Ароматичні вуглеводні сполуки
Информация - Химия
Другие материалы по предмету Химия
p>
Нафталін Антрацен Фенантрен
У монозаміщених похідних нафталіну однотипні атоми карбону позначаються грецькими буквами a і b, у дизаміщених - цифрами від 1 до 8, при цьому атоми С, спільні для обох циклів, не нумеруються. В неконденсованих поліядерних аренах одне кільце нумерується цифрами без штрихів, а всі інші - із штрихами, наприклад:
b-Метилнафталін 1,5-Диметилнафталін
3 - Метилтрифенілметан
ІЗОМЕРІЯ МОНОЯДЕРНИХ АРЕНІВ
Ізомерія монозаміщених моноядерних аренів зумовлена будовою замісника, наприклад:
ПропілбензенІзопропілбензен
У ди- і багатозаміщених гомологів бензену виникає ще один вид ізомерії, зумовлений різним положенням замісників:
орто-Ксилол мета-Ксилол nара-Ксилол
ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ
Моноядерні арени - безбарвні леткі рідини з густинами 0,8-0,9г/мл, нерозчинні у воді, але добре розчинні у малополярних розчинниках.
Самі вони також є добрими розчинниками. Температури кипіння гомологів бензену зростають із підвищенням молекулярної маси: кожна нова метиленова група -СН2- збільшує температуру кипіння у середньому на 20-300. Всі арени мають характерні запахи, деякі (толуол) виявляють помітну наркотичну дію.
Бензен і більшість конденсованих поліаренів належать до високотоксичних речовин. Вдихання їх парів викликає головний біль, а при високих концентраціях - отруєння. Пари бензену вражають слизисту оболонку ока. А рідкий бензен може проникати через шкіру. Для нього характерна кумулятивність, тобто виявлення токсичної дії при поступовому накопиченні в організмі.
Поліядерні арени - білі тверді речовини, майже без запаху, слизькі на дотик, нерозчинні у воді.
ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ БЕНЗЕНУ
Незважаючи на велику ненасиченість аренів, для них не характерні реакції приєднання. Більш того, ненасиченість бензену не відкривається за допомогою звичайних якісних реакцій: він не знебарвлює ні бромну воду, ні розчин KMnO4.
Хімічні властивості аренів зумовлюються у першу чергу наявністю спряженої системи і високою енергією делокалізації, тому бензен і його гомологи вступають переважно в такі реакції, при яких зберігається їх ароматичність.
І Реакції електрофільного заміщення SE
Механізм реакцій електрофільного заміщення за участю аренів складається з декількох послідовних стадій.
1 Генерування електрофільної частинки у відповідних умовах під впливом каталізатора, який сприяє спочатку поляризації, а потім і розриву звязків у молекулі реагенту:
Поляризація
молекулиd+ d-Розрив звязку
Е - А ------------- E - A --------------- E+ + A-.
Каталізатор
2 Утворення p-комплексу. Початкова атака електрофілом Е+ p-електронної хмари бензенового кільця проходить швидко і без порушення ароматичності системи:
Швидко
+ Е+ ----------
---------
p-Комплекс
3 Утворення s-комплексу - повільна стадія, під час якої електрофіл Е+ утворює s-звязок з одним із атомів карбону за рахунок двох p-електронів, які вилучаються із спряженої системи. При цьому атом карбону переходить із sp2- у sp3-гібридизований стан, ароматичність системи порушується, тому що у кільці залишаються тільки чотири p-електрони, які розподіляються на пять sp2-гібридизованих атомів карбону. Молекула перетворюється в s-комплекс - карбкатіон, точніше - аренонієвий катіон:
Повільно
------- sp3-Гібридизований атом карбону
p-Комплексs-Комплекс (аренонієвий катіон)
4 Повернення ароматичності. Оскільки втрата ароматичності енергетично невигідна, система прагне повернути її найпростішим шляхом, а саме - відщепленням протону Н+ від s-комплексу. Внаслідок цього два електрони, що утворювали звязок С-Н, приєднуються до тих чотирьох p-електронів, які залишалися в s-комплексі. Тому замкнута шестиелектронна система поновлюється і молекула переходить в ароматичний стан:
Швидко
---------+ H+.
s-Комплекс Продукт Протон
5 Утворення побічного продукту. Відщеплений протон взаємодіє з негативно зарядженим аніоном А-, що утворився при розриві звязків у молекулі реагенту на перший стадії:
Н+ + А- ------- HA.
Побічний продукт
У загальному вигляді механізм реакції електрофільного заміщення в аренах можна зобразити схемою
+ Е+ ---
Субстрат Електрофіл p-Комплекс
-H+
---> ------->
s-КомплексПродукт
Розглянемо найважливіші реакції електрофільного заміщення SE.
1 Галогенування бензену проходить тільки за наявності каталізаторів - так званих кислот Льюїса (речовин, здатних звязувати вільну електронну пару): AlCl3, FeCl3, AlBr3, FeBr3, SnCl4, TiCl4, BF3. Практичного значення набули реакції хлорування та бромування, тому що реакція з хімічно активним F2 проходить деструктивно, а з І2 - дає надзвичайно малий вихід завдяки низькій реакційній здатності йоду.
80оC
+ Br2 ----- + HBr,
AlВr3
Бромбензен
25оC
+ Cl2 -------- + HCl.
AlCl3
2 Нітрування. Бензен реагує дуже повільно навіть з концентрованою HNO3 при н