- 11.01.2015
- 4896
- 55
АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.
Это циклические углеводороды с тремя двойными сопряженными связями в цикле.
Бензол С6Н6 – родоначальник ароматических углеводородов. Впервые выделен Фарадеем в 1825г из светильного газа.
Каждый из шести атомов углерода в его молекуле находится в состоянии sp2-гибридизации и связан с двумя соседними атомами углерода и атомом водорода тремя σ-связями. Валентные углы между каждой парой π-связей равны 1200.
Таким образом, скелет σ-связей представляет собой правильный шестиугольник, в котором все атомы углерода и все σ-связи С–С и С–Н лежат в одной плоскости.
р-Электроны всех атомов углерода образуют единое циклическое π-электронное облако, сосредоточенное над и под плоскостью кольца.
Все связи С–С в бензоле равноценны, их длина равна 0,140 нм, что соответствует промежуточному значению между одинарной и двойной.
Это означает, что в молекуле бензола между углеродными атомами нет чисто простых и двойных связей (как в формуле, предложенной в 1865 г. немецким химиком Ф.Кекуле), а все они выровнены (делокализованы).
Общая формула гомологического ряда бензола CnH2n-6 (n ≥ 6).
Вещество
Название по номенклатуре
Историческое название
С6Н5-СН3
метилбензол
Толуол
С6Н5-СН2-СН3
этилбензол
---
СН3-С6Н4-СН3
диметилбензол
ксилол
С6Н5-СН(СН3)2
изопропилбензол
кумол
Если радикалов два или более, их положение указывается номерами атомов углерода в кольце, с которыми они связаны. Кольцо нумерют так, чтобы номера радикалов были наименьшими.
Для дизамещенных бензолов
R-C6H4-R'
используется также другой способ построения названий:
орто- (о-) заместители у соседних атомов углерода кольца, 1,2-;
мета- (м-) заместители через один атом углерода (1,3-);
пара-(п-) заместители на противоположных сторонах кольца(1,4-).
Изомерия у аренов.
Определяется числом заместителей, их расположением в бензольном кольце и возможностью изомерии углеродного скелета в заместителях, содержащих более трёх атомов углерода.
Для ароматического углеводорода С8Н10 существуют 4 изомера: орто-, мета- и пара-ксилолы и этилбензол.
ПОЛУЧЕНИЕ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ
1. Дегидрирование циклоалканов
2. Дегидроциклизация (дегидрирование и циклизация) алканов в присутствии катализатора
3.Тримеризация ацетилена над активированным углем (реакция Зелинского):
4.Алкилирование бензола галогеналканами в присутствии безводного хлорида алюминия или алкенами:
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.
Бензол и его ближайшие гомологи – бесцветные жидкости с характерным запахом, с плотностью менее 1 г/мл. Огнеопасны. Нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в неполярных растворителях. Бензол и толуол ядовиты (поражают почки, печень, костный мозг, кровь).
Высшие арены – твердые вещества.
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.
Из-за наличия делокализованой -системы арены мало характерны реакции присоединения или окисления, которые ведут к нарушению ароматичности. Для них наиболее характерны реакции электрофильного замещения атомов водорода, связанных с циклом - SЕ.
1. РЕАКЦИИ ПРИСОЕДИНЕНИЯ К АРЕНАМ
В реакции присоединения, приводящие к разрушению ароматической структуры бензольного кольца, арены могут вступать с большим трудом.
а. Гидрирование. Присоединение водорода к бензолу и его гомологам происходит при повышенной температуре и давлении в присутствии металлических катализаторов.
б. Радикальное хлорирование. При радикальном хлорировании бензола получается гексахлорциклогексан - "гексахлоран" (средство борьбы с вредными насекомыми).
2. РЕАКЦИИ РАДИКАЛЬНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ АТОМОВ ВОДОРОДА В БОКОВОЙ ЦЕПИ:
В случае гомологов бензола при действии хлора на свету или при нагревании происходит реакция радикального замещения в боковой цепи:
3. Реакции окисления аренов
Бензол не окисляется даже под действием сильных окислителей (KMnO4, K2Cr2O7 и т.п.). Поэтому он часто используется как инертный растворитель при проведении реакций окисления других органических соединений.
В отличие от бензола его гомологи окисляются довольно легко. При действии раствора KMnO4 в кислой среде и нагревании в гомологах бензола окислению подвергаются только боковые цепи, при этом от боковой цепи остаётся карбоксильная группа, а остальное – переходит в углекислый газ:
5С6Н5-СН3 +6КМnO4+9H2SO4 5C6H5-COOH +6MnSO4+3K2SO4+14H2O
5С6Н5-CH2-CH3 +12КМnO4+18H2SO45C6H5-COOH +5СО2+12MnSO4+6K2SO4+28H2O
Если окисление идёт в нейтральном растворе при нагревании, то образуется соль бензойной кислоты и карбонат калия:
С6Н5-СН2-СН3+4KMnO4C6H5 – COOK+K2CO3+4MnO2+KOH+2H2O
4.РЕАКЦИИ ЗАМЕЩЕНИЯ В БЕНЗОЛЬНОМ КОЛЬЦЕ
1. Галогенирование
Замещение атома водорода в бензольном кольце на галоген происходит в присутствии катализаторов AlCl3, AlBr3, FeCl3 и т.п.:
2. Нитрование
Бензол реагирует с нитрующей смесью (смесью концентрированных азотной и серной кислот):
3. Алкилирование
Замещение атома водорода в бензольном кольце на алкильную группу(алкилирование) происходит под действием алкилгалогенидов в присутствии катализаторов AlCl3, FeBr3или алкенов в присутствии фосфорной кислоты:
ЗАМЕЩЕНИЕ В АЛКИЛБЕНЗОЛАХ
Гомологи бензола (алкилбензолы) более активно вступают в реакции замещения по сравнению с бензолом. Например, при нитровании толуола С6Н5-CH3 может происходить замещение не одного, а трех атомов водорода с образованием 2,4,6-тринитротолуола, причём в орто- и пара- положениях:
ОРИЕНТИРУЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ ЗАМЕСТИТЕЛЕЙ
В БЕНЗОЛЬНОМ КОЛЬЦЕ.
Если в бензольном кольце имеются заместители, не только алкильные, но и содержащие другие атомы (гидроксил, аминогруппа, нитрогруппа и т.п.), то реакции замещения атомов водорода в ароматической системе протекают строго определенным образом, в соответствии с характером влияния заместителя на ароматическую π-систему.
Заместители подразделяют на две группы в зависимости от проявляемого ими эффекта (мезомерного или индуктивного): электронодонорные (первого рода) и электроноакцепторные (второго рода).
ЭЛЕКТРОНОДОНОРНЫЕ ЗАМЕСТИТЕЛИ проявляют повышают электронную плотность в сопряженной системе.
К ним относятся гидроксильная группа —ОН и аминогруппа —NН2. Неподеленная пара электронов в этих группах вступает в общее сопряжение с p -электронной системой бензольного кольца и увеличивает длину сопряженной системы. В результате электронная плотность сосредоточивается в орто- и пара-положениях:
Алкильные группы не могут участвовать в сопряжении, но они проявляют +I-эффект, под действием которого происходит аналогичное перераспределение p -электронной плотности.
Заместители, обладающие +I-эффектом или +М-эффектом, способствуют электрофильному замещению в орто- и пара- положениях бензольного кольца и называются заместителями (ориентантами) первого рода:
Так, толуол, содержащий заместитель первого рода, нитруется и бромируется в пара- и орто-положения:
ЭЛЕКТРОНОАКЦЕПТОРНЫЕ ЗАМЕСТИТЕЛИ снижают электронную плотность в сопряженной системе.
К ним относятся нитрогрупла —NO2, сульфогруппа —SO3Н, альдегидная —СНО и карбоксильная —СООН группы. Эти заместители образуют с бензольным кольцом общую сопряженную систему, но общее электронное облако смещается в сторону этих групп. Таким образом, общая электронная плотность в кольце уменьшается, но меньше всего она уменьшается в мета-положениях:
Полностью галогенизированные алкильные радикалы (например, —ССl3) проявляют -I-эффект и также способствуют понижению электронной плотности кольца.
Заместители, обладающие -I-эффектом или -М-эффектом, направляют электрофильное замещение в мета-положения бензольного кольца и называются заместителями (ориентантами) второго рода:
Нитробензол, содержащий заместитель второго рода, нитруется и бромируется в мета-положение:
СТИРОЛ (винилбензол) С8Н8
– производное бензола, которое имеет в своём составе двойную связь в боковом заместителе, поэтому он НЕ относится к гомологическому ряду аренов.
Получение стирола:
Дегидрирование этилбензола: С6Н5-СН2-СН3 -(t,кат) C6H5-CH=CH2 + H2
Дегидрогалогенирование фенилбромэтана:
C6H5-CH-CH3 +KOH –(спирт) C6H5-CH=CH2 +KBr +H2O
│
Br
Свойства стирола:
Стирол проявляет свойства, характерные для алкенов – реакции присоединения, окисления, полимеризации.
Реакции присоединения к стиролу: протекают в соответствии с правилом Марковникова.
С6Н5-СН=СН2 +Н2О С6Н5-СН-СН3
│
ОН
Мягкое окисление стирола:
3С6Н5-СН=СН2 +2 KMnO4 + 4Н2О 3 С6Н5-СН-СН2 + 2MnO2 + 2KOH
│ │
OH OH фенилэтиленгликоль
Жесткое окисление стирола:
С6Н5-СН=СН2 + 2KMnO4 + 3Н2SO4 С6Н5-СOOН + CO2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 4H2O
бензойная кислота
3С6Н5-СН=СН2 + 10KMnO4 -to 3С6Н5-СOOК + 3К2CO3 + 10MnO2 + KOH+ 4Н2О
бензоат калия
Полимеризация стирола: в результате получают полистирол.
Рабочие листы
к вашим урокам
Скачать
АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.
Это циклические углеводороды с тремя двойными сопряженными связями в цикле.
Бензол С6Н6 – родоначальник ароматических углеводородов. Впервые выделен Фарадеем в 1825г из светильного газа.
Каждый из шести атомов углерода в его молекуле находится в состоянии sp2-гибридизации и связан с двумя соседними атомами углерода и атомом водорода тремя σ-связями. Валентные углы между каждой парой π-связей равны 1200.
Таким образом, скелет σ-связей представляет собой правильный шестиугольник, в котором все атомы углерода и все σ-связи С–С и С–Н лежат в одной плоскости.
р-Электроны всех атомов углерода образуют единое циклическое π-электронное облако, сосредоточенное над и под плоскостью кольца.
Все связи С–С в бензоле равноценны, их длина равна 0,140 нм, что соответствует промежуточному значению между одинарной и двойной.
Это означает, что в молекуле бензола между углеродными атомами нет чисто простых и двойных связей (как в формуле, предложенной в 1865 г. немецким химиком Ф.Кекуле), а все они выровнены (делокализованы).
6 671 670 материалов в базе
Настоящий материал опубликован пользователем Кисакова Ольга Александровна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Удалить материал
Ваша скидка на курсы
40%
Курс профессиональной переподготовки
500/1000 ч.
Курс повышения квалификации
36 ч. — 180 ч.
Курс повышения квалификации
72/108 ч.
Курс повышения квалификации
36 ч. — 144 ч.
Мини-курс
6 ч.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.