homolytisk spaltning av denne bindingen avhenger først og fremst av muligheten for delokalisering av den resulterende positive eller negative ladningen (i tilfelle heterolytisk brudd) eller elektronfeilparing (i tilfelle homolytisk brudd). I di- og spesielt i tri-fenylmetan-systemet er muligheten for slik delokalisering ekstremt høy.

La oss først vurdere evnen til fenylerte metaner til CH-dissosiasjon sammenheng med protonabstraksjon( CH-surhet ). Styrken til CH-syrer, som vanlige protiske OH-syrer, bestemmes av stabiliteten, og derfor lette dannelsen, til de tilsvarende anionene (i dette tilfellet karbanioner). Stabiliteten og lette dannelsen av anioner bestemmes i sin tur av muligheten for delokalisering av den negative ladningen i dem. Hver benzenring assosiert med et benzylkarbonatom kan ta del i delokaliseringen av den negative ladningen som oppstår på den, som kan representeres ved bruk av grense (resonans) strukturer:

For difenylmetan kan syv grensestrukturer avbildes:

og for trifenylmetan - ti:

Siden evnen til å delokalisere øker med antall mulige grensestrukturer, bør di- og spesielt trifenylmetylanioner være spesielt stabile (note 14) I denne forbindelse kan det forventes at CH-surheten til metaner vil øke med en økning i. antall fenylringer, som kan ta del i delokaliseringen av ladningen på det sentrale karbonatomet, dvs. stige i rang

CH 4< С 6 Н 5 СН 3 < (С 6 Н 5) 2 СН 2 < (С 6 Н 5) 3 СН

p-verdier K a av disse hydrokarbonene, bestemt ved spesielle metoder, bekrefter denne antakelsen. Difenylmetan (s K a 33) har omtrent samme surhetsgrad som ammoniakk og trifenylmetan (s K a 31.5) - gnir-butanol; trifenylmetan mer enn 10 10 ganger surere enn metan (s K a~ 40).(note 15)

Kirsebærfarget trifenylmetylnatrium fremstilles vanligvis ved å redusere trifenylklormetan med natriumamalgam:

I motsetning til konvensjonelle CH-bindinger sp 3-hybrid karbonatom, benzyl C-H binding tri- par- nitrofenylmetan spaltes heterolytisk av alkoholalkali:

I sistnevnte tilfelle, i tillegg til tre benzenkjerner, deltar tre nitrogrupper i tillegg i delokaliseringen av den negative ladningen i anionet.

En annen type heterolytisk spaltning av en benzyl CH-binding er abstraksjonen av et hydrid-anion med dannelse av det tilsvarende karbokasjoner benzyl type:

Siden benzenringer er i stand til å stabilisere både positive og negative ladninger, fenylerte metaner Ved hydrid mobilitet hydrogen i den alifatiske delen vil danne samme serie som ved protonmobilitet, dvs. CH 4< С 6 Н 5 СН 3 < (С 6 Н 5) 2 СН 2 < (С 6 Н 5) 3 СН.

Imidlertid er det generelt vanskelig å eksperimentelt sammenligne den enkle abstraksjonen av et hydrid-anion, siden svært aktive Lewis-syrer vanligvis brukes for å oppnå slik abstraksjon. Sammenlignende estimater kan enkelt gjøres ved å sammenligne mobiliteten til et halogen (vanligvis klor) under forhold S N 1-reaksjoner, siden i dette tilfellet, som i eliminering av hydrid-anion, er trinnet som bestemmer transformasjonshastigheten dannelsen av det tilsvarende karbokasjonen. Faktisk viste det seg at under de angitte forholdene har klor den største mobiliteten i trifenylklormetan, og den laveste i benzylklorid:

Ar-CR2-Cl ArCR2+ + Cl-; R = H eller R = Ar

reaksjonshastighet: (C 6 H 5) 3 C-Cl > (C 6 H 5) 2 CH-Cl > C 6 H 5 CH 2 -Cl

Reaktiviteten til klor i den første av dem ligner den i syreklorider av karboksylsyrer, og i den andre - i allylklorid. Nedenfor er data om relative hastigheter for solvolyse av R-Cl-klorider i maursyre ved 25 o C:

R-Cl + HCOOH R-O-C(O)H + HCl

Sammenlignende stabilitet av trifenylmetyl ( trityl ) kation er også bekreftet av mange andre eksperimentelle data. Et eksempel er den enkle dannelsen av dets salter med ikke-nukleofile anioner, hvis løsninger i polare aprotiske løsningsmidler er elektrisk ledende (og har derfor en ionisk struktur) og er karakteristisk gulfarget:

Det samme er bevist av evnen til trifenylklormetan til å dissosiere til trifenylmetylkation og kloridanion i en løsning av flytende svoveldioksid:

Stabiliteten til trifenylmetylkation kan økes ytterligere ved å innføre det i benzenringer elektrondonerende grupper(for eksempel amino-, alkyl- og dialkylamino-, hydroksyl, alkoksy). En ytterligere økning i stabiliteten til karbokatet fører til en situasjon hvor det blir stabil i vandig løsning, det vil si reaksjonslikevekten

flyttet til venstre. Slike tritylkationer er ikke bare stabil, men også malt. Et eksempel er det intenst lilla tri(4-dimetylaminofenyl)metylkationen. Kloridet brukes som et fargestoff kalt " krystallfiolett ". I krystallfiolett er den positive ladningen spredt mellom de tre nitrogenatomene og ni karbonatomene i benzenkjernene. Deltakelse av en av tre par-dimetylaminofenylsubstituenter i delokaliseringen av positiv ladning kan reflekteres ved å bruke følgende grensestrukturer:

Alle trifenylmetanfargestoffer som inneholder amin eller substituerte amingrupper i benzenringen får farge i et surt miljø, som, som vist ovenfor i eksemplet med krystallfiolett, bidrar til utseendet til en struktur med en utvidet konjugasjonskjede (struktur I i diagrammet ) - den såkalte quinoid struktur . Nedenfor er formlene for de vanligste trifenylmetanfargestoffene.

Benzenkjerner bør ha en effekt lik den som er diskutert ovenfor for trifenylmetylanioner og kation på stabiliteten trifenylmetyl radikal . I det siste tilfellet ble det lett å bryte bindingen sentralt atom karbon med en "ikke-fenyl"-substituent skyldes, til en viss grad, andre årsaker. Faktum er at i trifenylmetan, trifenylklormetan, trifenylkarbinol, etc. det sentrale karbonatomet ligger i sp 3-hybrid tilstand og har følgelig en tetraedrisk konfigurasjon. Av denne grunn er ikke fenylkjernene plassert i samme plan og ikke sammenkoblet. Når man går til et trifenylmetylkation (heterolytisk spaltning) eller et radikal (homolytisk spaltning), havner det sentrale karbonatomet i sp 2-hybrid tilstand; Som et resultat blir strukturen flatet ut (note 17) og interaksjonen (konjugasjonen) mellom de tre fenylkjernene forbedres. Dette kompenserer delvis for energikostnadene knyttet til den aktuelle dissosiasjonen og letter den dermed.

Trifenylmetyl radikal

kan genereres fra det tilsvarende kloridet ved virkningen av sink, kobber eller sølv, som i dette tilfellet fungerer som elektrondonorer:

Dette radikalet er ganske stabilt og dimeriserer bare delvis i fortynnede løsninger (eter, benzen). I lang tid ble strukturen til heksafenyletylen tilskrevet denne dimeren, men det viste seg at det faktisk, under dimerisering, oppstår en binding mellom det sentrale karbonatomet til ett radikal og par-posisjonen til en av fenylkjernene til et annet radikal:

Tilsynelatende, i det aktuelle tilfellet, angriper en trifenylmetylradikal minst romlig vanskelig sted et annet, og naturligvis et av de stedene som er involvert i delokaliseringen av det uparrede elektronet.

Graden av dissosiasjon av slike dimerer avhenger sterkt av arten av arylradikalene. Således, i en 0,1 M benzenløsning ved 25 o dimeriseres trifenylmetylradikalet med 97%, og tri-4-nitrofenylmetylradikalet dimeriserer ikke i det hele tatt.

POLYSYKLISKE AROMATISKE HYDROKARBONER MED ISOLERTE SYKLER

Aromatiske hydrokarboner med flere benzenringer er delt inn i:

1. Hydrokarboner med ikke-kondenserte sykluser. Disse inkluderer bifenyl og di- og trifenylmetaner.

2. Hydrokarboner med kondenserte sykluser. Disse inkluderer naftalen, antracen og fenantren.

Bifenylgruppe

Definisjon: Aromatiske forbindelser der to (eller flere) ringer (ringer) er koblet til hverandre med en enkeltbinding kalles polysykliske aromatiske hydrokarboner med isolerte ringer.

Bifenyl betraktes som et eksempel:

I industrien produseres bifenyl ved pyrolyse av benzen:

En laboratoriefremgangsmåte er virkningen av natrium eller kobber på jodbenzen eller i nærvær av elektrontiltrekkende substituenter i arylhalogenider som øker mobiliteten til halogenet i kjernen:

Bifenyl – krystallinsk substans med T pl. 70°C, kp. 254 0 C. Termodynamisk stabil. Den brukes i industrien som en høytemperaturkjølevæske.

Bifenyl deltar i elektrofile aromatiske substitusjonsreaksjoner mye mer aktivt enn benzen. Bromering av bifenyl med en ekvimolar mengde brom fører til dannelse av 4-brombifenyl. Overskudd av brom fører til dannelse av 4,4`-dibrombifenyl:

Bifenylnitrering, Friedel-Crafts akselerasjon og andre elektrofile aromatiske substitusjonsreaksjoner foregår på samme måte.

Polyfenylmetaner

Definisjon: Aromatiske forbindelser hvor fra to til fire benzenringer er koblet til ett karbonatom, som er i en tilstand av sp 3 hybridisering.

Grunnleggeren av den homologe serien av polyfenylmetan er toluen, følgende forbindelse er difenylmetan:

Di- og trifenylmetan fremstilles ved bruk av benzen ved å bruke Friedel-Crafts-reaksjonen på to metoder:

1. Fra metylenklorid og kloroform:

2. Fra benzylklorid og benzylidenklorid:

Difenylmetan er et krystallinsk stoff med T pl. 26-27 0 C, har lukten av appelsin.

Oksydasjonen av difenylmetan produserer benzofenon:

Strukturen til trifenylmetan danner grunnlaget for de såkalte trifenylmetanfargestoffene:

1. Malakittgrønn (zelenka) oppnås ved Friedel-Crafts-reaksjonen:

2. Fenolftalein.

Fremstilt ved omsetning av fenol og ftalsyreanhydrid (ftalsyreanhydrid) i nærvær av svovelsyre:

KONDENSERT BENZOIDHYDROKARBONER

Hydrokarboner som inneholder to eller flere benzenringer som deler to karbonatomer kalles kondenserte benzenoidhydrokarboner.

Naftalen

Den enkleste av de kondenserte benzenoidhydrokarbonene er naftalen:

Posisjoner 1,4,5 og 8 er betegnet "α", posisjoner 2, 3,6,7 er betegnet "β".

Metoder for å skaffe.

Hovedtyngden av naftalen er hentet fra kulltjære.

I laboratorieforhold naftalen kan oppnås ved å føre benzen og acetylendamp over trekull:

Dehydrocyklisering over platina av benzenhomologer med en sidekjede på fire eller flere karbonatomer:

Ifølge reaksjonen av dien syntese av 1,3-butadien med n-benzokinon:

Naftalen er et krystallinsk stoff med T pl. 80 0 C, preget av høy flyktighet.

Naftalen gjennomgår lettere elektrofile substitusjonsreaksjoner enn benzen. I dette tilfellet blir den første substituenten nesten alltid i α-posisjonen:

Inntreden av et elektrofilt middel i β-posisjonen observeres sjeldnere. Som regel skjer dette under spesifikke forhold. Spesielt fortsetter sulfoneringen av naftalen ved 60°C som en kinetisk kontrollert prosess med den dominerende dannelsen av 1-naftalensulfonsyre. Naftalensulfonering ved 160 °C fortsetter som en termodynamisk kontrollert prosess og fører til dannelse av 2-naftalensulfonsyre:

Når en andre substituent introduseres i et naftalenmolekyl, bestemmes orienteringen av naturen til substituenten som allerede er tilstede i den. De elektrondonerende substituentene som finnes i naftalenmolekylet dirigerer angrepet til samme ring i 2. og 4. posisjon.

Når det gjelder kjemiske egenskaper, er bifenyl en typisk aromatisk forbindelse. Det er preget av S E Ar-reaksjoner. Det er lettest å tenke på bifenyl som benzen som bærer en fenylsubstituent. Sistnevnte viser svake aktiverende egenskaper. Alle reaksjoner som er typiske for benzen forekommer også i bifenyl.

Siden arylgruppen er orto- Og par-orienterende, S E Ar-reaksjoner forekommer hovedsakelig i par-posisjon. Ortho-isomer er et biprodukt på grunn av sterisk hindring.

Di- og trifenylmetaner

Di- og trifenylmetaner er homologer av benzen, der det tilsvarende antall hydrogenatomer er erstattet med fenylrester. Benzenringer separert sp 3-hybridisert karbonatom, som forhindrer konjugering. Ringene er fullstendig isolert.

Metoder for å oppnå difenylmetan:

S E Ar-reaksjoner oppstår i orto- Og par-posisjoner av benzenringer av difenylmetan.

Fremstilling av trifenylmetan og dets derivater:

Et særtrekk ved trifenylmetanderivater er høy mobilitet et hydrogenatom bundet til et tetraedrisk karbon.

Trifenylmetan viser markert surhet, og reagerer med natriummetall for å danne det meget stabile trifenylmetylanionet.

Trifenylklormetan i vandig løsning dissosieres for å danne et stabilt karbokation.

I noen trifenylmetanderivater kan spaltningen av CH-bindingen skje homolytisk med dannelse av trifenylmetylradikal, kronologisk det første av de oppdagede stabile frie radikalene.

Årsakene til den høye stabiliteten til trifenylmetylkation, anion og radikal kan forstås ved å vurdere strukturen til kationet. Hvis vi skildrer trifenylmetylkationen ved bruk av grensestrukturer, blir det klart at den ledige orbitalen til det sentrale karbonatomet er konjugert med p-elektronene til benzenringene.

Forelesning nr. 21

Polynukleære aromatiske hydrokarboner og deres derivater.

· Polynukleære aromatiske hydrokarboner med kondenserte kjerner. Lineære og kantete polysykliske hydrokarboner. Isolere dem fra kulltjære. Kreftfremkallende egenskaper av polysykliske hydrokarboner Sikkerhetstiltak ved arbeid med aromatiske hydrokarboner.

· Naftalen. Isomerisme og nomenklatur av derivater. Struktur, aromatisitet. Kjemiske egenskaper til naftalen og dets derivater: oksidasjon, katalytisk hydrogenering og reduksjon med natrium i flytende ammoniakk, aromatiske elektrofile substitusjonsreaksjoner. (effekt av substituenter på orientering, aktivitet av a-posisjon).

· Antracen. Nomenklatur, struktur, aromatisitet (sammenlignet med benzen og naftalen), isomerisme av derivater. Reaksjoner av oksidasjon og reduksjon, elektrofil addisjon og substitusjon. Mesoposisjonsaktivitet.

· fenantren. Nomenklatur, struktur, aromatisitet (sammenlignet med benzen og naftalen). Reaksjoner av oksidasjon, reduksjon, elektrofil substitusjon og addisjon.

Kondenserte aromatiske hydrokarboner

Polysykliske aromatiske forbindelser kan være lineære, kantete eller perisykliske.

Polysykliske forbindelser er isolert fra kulltjære. Mange av dem har en uttalt kreftfremkallende effekt. Jo flere sykluser, jo mer sannsynlig er det kreftfremkallende.

Naftalen

Den enkleste bicykliske aromatiske forbindelsen.

Selv om molekylformelen indikerer den umettede naturen til naftalen, er egenskapene typiske for aromatiske forbindelser. Naftalen tilfredsstiller de strukturelle kriteriene for aromatisitet. Et syklisk plan system som har en kontinuerlig konjugasjonskjede, der 10 p-elektroner deltar. Det bør huskes at Hückel formulerte sin regel (4n + 2) for monosykliske systemer. Når det gjelder naftalen, antas det at hver ring inneholder 6 delokaliserte elektroner, og ett av parene er felles for begge ringene. Konjugering vises ved å bruke kanoniske strukturer:

Som et resultat: over og under syklusplanet er det p-elektronskyer formet som en åttefigur. 20.1.

Ris. 20.1. Form av p-elektronskyer av naftalenmolekyl

I møllkuler er ikke alle C-C-bindinger like. Lengden av C1-C2 er således 1,365 Å, og C2-C3 er 1,404 Å. Konjugasjonsenergien til naftalen er 61 kcal/mol, som er mindre enn det dobbelte av delokaliseringsenergien til benzen (2x36 kcal/mol). Den andre syklusen bidrar mindre til konjugasjonen enn den første. Naftalen er mindre aromatisk enn benzen. Å forstyrre aromatisiteten til en av syklusene krever bare 25 kcal/mol, noe som gjenspeiles i reaksjonene.

Reaksjoner

Oksydasjonen av naftalen fortsetter på samme måte som oksidasjonen av benzen.

Den resulterende ftalsyren under reaksjonsbetingelsene blir til ftalsyreanhydrid, som frigjøres som et resultat av reaksjonen.

Reduksjonsreaksjoner illustrerer også den lavere aromatisiteten til naftalen sammenlignet med benzen. Naftalen kan hydrogeneres med kjemiske reduksjonsmidler under milde forhold.

Aromatiske elektrofile substitusjonsreaksjoner

Generelt forløper S E Ar-reaksjoner i naftalen i henhold til den generelle mekanismen diskutert tidligere. Det særegne ved reaksjoner i naftalenserien er at monosubstituerte naftalener eksisterer i form av to isomerer (1- og 2-derivater). Egenskapene til S E Ar-reaksjoner vurderes ved å bruke eksemplet på en nitreringsreaksjon, hvor hovedproduktet er 1-nitronaftalen (2-isomerer er spor).

Nøkkelstadiet i reaksjonen er dannelsen av et s-kompleks, som det kan være to av. Det er nødvendig å bestemme de strukturelle faktorene som stabiliserer eller destabiliserer mellomproduktet. På dette grunnlaget kan substitusjonsforløpet forutsies og forklares. La oss vurdere strukturen til mulige mellomprodukter.

Når en elektrofil angriper posisjon 1 av naftalen, dannes et s-kompleks, hvis struktur kan beskrives av to grensestrukturer hvor benzenringen holdes tilbake. Slike strukturer er mer stabile på grunn av benzenkonjugering. Når en elektrofil angriper posisjon 2, kan bare én energisk gunstig struktur tegnes.

Det kan konkluderes med at det elektrofile angrepet ved posisjon 1 av naftalen fører til et mer stabilt s-kompleks enn reaksjonen i posisjon 2.

Aromatiske hydrokarboner- forbindelser av karbon og hydrogen, hvis molekyl inneholder en benzenring. De viktigste representantene for aromatiske hydrokarboner er benzen og dets homologer - produkter av erstatning av ett eller flere hydrogenatomer i et benzenmolekyl med hydrokarbonrester.

Strukturen til benzenmolekylet

Den første aromatiske forbindelsen, benzen, ble oppdaget i 1825 av M. Faraday. Dens molekylære formel ble etablert - C6H6. Hvis vi sammenligner dens sammensetning med sammensetningen av et mettet hydrokarbon som inneholder samme antall karbonatomer - heksan (C 6 H 14), så kan vi se at benzen inneholder åtte færre hydrogenatomer. Som kjent fører utseendet til flere bindinger og sykluser til en reduksjon i antall hydrogenatomer i et hydrokarbonmolekyl. I 1865 foreslo F. Kekule sin strukturformel som cykloheksantrien-1,3,5.

Således inneholder et molekyl som tilsvarer Kekulé-formelen dobbeltbindinger, derfor må benzen være umettet, dvs. lett gjennomgå addisjonsreaksjoner: hydrogenering, bromering, hydrering, etc.

Imidlertid har data fra en rekke eksperimenter vist det benzen gjennomgår tilsetningsreaksjoner bare under tøffe forhold(ved høye temperaturer og belysning), motstandsdyktig mot oksidasjon. De mest karakteristiske reaksjonene for det er substitusjonsreaksjoner Derfor er benzen mer karakteristisk for mettede hydrokarboner.

For å prøve å forklare disse avvikene, har mange forskere foreslått forskjellige alternativer for strukturen til benzen. Strukturen til benzenmolekylet ble til slutt bekreftet ved reaksjonen av dets dannelse fra acetylen. Faktisk er karbon-karbonbindingene i benzen ekvivalente, og deres egenskaper er ikke lik egenskapene til verken enkelt- eller dobbeltbindinger.

For tiden er benzen betegnet enten med Kekule-formelen eller med en sekskant der en sirkel er avbildet.

Så hva er spesielt med strukturen til benzen?

Basert på forskningsdata og beregninger ble det konkludert med at alle seks karbonatomer er i en tilstand av sp 2 hybridisering og ligger i samme plan. De uhybridiserte p-orbitalene til karbonatomene som utgjør dobbeltbindingene (Kekule-formelen) er vinkelrett på ringens plan og parallelle med hverandre.

De overlapper hverandre og danner et enkelt π-system. Dermed er systemet med alternerende dobbeltbindinger avbildet i Kekulés formel et syklisk system av konjugerte, overlappende π-bindinger. Dette systemet består av to toroidale (smultringlignende) områder med elektrontetthet som ligger på hver side av benzenringen. Dermed er det mer logisk å fremstille benzen som en vanlig sekskant med en sirkel i sentrum (π-systemet) enn som cykloheksantrien-1,3,5.

Den amerikanske vitenskapsmannen L. Pauling foreslo å representere benzen i form av to grensestrukturer som er forskjellige i fordelingen av elektrontetthet og stadig transformeres til hverandre:

Bondlengdemålinger bekrefter denne antagelsen. Det ble funnet at alle C-C-bindinger i benzen har samme lengde (0,139 nm). De er litt kortere enn enkeltstående C-C tilkoblinger(0,154 nm) og lengre enn doble (0,132 nm).

Det er også forbindelser hvis molekyler inneholder flere sykliske strukturer, for eksempel:

Isomerisme og nomenklatur av aromatiske hydrokarboner

Til benzenhomologer isomerisme av posisjonen til flere substituenter er karakteristisk. Den enkleste homologen til benzen er toluen(metylbenzen) - har ingen slike isomerer; følgende homolog presenteres som fire isomerer:

Grunnlaget for navnet på et aromatisk hydrokarbon med små substituenter er ordet benzen. Atomene i den aromatiske ringen er nummerert, fra senior stedfortreder til junior:

Hvis substituentene er like, da nummerering utføres langs den korteste veien: for eksempel substans:

kalt 1,3-dimetylbenzen, ikke 1,5-dimetylbenzen.

I følge den gamle nomenklaturen kalles posisjon 2 og 6 ortoposisjoner, 4 - paraposisjoner, 3 og 5 - metaposisjoner.

Fysiske egenskaper til aromatiske hydrokarboner

Benzen og dets enkleste homologer under normale forhold - svært giftige væsker med en karakteristisk ubehagelig lukt. De løser seg dårlig i vann, men godt i organiske løsemidler.

Kjemiske egenskaper til aromatiske hydrokarboner

Substitusjonsreaksjoner. Aromatiske hydrokarboner gjennomgår substitusjonsreaksjoner.

1. Bromering. Når man reagerer med brom i nærvær av en katalysator, jern(III)bromid, kan et av hydrogenatomene i benzenringen erstattes med et bromatom:

2. Nitrering av benzen og dets homologer. Når et aromatisk hydrokarbon reagerer med salpetersyre i nærvær av svovelsyre (en blanding av svovelsyre og salpetersyrer kalt en nitrerende blanding), er hydrogenatomet erstattet av en nitrogruppe - NO 2:

Ved å redusere nitrobenzen får vi anilin- et stoff som brukes til å oppnå anilinfargestoffer:

Denne reaksjonen er oppkalt etter den russiske kjemikeren Zinin.

Tilleggsreaksjoner. Aromatiske forbindelser kan også gjennomgå addisjonsreaksjoner til benzenringen. I dette tilfellet dannes cykloheksan og dets derivater.

1. Hydrogenering. Katalytisk hydrogenering av benzen skjer ved en høyere temperatur enn hydrogenering av alkener:

2. Klorering. Reaksjonen oppstår når den belyses med ultrafiolett lys og er fri radikal:

Kjemiske egenskaper til aromatiske hydrokarboner - oppsummering

Benzenhomologer

Sammensetningen av molekylene deres tilsvarer formelen CnH2n-6. De nærmeste homologene til benzen er:

Alle benzenhomologer etter toluen har isomerer. Isomerisme kan assosieres både med antallet og strukturen til substituenten (1, 2), og med posisjonen til substituenten i benzenringen (2, 3, 4). Tilkoblinger generell formel C 8 H 10 :

I henhold til den gamle nomenklaturen som ble brukt for å indikere den relative plasseringen av to identiske eller forskjellige substituenter på benzenringen, brukes prefiksene orto-(forkortet o-) - substituenter er lokalisert på nabokarbonatomer, meta-(m-) - gjennom ett karbonatom og par-(n-) - substituenter overfor hverandre.

De første medlemmene av den homologe serien av benzen er væsker med en spesifikk lukt. De er lettere enn vann. De er gode løsemidler. Benzenhomologer gjennomgår substitusjonsreaksjoner:

bromering:

nitrering:

Toluen oksideres av permanganat ved oppvarming:

Referansemateriale for å ta testen:

Periodesystemet

Løselighetstabell

Aromatiske hydrokarboner (arener) er forbindelser som inneholder et aromatisk system, som bestemmer deres generelle tegn i struktur og kjemiske egenskaper.

Metoder for fremstilling av aromatiske hydrokarboner
1. Benzen, toluen, xylener, naftalen– er isolert fra kulltjære dannet under koksingen av kull.
2. Noen typer olje inneholder benzen og toluen.
Men den viktigste måten å oppnå arener fra olje er dens aromatisering: katalytisk cyklisering og dehydrogenering av alkaner. For eksempel:

3. Fremstilling av alkylbenzener (Fradel-Crafts-reaksjon)

4. Fremstilling av bifenyl

Kjemiske egenskaper til aromatiske hydrokarboner

1. Elektrofile substitusjonsreaksjoner (SE)

Effekt av substituenter på hastighet og retning av reaksjonerSE.
Ulike substituenter endrer elektrontettheten i benzenringen, og den blir forskjellig på forskjellige karbonatomer.
Dette endrer hastigheten på SE-reaksjoner og gjør den forskjellig for forskjellige posisjoner i syklusen.

En spesiell posisjon er okkupert av halogensubstituenter:

På grunn av +M-effekten orienterer de reaksjonen mot orto- og para-posisjonene (som substituenter av den første typen), men deres –I-effekt overskrider den mesomere i absolutt verdi: den totale elektrontettheten i ringen avtar og SE-reaksjonshastigheten synker.