Бензен. Особливості будови молекули. Поняття про ароматичність – Арени



ХІМІЯ – Комплексна підготовка до зовнішнього незалежного оцінювання

РОЗДІЛ III. ОРГАНІЧНА ХІМІЯ

11. Вуглеводні

11.4. Арени

Арени – це органічні сполуки, молекули яких мають 6-членне циклічне угруповання атомів Карбону, котре називають бензеновим ядром, або бензеновим кільцем.

Інша назва – ароматичні вуглеводні. Прямого відношення до запахів (ароматів) цей термін не має. У давні часи пахучі (ароматні) речовини отримували із природних джерел. Наприклад, ванілін – основна діюча речовина ванілі – є похідною бензойної

кислоти, з якої Е. Мітчерліх отримав бензен. Не всі пахучі речовини є ароматичними, так само не всі ароматичні сполуки мають приємний аромат і навіть будь-який запах взагалі. Перші представники гомологічного ряду ароматичних вуглеводнів мають дійсно приємний запах, однак сьогодні відома значна кількість сполук цієї групи, які мають неприємний запах. Отже, цей термін – це швидше данина історії.

Бензен. Особливості будови молекули. Поняття про ароматичність   Арени

Номенклатура аренів

Нумерація відбувається за годинниковою стрілкою. Для нумерації атомів Карбону в бензеновому ядрі дотримуються правил:

– для гомологів бензену, які

містять два однакові замісники, послідовність нумерації атомів Карбону вибирають таким чином, щоб локанти були найменшими:

Бензен. Особливості будови молекули. Поняття про ароматичність   Арени

– якщо замісники різні, використовують алфавітний порядок:

Бензен. Особливості будови молекули. Поняття про ароматичність   Арени

– у дизаміщених гомологах бензену для утворення тривіальних назв використовують префікси, які виділяють курсивом і відокремлюють дефісом:

Локанти замісників

Префікси

1,2

Орто – (о-)

1,3

Мета – (м-)

1,4

Пара – (п-)

11.4.1. Бензен. Особливості будови молекули. Поняття про ароматичність

Молекула бензену – шість атомів Карбону (секстет) і шість атомів Гідрогену розміщені в одній площині й утворюють правильний шестикутник з кутом 120°. Незважаючи на ненасиченість зв’язків (бензен можна розглядати як циклогексатриен), така структура виявляє аномально високу стабільність (приблизно як і в циклогексану). Цю властивість називають ароматичністю1. Як уже вказувалось, термодинамічна стійкість бензенового ядра пояснюється спряженням і делокалізацією всіх шести π-електронів:

Бензен. Особливості будови молекули. Поняття про ароматичність   Арени

Тому зараз у хімічній літературі частіше користуються не формулою Ф. Кекуле2, а формулою Л. Полінга:

Бензен. Особливості будови молекули. Поняття про ароматичність   Арени

Крім бензену, його гомологів і похідних, ароматичні кільця мають інші карбоциклічні сполуки: т. зв. конденсовані аналоги бензену (нафталін, антрацен), а також азулен, фероцен – одна з найвідоміших металоорганічних сполук:

Бензен. Особливості будови молекули. Поняття про ароматичність   Арени

Ароматичними є також гетероциклічні сполуки – пірол, піридин, фуран, тіофен, індол, пурин3 (їхні гомологи і похідні) та багато інших речовин:

Бензен. Особливості будови молекули. Поняття про ароматичність   Арени

Гетероциклічними називають сполуки циклічної будови, у цикли молекул яких, окрім атомів Карбону, входять атоми інших елементів. Ці атоми називають гетероатомами.

Властивості бензену

За стандартних умов бензен – безбарвна речовина з характерним запахом, у воді не розчиняється, сама є добрим розчинником, токсична.

Ароматичний зв’язок визначає хімічні властивості бензену та інших аренів. Бензенове ядро стабілізується 6π-електронною системою, яка є стійкішою, ніж звичайний π-зв’язок. Тому реакції приєднання менш характерні, ніж для ненасичених вуглеводнів.

Приєднання (відбувається важче, ніж у ненасичених вуглеводнів)

Бензен. Особливості будови молекули. Поняття про ароматичність   Арени

Гідрування (гідрогенізація)

Бензен. Особливості будови молекули. Поняття про ароматичність   Арени

Галогенування (Сl2, Вr2)

Заміщення

(найхарактерніші реакції, які відбуваються легше, ніж у насичених вуглеводнів)

Бензен. Особливості будови молекули. Поняття про ароматичність   Арени

Нітрування

Бензен. Особливості будови молекули. Поняття про ароматичність   Арени

Галогенування

Бензен. Особливості будови молекули. Поняття про ароматичність   Арени

Сульфування

Бензен. Особливості будови молекули. Поняття про ароматичність   Арени

Алкілування алкенами

Бензен. Особливості будови молекули. Поняття про ароматичність   Арени

Алкілування галогеноалканами

Бензен. Особливості будови молекули. Поняття про ароматичність   Арени

Алкілування спиртами

Окиснення

Повне

Бензен. Особливості будови молекули. Поняття про ароматичність   Арени

Бензен стійкий до окиснювачів, на повітрі горить, виділяючи кіптяву; у кисні згоряє повністю

Часткове

Бензен. Особливості будови молекули. Поняття про ароматичність   Арени

За наявності каталізатора V2O5 та t = 450 °С окислюється до малеїнового ангідриду

Орієнтувальна дія замісників, наявних у молекулі бензину

Замісники І роду (електронодонорні) (орто – та параорієнтанти)

Замісники II роду (елекгроноакцепторні) (метаорієнтанти)

Бензен. Особливості будови молекули. Поняття про ароматичність   Арени

Бензен. Особливості будови молекули. Поняття про ароматичність   Арени

Добування бензену

Бензен і його гомологи можуть міститись у нафті, а також серед продуктів коксування кам’яного вугілля: коксовий газ містить пари бензену і толуену, а кам’яновугільна смола – бензен, толуен, ксилени і феноли. Бензен (толуен і ксилоли) отримують каталітичним риформінгом і піролізом бензинових фракцій нафти. Гомологи бензену одержують також каталітичним крекінгом нафтопродуктів.

1. Дегідрування циклоалаканів над підігрітою платиною:

Бензен. Особливості будови молекули. Поняття про ароматичність   Арени

2. Дегідроциклізація алканів над оксидними каталізаторами:

Бензен. Особливості будови молекули. Поняття про ароматичність   Арени

3. Циклічна тримеризація ацетилену:

Бензен. Особливості будови молекули. Поняття про ароматичність   Арени

Застосування бензену

Бензен входить до десяти найважливіших сполук органічної хімії. Значну частину бензену використовують в органічному синтезі:

– етилбензену (компонента високооктанових бензинів, вихідної речовини у виробництві старену, каучуків);

– кумолу (проміжного продукту у виробництві фенолу, ацетону та інших сполук);

– циклогексану (сировини для отримання капролактаму, адипінової кислоти і циклогексанону; розчинника ефірних олій, лаків, фарб, екстрагента у фармацевтичній промисловості);

– нітробензену (розчинника, окиснювача, продукту для виробництва аніліну та інших сполук);

– барвників, лікарських препаратів, розчинників, отрутохімікатів (пестицидів).

Значну частину (іноді до 50%) бензинів становлять ароматичні сполуки, зокрема бензен, Стратегічним завданням є зменшення вмісту бензену (до 1 %) через його високу канцерогенність (при хронічних отруєннях).

___________________________________________________________

1 Е. Хюккель (1896-1980) – німецький фізик і хімік, один з основоположників квантової хімії. 1931 р. розробив квантово-механічний підхід для пояснення ароматичності (метод молекулярних орбіталей Хюккеля).

2 Ф. Кекуле (1829-1896)- німецький хімік-органік, засновник теорії валентності, 1865 р. запропонував структурну формулу бензену.

3 Див. главу 13.4. Білки.


1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (No Ratings Yet)
Loading...


Які є орфограми.
Ви зараз читаєте: Бензен. Особливості будови молекули. Поняття про ароматичність – Арени