арены теория Flashcards
Ароматические углеводороды (арены)
углеводороды, в молекулах которых содержится одно или несколько бензольных колец. К ним относятся бензол C₆H₆ и его производные.
Бензольное кольцо (ядро)
— это цикл из шести атомов углерода, которые связаны шестью σ-связями и единым π-электронным облаком.
Строение бензола
***
- Все атомы углерода в бензоле находятся в sp2-гибридизованном состоянии –– отсюда все валентные углы равны 120°
- Молекула бензола представляет собой правильный плоский шестиугольник
- Гибридные орбитали каждого атома углерода образуют 3 σ-связи (две с соседними углеродами и одну с водородом). Помимо этого каждый атом углерода имеет по одной негибридной p-орбитали. Они располагаются перпендикулярно плоскости σ-связей и перекрываются друг с другом над и под ней.
- В результате такого перекрывания происходит сопряжение p-орбиталей. Образуется единое замкнутое π-электронное облако –– ароматическая π-система из 6 шести атомов углерода.
- Следовательно наиболее логично изображать бензол с кольцом внутри, что наиболее точно отображает его истинное строение. Однако можно пользоваться формулой Кекуле.
- Вследствие объединения p-орбиталей в молекуле бензола нельзя выделить истинно одинарные и двойные связи –– все связи между атомами углерода становятся равнозначными и имеют одинаковую длину 0,140 нм (это меньше длины одинарной связи C–C 0,154 нм, но больше длины двойных связей C=C 0,134 нм).
- Именно поэтому двойные связи в бензоле нельзя обнаружить качественными реакциями на кратные связи. Бензол не обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия даже при кипячении!
Гомологический ряд бензола
Гомологический ряд бензола строится за счет замещения атомов водорода в кольце на предельные алкильные радикалы и имеет общую формулу:
CₙH₂ₙ₋₆, N≥6
Номенклатура гомологов бензола
1 способ: называют радикалы боковой цепи и добавляют слово бензол
2 способ: называют алкан, а бензольное кольцо принимают за радикал (его название: фенил-)
3 способ: часто используют тривиальные названия
- Первым обозначают тот атом углерода, у которого расположен первый по алфавиту заместитель.
- Далее номера расставляются так, чтобы сумма цифр в названии была наименьшей.
- Если в бензольном кольце имеется 2 заместителя, то положение 1,2 можно обозначать приставкой **орто- **(о-), положение 1,3 –– мета(м-), положение 1,4 – пара (п-).
- В случае, если гомолог бензола содержит сложную боковую цепь, то их обычно рассматривают как углеводороды, содержащие радикал фенил.
фенил
⏣-
радикал
бензил
⏣-CH₂-
радикал
толуол
⏣-CH₃
кумол
⏣-CH(-CH₃)-CH₃
изопропилбензол
о-ксилол
1,2 диметил бензол
п-ксилол
1,4 диметил бензол
м-ксилол
1,3 диметил бензол
нафталин
⏣⏣
антрацен
⏣⏣⏣
фенантрен
⏣⏣
. ⏣
Изомерия бензола
Гомологам бензола характерна структурная изомерия двух видов:
- Изомерия строения заместителей
- Изомерия положения заместителей
Бензол
Физические свойства аренов
- Бесцветная, летучая, огнеопасная жидкость с неприятным запахом
- При низких температурах –– белая кристаллическая масса (молекулярная решётка)
- Бензол легче воды (ρ = 0,88 г/см³) и не растворяется в ней
- Он является хорошим неполярным растворителем
- Бензол и его пары крайне токсичны.
Толуол
Физические свойства аренов
Бесцветная, летучая, легко воспламеняющаяся жидкость с характерным запахом. Во многом схож с бензолом. Высокотоксичен.
Химические свойства бензола
Химические свойства бензола обусловлены высокой стабильностью бензольного кольца. Он устойчив к действию окислителей, почти не вступает в реакции присоединения, как другие непредельные УВ. Наиболее характерны для бензола реакции замещения.
ОРИЕНТАНТЫ ПЕРВОГО РОДА
Ориентирующее действие заместителей
электронодоноры – Д
Ориентанты первого рода смещают электронную плотность в сторону бензольного кольца, вследствие чего электронная плотность повышается у 2, 4 и 6 атомов углерода, поэтому их также называют орто-пара-ориентанты.
Электронодоноры повышают активность бензольного кольца.
Это алкильные радикалы, атомы/группы атомов, имеющие неподелнную электронную пару:
–R –Hal –OH –NH₂ –NHR –NR₂ –OR
ОРИЕНТАНТЫ ВТОРОГО РОДА
Ориентирующее действие заместителей
электроноакцепторы -A
Ориентанты второго рода оттягивают электронную плотность от бензольного кольца, вследствие чего электронная плотность у 3 и 5 атомов углерода становится больше, чем у 2, 4 и 6, поэтому их также называют мета-ориентанты.
Электроноакцепторы уменьшают активность бензольного кольца.
Это группы атомов, содержащие сильный ЭО атом и не имеющие неподеленных электронных пар:
–NO₂ –SO₃H –CHO –COOH –COOR –CCl₃ –CN –NH₃⁺Cl⁻
Стирол
физ свойства
бесцветная жидкость (t пл = -30,6°С , t кип = 145,2°С) с приятным запахом. Хорошо растворяется в органических растворителях. Раздражает слизистые дыхательных путей и глаз.
Химические свойства стирола
Стирол за счет двойной связи обладает рядом особенных свойств. Ему наиболее характерны свойства алкенов.
1. Реакции присоединения
Стирол взаимодействует с водородом, галогенами (обесцвечивает бромную воду). Вступает в реакции гидрогалогенирования и гидратации по правилу Марковникова.
2. Реакции окисления
Протекают как и в случае с алкенами.
3. Реакции полимеризации
Применение ароматический углеводородов
- Производство инсектицидов –– средств для борьбы с вредными насекомыми (гексахлоран)
- Производство пластмасс (стирол)
- Получение бутадиен-стирольного каучука (стирол)
- Изготовление взрывчатых веществ (толуол –> тротил)
- Производство красителей (толуол, фенол)
- В качестве растворителей (бензол, толуол)
- Органический синтез
