Kemične lastnosti derivatov aromatskih ogljikovodikov. Polinuklearni aromatski ogljikovodiki

II.3. Kondenzirani aromatski ogljikovodiki

Hücklovo pravilo o aromatičnosti (4n+2) elektronskega sistema je bilo izpeljano za monociklične sisteme. V policiklične spojene (tj. ki vsebujejo več benzenovih obročev s skupnimi oglišči) sisteme lahko prenesemo za sisteme, ki imajo skupne atome dva cikli, na primer za naftalen, antracen, fenantren, bifenilen, prikazani spodaj: (opomba 12)

Za spojine, ki imajo vsaj en skupni atom tri ciklov (na primer za piren), Hücklovo pravilo ni uporabno.

Biciklični anuleni - naftalen ali azulen so elektronski analogi -anulenov z desetimi -elektroni (glej razdelek ii.2). Obe spojini imata aromatične lastnosti, vendar je naftalen brezbarven, azulen pa temno moder, saj k njegovi strukturi pomembno prispeva bipolarna struktura, ki je kombinacija jeder ciklopentadienilnega aniona in tropilijevega kationa:

Reaktivnost kondenziranih aromatskih ogljikovodikov je nekoliko povečana v primerjavi z monocikličnimi areni: lažje se oksidirajo in reducirajo ter vstopajo v reakcije dodajanja in substitucije. Za razloge za to razliko v reaktivnosti glejte razdelek II.5.

II.4. Ogljikovodiki z izoliranimi benzenskimi jedri. trifenilmetani.

Od ogljikovodikov z izoliranimi benzenskimi jedri so najbolj zanimivi di- in tri-fenilmetani, pa tudi bifenil (opomba 13) Lastnosti benzenskih jeder v di- in trifenilmetanih so enake kot v navadnih alkilbenzenih. Posebnosti njihovega kemičnega obnašanja se kažejo v lastnosti S-N povezave alifatski ("metan") del molekule. Enostavnost hetero- ali homolitične cepitve te vezi je odvisna predvsem od možnosti delokalizacije nastalega pozitivnega ali negativnega naboja (v primeru heterolitskega preloma) ali napačnega spajanja elektronov (v primeru homolitičnega preloma). V di- in predvsem v tri-fenilmetanskem sistemu je možnost take delokalizacije izredno velika.

Najprej razmislimo o sposobnosti feniliranih metanov, da C-H disociacija povezava z abstrakcijo protonov( CH-kislost ). Moč CH kislin, tako kot običajnih protičnih OH kislin, določa stabilnost in s tem enostavnost tvorbe ustreznih anionov (v tem primeru karbanionov). Stabilnost in enostavnost tvorbe anionov pa sta določeni z možnostjo delokalizacije negativnega naboja v njih. Vsak benzenov obroč, povezan z atomom benzilnega ogljika, lahko sodeluje pri delokalizaciji negativnega naboja, ki nastane na njem, kar je mogoče predstaviti z uporabo mejnih (resonančnih) struktur:

Za difenilmetan je mogoče prikazati sedem mejnih struktur:

in za trifenilmetan - deset:

Ker se sposobnost delokalizacije povečuje s številom možnih mejnih struktur, bi morali biti di- in zlasti trifenilmetilni anioni še posebej stabilni (opomba 14). število fenilnih obročev, ki lahko sodelujejo pri delokalizaciji naboja na osrednjem ogljikovem atomu, tj. dvig v rangu

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

vrednosti p K a teh ogljikovodikov, določenih s posebnimi metodami, potrjujejo to domnevo. Difenilmetan (str K a 33) je po kislosti približno enak amoniaku in trifenilmetanu (str K a 31.5) - drgne-butanol; trifenilmetan več kot 10 10-krat kislejša od metana (str K a~ 40).(opomba 15)

Trifenilmetil natrij češnjeve barve se običajno pripravi z redukcijo trifenil klorometana z natrijevim amalgamom:

Za razliko od običajnih CH vezi sp 3-hibridni ogljikov atom, benzil C-H vez tri- par- nitrofenilmetan se heterolitsko odcepi z alkalnimi alkoholi:

V slednjem primeru poleg treh benzenskih jeder pri delokalizaciji negativnega naboja v anionu sodelujejo še tri nitro skupine.

Druga vrsta heterolitskega cepitve benzilne CH vezi je abstrakcija hidridnega aniona s tvorbo ustreznega karbokationi benzilni tip:

Ker lahko benzenovi obroči stabilizirajo pozitivne in negativne naboje, fenilirani metani Avtor: hidridna mobilnost bo vodik v alifatskem delu tvoril isto vrsto kot z mobilnostjo protonov, tj. CH 4< С 6 Н 5 СН 3 < (С 6 Н 5) 2 СН 2 < (С 6 Н 5) 3 СН.

Vendar pa je na splošno težko eksperimentalno primerjati enostavnost abstrakcije hidridnega aniona, saj se za takšno abstrakcijo običajno uporabljajo zelo aktivne Lewisove kisline. Primerjalne ocene je mogoče zlahka narediti s primerjavo mobilnosti halogena (običajno klora) pod pogoji S N 1, saj je v tem primeru, tako kot pri eliminaciji hidridnega aniona, stopnja, ki določa hitrost transformacije, tvorba ustreznega karbokationa. Izkazalo se je namreč, da ima klor v navedenih pogojih največjo mobilnost v trifenilklorometanu, najmanjšo pa v benzil kloridu:

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

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

Reaktivnost klora v prvem od njih je podobna tisti v kislinskih kloridih karboksilnih kislin, v drugem pa v alil kloridu. Spodaj so podatki o relativnih hitrostih solvolize R-Cl kloridov v mravljični kislini pri 25 o C:

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

Primerjalna stabilnost trifenilmetila ( tritil ) kation potrjujejo tudi številni drugi eksperimentalni podatki. Primer je enostavnost tvorbe njegovih soli z nenukleofilnimi anioni, katerih raztopine v polarnih aprotičnih topilih so električno prevodne (in imajo zato ionsko strukturo) in so značilno rumeno obarvane:

Enako dokazuje sposobnost trifenilklorometana, da disociira na trifenilmetil kation in kloridni anion v raztopini tekočega žveplovega dioksida:

Stabilnost trifenilmetilnega kationa lahko dodatno povečamo z vnosom v benzenove obroče elektrodonatorske skupine(na primer amino-, alkil- in dialkilamino-, hidroksil, alkoksi). Nadaljnje povečanje stabilnosti karbokationa vodi do situacije, ko postane stabilen v vodni raztopini, to je reakcijsko ravnovesje

premaknjena v levo. Takšni tritil kationi niso le stabilno, ampak tudi naslikal. Primer je intenzivno vijoličen tri(4-dimetilaminofenil)metil kation. Njegov klorid se uporablja kot barvilo, imenovano " kristalno vijolična ". V kristalno vijolični je pozitivni naboj razpršen med tremi dušikovimi atomi in devetimi ogljikovimi atomi benzenovih jeder. Sodelovanje enega od treh par-dimetilaminofenilni substituenti pri delokalizaciji pozitivnega naboja se lahko odražajo z uporabo naslednjih mejnih struktur:

Vsa trifenilmetanska barvila, ki vsebujejo aminske ali substituirane aminske skupine v benzenovem obroču, se obarvajo v kislem okolju, kar, kot je prikazano zgoraj na primeru kristalne vijolice, prispeva k pojavu strukture z razširjeno konjugacijsko verigo (struktura I v diagramu ) - tako imenovani kinoidna struktura . Spodaj so formule najpogostejših trifenilmetanskih barvil.

Benzenova jedra bi morala imeti podoben učinek, kot je opisano zgoraj za trifenilmetil anione in katione na stabilnost trifenilmetil radikalen . V slednjem primeru je nastala enostavnost pretrganja vezi centralni atom ogljika z "ne-fenilnim" substituentom je do določene mere posledica drugih razlogov. Dejstvo je, da v trifenilmetanu, trifenilklorometanu, trifenilkarbinolu itd. osrednji ogljikov atom se nahaja v sp 3-hibridno stanje in ima zato tetraedrično konfiguracijo. Zaradi tega se fenilna jedra ne nahajajo v isti ravnini in ni seznanjen. Pri prehodu na trifenilmetil kation (heterolitični cepitev) ali radikal (homolitični cepitev) se osrednji ogljikov atom konča v sp 2-hibridno stanje; Posledično je struktura sploščena (opomba 17) in povečana je interakcija (konjugacija) med tremi fenilnimi jedri. To delno kompenzira stroške energije, povezane z zadevno disociacijo, in jo tako olajša.

trifenilmetil radikalen

lahko nastane iz ustreznega klorida z delovanjem cinka, bakra ali srebra, ki v tem primeru delujejo kot donorji elektronov:

Ta radikal je precej stabilen in le delno dimerizira v razredčenih raztopinah (eter, benzen). Temu dimerju so dolgo časa pripisovali strukturo heksafeniletilena, vendar se je izkazalo, da v resnici med dimerizacijo nastane vez med osrednjim ogljikovim atomom enega radikala in par- položaj enega od fenilnih jeder drugega radikala:

Očitno v obravnavanem primeru napade en trifenilmetil radikal prostorsko najmanj težko mesto drugo in seveda eno od tistih mest, ki sodelujejo pri delokalizaciji nesparjenega elektrona.

Stopnja disociacije takih dimerov je močno odvisna od narave arilnih radikalov. Tako je v 0,1 M raztopini benzena pri 25 o trifenilmetilni radikal dimeriziran za 97 %, tri-4-nitrofenilmetilni radikal pa sploh ne dimerizira.

POLICIKLIČNI AROMATIČNI OGLJIKOVODIKI Z IZOLIRANIMI CIKLI

Aromatski ogljikovodiki z več benzenskimi obroči delimo na:

1. Ogljikovodiki z nekondenziranimi cikli. Ti vključujejo bifenil ter di- in trifenilmetane.

2. Ogljikovodiki s kondenziranimi cikli. Ti vključujejo naftalen, antracen in fenantren.

Bifenilna skupina

definicija: Aromatske spojine, v katerih sta dva (ali več) obročev (obročev) med seboj povezana z enojno vezjo, imenujemo policiklični aromatski ogljikovodiki z izoliranimi obroči.

Bifenil velja za primer:

V industriji se bifenil proizvaja s pirolizo benzena:

Laboratorijska metoda priprave je delovanje natrija ali bakra na jodobenzen ali v prisotnosti substituentov, ki odvzemajo elektrone, v arilhalogenih, ki povečajo mobilnost halogena v jedru:

Bifenil – kristalna snov s T mn. 70 °C, vrel. 254 0 C. Termodinamično stabilen. Uporablja se v industriji kot visokotemperaturno hladilno sredstvo.

Bifenil sodeluje v reakcijah elektrofilne aromatske substitucije veliko bolj aktivno kot benzen. Bromiranje bifenila z ekvimolarno količino broma povzroči nastanek 4-brombifenila. Presežek broma povzroči nastanek 4,4`-dibromobifenila:

Bifenil nitracija, Friedel-Craftsova acelacija in druge elektrofilne aromatske substitucijske reakcije potekajo podobno.

polifenilmetani

definicija: Aromatske spojine, v katerih so od dva do štirje benzenovi obroči vezani na en ogljikov atom, ki je v stanju sp 3 hibridizacije.

Ustanovitelj homologne serije polifenilmetana je toluen, naslednja spojina je difenilmetan:

Di- in trifenilmetan se pripravita z uporabo benzena z uporabo Friedel-Craftsove reakcije na dva načina:

1. Iz metilen klorida in kloroforma:

2. Iz benzil klorida in benziliden klorida:

Difenilmetan je kristalinična snov s T pl. 26-27 0 C, ima vonj po pomaranči.

Pri oksidaciji difenilmetana nastane benzofenon:

Struktura trifenilmetana je osnova tako imenovanih trifenilmetanskih barvil:

1. Malahitno zeleno (zelenka) se pridobiva z reakcijo Friedel-Crafts:

2. Fenolftalein.

Pripravljeno z reakcijo fenola in anhidrida ftalne kisline (anhidrid ftalne kisline) v prisotnosti žveplove kisline:

KONDENZIRANI BENZOIDNI Ogljikovodiki

Ogljikovodiki, ki vsebujejo dva ali več benzenskih obročev z dvema ogljikovima atomoma, se imenujejo kondenzirani benzenoidni ogljikovodiki.

Naftalen

Najenostavnejši izmed kondenziranih benzenoidnih ogljikovodikov je naftalen:

Položaji 1, 4, 5 in 8 so označeni z "α", položaji 2, 3, 6, 7 so označeni z "β".

Metode pridobivanja.

Večino naftalena pridobivajo iz premogovega katrana.

IN laboratorijske razmere naftalen lahko dobimo s prehajanjem benzenovih in acetilenskih hlapov čez oglje:

Dehidrociklizacija nad platino homologov benzena s stransko verigo štirih ali več ogljikovih atomov:

Glede na reakcijo dienske sinteze 1,3-butadiena s n-benzokinon:

Naftalen je kristalna snov s T pl. 80 0 C, za katerega je značilna visoka hlapnost.

Naftalen je lažje podvržen elektrofilnim substitucijskim reakcijam kot benzen. V tem primeru prvi substituent skoraj vedno postane v položaju α:

Redkeje opazimo vstop elektrofilnega sredstva v položaj β. Praviloma se to zgodi pod posebnimi pogoji. Zlasti sulfoniranje naftalena pri 60 0 C poteka kot kinetično nadzorovan proces s prevladujočo tvorbo 1-naftalen sulfonske kisline. Sulfoniranje naftalena pri 160 0 C poteka kot termodinamično nadzorovan proces in vodi do tvorbe 2-naftalen sulfonske kisline:

Ko je drugi substituent uveden v molekulo naftalena, je orientacija določena z naravo substituenta, ki je že prisoten v njej. Substituenti, ki dajejo elektrone, najdeni v molekuli naftalena, usmerijo napad na isti obroč na 2. in 4. mestu.

Po kemijskih lastnostih je bifenil tipična aromatska spojina. Zanj so značilne S E Ar reakcije. Najlažje si je predstavljati bifenil kot benzen, ki nosi fenilni substituent. Slednji ima šibke aktivacijske lastnosti. Vse reakcije, značilne za benzen, potekajo tudi v bifenilu.

Ker je arilna skupina orto- In par-orientantne, S E Ar reakcije potekajo pretežno v par- položaj. Orto-izomer je stranski produkt zaradi steričnih ovir.

Di- in trifenilmetani

Di- in trifenilmetani so homologi benzena, v katerih je ustrezno število vodikovih atomov nadomeščeno s fenilnimi ostanki. Benzenski obroči ločeni sp 3-hibridiziran ogljikov atom, ki preprečuje konjugacijo. Obroči so popolnoma izolirani.

Metode pridobivanja difenilmetana:

S E Ar reakcije se pojavljajo v orto- In par-položaji benzenskih obročev difenilmetana.

Priprava trifenilmetana in njegovih derivatov:

Posebna značilnost derivatov trifenilmetana je visoka mobilnost atom vodika, vezan na tetraedrski ogljik.

Trifenilmetan kaže izrazito kislost in reagira s kovinskim natrijem, da tvori zelo stabilen trifenilmetil anion.

Trifenilklorometan v vodni raztopini disociira in tvori stabilen karbokation.

V nekaterih derivatih trifenilmetana lahko pride do cepitve C-H vezi homolitično s tvorbo trifenilmetilnega radikala, ki je kronološko prvi od odkritih stabilnih prostih radikalov.

Razloge za visoko stabilnost trifenilmetilnega kationa, aniona in radikala je mogoče razumeti z upoštevanjem strukture kationa. Če upodabljamo trifenilmetil kation z mejnimi strukturami, postane jasno, da je prazna orbitala osrednjega atoma ogljika konjugirana s p-elektroni benzenovih obročev.

Predavanje št. 21

Polinuklearni aromatski ogljikovodiki in njihovi derivati.

· Polinuklearni aromatski ogljikovodiki s kondenziranimi jedri. Linearni in kotni policiklični ogljikovodiki. Izolacija iz premogovega katrana. Rakotvorne lastnosti policikličnih ogljikovodikov. Varnostni ukrepi pri delu z aromatskimi ogljikovodiki.

· Naftalen. Izomerija in nomenklatura derivatov. Struktura, aromatičnost. Kemijske lastnosti naftalena in njegovih derivatov: oksidacija, katalitsko hidrogeniranje in redukcija z natrijem v tekočem amoniaku, aromatske elektrofilne substitucijske reakcije. (vpliv substituentov na orientacijo, aktivnost a-pozicije).

· Antracen. Nomenklatura, struktura, aromatičnost (v primerjavi z benzenom in naftalenom), izomerija derivatov. Reakcije oksidacije in redukcije, elektrofilna adicija in substitucija. Dejavnost mezo položaja.

· Fenantren. Nomenklatura, struktura, aromatičnost (v primerjavi z benzenom in naftalenom). Reakcije oksidacije, redukcije, elektrofilne substitucije in adicije.

Kondenzirani aromatski ogljikovodiki

Policiklične aromatske spojine so lahko linearne, oglate ali periciklične.

Policiklične spojine izoliramo iz premogovega katrana. Mnogi od njih imajo izrazit kancerogeni učinek. Več kot je ciklov, večja je verjetnost, da je rakotvoren.

Naftalen

Najenostavnejša biciklična aromatična spojina.

Čeprav molekulska formula kaže na nenasičenost naftalena, so njegove lastnosti značilne za aromatske spojine. Naftalen izpolnjuje strukturna merila aromatičnosti. Ciklični planarni sistem z neprekinjeno konjugacijsko verigo, v kateri sodeluje 10 p-elektronov. Ne smemo pozabiti, da je Hückel formuliral svoje pravilo (4n + 2) za monociklične sisteme. V primeru naftalena se domneva, da vsak obroč vsebuje 6 delokaliziranih elektronov, eden od parov pa je skupen obema obročema. Konjugacija je prikazana z uporabo kanoničnih struktur:

Kot rezultat: nad in pod ravnino ciklov so oblaki p-elektronov v obliki osmice. 20.1.

riž. 20.1. Oblika p-elektronskih oblakov molekule naftalena

V kroglicah naftalina niso vse C-C vezi enake. Tako je dolžina C1-C2 1,365 Å, C2-C3 pa 1,404 Å. Energija konjugacije naftalena je 61 kcal/mol, kar je manj kot dvakrat več od delokalizacijske energije benzena (2x36 kcal/mol). Drugi cikel prispeva manj h konjugaciji kot prvi. Naftalen je manj aromatičen od benzena. Motnja aromatičnosti enega od njegovih ciklov zahteva le 25 kcal/mol, kar se odraža v njegovih reakcijah.

Reakcije

Oksidacija naftalena poteka podobno kot oksidacija benzena.

Nastala ftalna kislina se pod reakcijskimi pogoji spremeni v anhidrid ftalne kisline, ki se sprosti kot posledica reakcije.

Redukcijske reakcije ponazarjajo tudi manjšo aromatičnost naftalena v primerjavi z benzenom. Naftalen je mogoče hidrogenirati s kemičnimi redukcijskimi sredstvi v blagih pogojih.

Aromatske elektrofilne substitucijske reakcije

Na splošno potekajo reakcije S E Ar v naftalenu v skladu s splošnim mehanizmom, o katerem smo govorili prej. Posebnost reakcij v seriji naftalenov je, da monosubstituirani naftaleni obstajajo v obliki dveh izomerov (1- in 2-derivati). Značilnosti reakcij S E Ar obravnavamo na primeru reakcije nitracije, katere glavni produkt je 1-nitronaftalen (2-izomeri so sledi).

Ključna faza reakcije je nastanek s-kompleksa, ki sta lahko dva. Treba je določiti strukturne dejavnike, ki stabilizirajo ali destabilizirajo intermediat. Na tej podlagi je mogoče predvideti in razložiti potek substitucije. Razmislimo o strukturi možnih vmesnih izdelkov.

Ko elektrofil napade položaj 1 naftalena, nastane s-kompleks, katerega strukturo lahko opišemo z dvema mejnima strukturama, v katerih se ohrani benzenov obroč. Takšne strukture so bolj stabilne zaradi konjugacije z benzenom. Ko elektrofil napade pozicijo 2, se lahko izriše samo ena energijsko ugodna struktura.

Sklepamo lahko, da elektrofilni napad na položaju 1 naftalena vodi do bolj stabilnega s-kompleksa kot reakcija na položaju 2.

Aromatski ogljikovodiki- spojine ogljika in vodika, katerih molekula vsebuje benzenski obroč. Najpomembnejši predstavniki aromatskih ogljikovodikov so benzen in njegovi homologi - produkti zamenjave enega ali več atomov vodika v molekuli benzena z ostanki ogljikovodikov.

Zgradba molekule benzena

Prvo aromatsko spojino, benzen, je leta 1825 odkril M. Faraday. Njegova molekularna formula je bila ugotovljena - C6H6. Če primerjamo njegovo sestavo s sestavo nasičenega ogljikovodika, ki vsebuje enako število ogljikovih atomov - heksana (C 6 H 14), potem lahko vidimo, da benzen vsebuje osem vodikovih atomov manj. Kot je znano, pojav večkratnih vezi in ciklov vodi do zmanjšanja števila vodikovih atomov v molekuli ogljikovodika. Leta 1865 je F. Kekule predlagal njegovo strukturno formulo kot cikloheksantrien-1,3,5.

Tako molekula, ki ustreza formuli Kekulé, vsebuje dvojne vezi, zato mora biti benzen nenasičen, tj. zlahka podvržen adicijskim reakcijam: hidrogeniranje, bromiranje, hidratacija itd.

Vendar so podatki iz številnih poskusov to pokazali benzen je podvržen adicijskim reakcijam le v težkih pogojih(pri visokih temperaturah in osvetlitvi), odporen proti oksidaciji. Najbolj značilne reakcije zanj so substitucijske reakcije Zato je benzen po značaju bližje nasičenim ogljikovodikom.

Mnogi znanstveniki so poskušali razložiti ta neskladja in predlagali različne možnosti za strukturo benzena. Strukturo molekule benzena je dokončno potrdila reakcija njenega nastanka iz acetilena. Pravzaprav so vezi ogljik-ogljik v benzenu enakovredne in njihove lastnosti niso podobne lastnostim enojnih oz. dvojne vezi.

Trenutno je benzen označen s formulo Kekule ali s šesterokotnikom, v katerem je upodobljen krog.

Kaj je torej posebnega v strukturi benzena?

Na podlagi raziskovalnih podatkov in izračunov je bilo ugotovljeno, da je vseh šest ogljikovih atomov v stanju sp 2 hibridizacije in leži v isti ravnini. Nehibridizirane p-orbitale ogljikovih atomov, ki sestavljajo dvojne vezi (Kekulejeva formula), so pravokotne na ravnino obroča in med seboj vzporedne.

Med seboj se prekrivajo in tvorijo en sam π-sistem. Tako je sistem izmeničnih dvojnih vezi, prikazan v Kekuléjevi formuli, cikličen sistem konjugiranih, prekrivajočih se π vezi. Ta sistem je sestavljen iz dveh toroidnih (krofu podobnih) območij elektronske gostote, ki ležita na obeh straneh benzenskega obroča. Tako je bolj logično benzen prikazati kot pravilen šesterokotnik s krogom v središču (π-sistem) kot kot cikloheksantrien-1,3,5.

Ameriški znanstvenik L. Pauling je predlagal predstavitev benzena v obliki dveh mejnih struktur, ki se razlikujeta po porazdelitvi elektronske gostote in se nenehno spreminjata drug v drugega:

Meritve dolžine vezi potrjujejo to domnevo. Ugotovljeno je bilo, da imajo vse C-C vezi v benzenu enako dolžino (0,139 nm). So nekoliko krajši od enojnih C-C povezave(0,154 nm) in daljši od dvojnih (0,132 nm).

Obstajajo tudi spojine, katerih molekule vsebujejo več cikličnih struktur, na primer:

Izomerija in nomenklatura aromatskih ogljikovodikov

Za homologi benzena značilna je izomerija položaja več substituentov. Najenostavnejši homolog benzena je toluen(metilbenzen) - nima takih izomerov; naslednji homolog je predstavljen kot štirje izomeri:

Osnova imena aromatskega ogljikovodika z majhnimi substituenti je beseda benzen. Atomi v aromatskem obroču so oštevilčeni, od višjega namestnika do nižjega:

Če so substituenti enaki, potem oštevilčenje poteka po najkrajši poti: na primer snov:

imenovan 1,3-dimetilbenzen, ne 1,5-dimetilbenzen.

Po stari nomenklaturi se položaji 2 in 6 imenujeta ortopozicije, 4 - parapozicije, 3 in 5 - metapozicije.

Fizikalne lastnosti aromatskih ogljikovodikov

Benzen in njegovi najenostavnejši homologi v normalnih pogojih - zelo strupene tekočine z značilnim neprijetnim vonjem. V vodi se topijo slabo, v organskih topilih pa dobro.

Kemijske lastnosti aromatskih ogljikovodikov

Nadomestne reakcije. Aromatski ogljikovodiki so podvrženi substitucijskim reakcijam.

1. Bromiranje. Pri reakciji z bromom v prisotnosti katalizatorja, železovega (III) bromida, lahko enega od vodikovih atomov v benzenovem obroču zamenjamo z atomom broma:

2. Nitriranje benzena in njegovih homologov. Ko aromatski ogljikovodik reagira z dušikovo kislino v prisotnosti žveplove kisline (mešanica žveplove in dušikove kisline imenovana nitrirna zmes), je vodikov atom nadomeščen z nitro skupino - NO 2:

Z redukcijo nitrobenzena dobimo anilin- snov, ki se uporablja za pridobivanje anilinskih barvil:

Ta reakcija je dobila ime po ruskem kemiku Zininu.

Adicijske reakcije. Aromatske spojine so lahko tudi podvržene adicijskim reakcijam na benzenski obroč. V tem primeru nastane cikloheksan in njegovi derivati.

1. Hidrogeniranje. Katalitično hidrogeniranje benzena poteka pri višji temperaturi kot hidrogeniranje alkenov:

2. Kloriranje. Reakcija se pojavi ob osvetlitvi z ultravijolično svetlobo in je prosti radikal:

Kemijske lastnosti aromatskih ogljikovodikov - povzetek

Homologi benzena

Sestava njihovih molekul ustreza formuli CnH2n-6. Najbližji homologi benzena so:

Vsi homologi benzena, ki sledijo toluenu, imajo izomeri. Izomerija je lahko povezana s številom in strukturo substituenta (1, 2) ter s položajem substituenta v benzenovem obroču (2, 3, 4). Povezave splošna formula C 8 H 10 :

V skladu s staro nomenklaturo, ki se uporablja za označevanje relativne lokacije dveh enakih ali različnih substituentov na benzenovem obroču, se uporabljajo predpone orto-(okrajšano o-) - substituenti se nahajajo na sosednjih ogljikovih atomih, meta-(m-) - skozi en ogljikov atom in par-(n-) - substituenti drug nasproti drugega.

Prvi člani homologne serije benzena so tekočine s posebnim vonjem. So lažji od vode. So dobra topila. Homologi benzena so podvrženi substitucijskim reakcijam:

bromiranje:

nitriranje:

Toluen pri segrevanju oksidira permanganat:

Referenčni material za opravljanje testa:

Periodni sistem

Tabela topnosti

Aromatski ogljikovodiki (areni) so spojine, ki vsebujejo aromatski sistem, ki določa njihovo splošni znaki v zgradbi in kemijskih lastnostih.

Metode pridobivanja aromatskih ogljikovodikov
1. Benzen, toluen, ksileni, naftalen– so izolirani iz premogovega katrana, ki nastane pri koksanju premoga.
2. Nekatere vrste olja vsebujejo benzen in toluen.
Toda glavni način pridobivanja arenov iz nafte je njena aromatizacija: katalitična ciklizacija in dehidrogenacija alkanov. Na primer:

3. Priprava alkilbenzenov (Fradel-Craftsova reakcija)

4. Priprava bifenila

Kemijske lastnosti aromatskih ogljikovodikov

1. elektrofilne substitucijske reakcije (SE)

Vpliv substituentov na hitrost in smer reakcijSE.
Različni substituenti spremenijo elektronsko gostoto v benzenovem obroču in postane različna na različnih ogljikovih atomih.
To spremeni hitrost reakcij SE in jo naredi različno za različne položaje cikla.

Poseben položaj zavzemajo halogenski substituenti:

Zaradi učinka +M usmerijo reakcijo na orto- in para-pozicijo (kot substituenta prve vrste), vendar njihov učinek –I po absolutni vrednosti presega mezomernega: skupna elektronska gostota v obroču se zmanjša in stopnja reakcije SE se zmanjša.