Ароматические углеводороды

Ароматические углеводороды. презентация для фармацевтов

1. Ароматические углеводороды (АРЕНЫ)

2. Ароматические соединения, или арены, - это соединения, содержащие в своем составе одно или несколько бензольных колец . ОБЩАЯ ФОРМУЛА: С n H 2n-6 Майкл Фарадей Митчерлих

3. ОБЩАЯ ФОРМУЛА: С n H 2n-6 Ф.Кекуле Атомы углерода находятся в состоянии sp 2 - гибридизации Негибридные р- орбитали перекрываются над и под плоскостью молекулы образуя единое π -электронное облако

4. Модель молекулы и формула бензола Сочетание шести σ -связей с единой -системой называется АРОМАТИЧЕСКОЙ СВЯЗЬЮ   Цикл из 6 атомов углерода, связанных ароматической связью, называется бензольным кольцом ( бензольным ядром) .

5. Критерии ароматичности при явной ненасыщенности состава ( С n H 2 n -6 ) бензол и его гомологи проявляют насыщенный характер, т.е. склонны к реакциям замещения устойчивость к действию окислителей наличие единого π -электронного облака в ароматических соединениях

6. Правило Хюккеля «Ароматичность» – совокупность особых свойств бензола Плоские циклические соединения, имеющие сопряженную систему  -электронов, могут быть ароматическими. если число этих электронов равно 4 n + 2 (где n = 0, 1, 2,3 и т.д.). Э.Хюккель вывел правило (1931)

7. Гомологический ряд аренов С n H 2n-6 Гомологи бензола – соединения, образованные заменой одного или нескольких атомов водорода в молекуле бензола на углеводородные радикалы (R): Формула Название C6H6 бензол С6Н5-СН3 метилбензол С6Н5-СН2-СН3 этилбензол С6Н5-СН2-СН3-СН3 пропилбензол С6Н5-СН2-СН3-СН3-СН3 пентилбензол

8. Номенклатура аренов Тривиальная Исторически сложившаяся Систематическая названия строят из названия углеводородного радикала (приставка) и слова бензол (корень) Если радикалов несколько, их положение указывается номерами атомов углерода в кольце, с которыми они связаны

9. Заместители в бензольном кольце I рода II рода группировки атомов, способные отдавать электроны бензольному кольцу ( электродоноры ) группировки атомов, способные оттягивать на себя электроны от бензольного кольца ( электроакцепторы ) К ним относятся: NH 2 > OH > OR > J > Br > Cl > F > CH 3 Они увеличивают электронную плотность кольца, облегчая протекание реакции электрофильного замещения К ним относятся: COOH > SO 3 H > NO 2

10. Места присоединения заместителей Мета-, орто -, пара- (сокращенно м-, о-, п -) (от греч. metá — после; ortháós — прямой; pará — против, приставки, употребляемые в органической химии для обозначения положения двух заместителей относительно друг друга в бензольном кольце. Положение заместителей в бензольном кольце

11. Орто - положение заместители находятся в 1,2-положениях о-Ксилол

12. Мета - положение заместители находятся в 1,3-положениях м -Ксилол

13. Пара-положение заместители находятся в 1,4-положениях n-Ксилол

14. Арены 14 Номенклатура и изомерия стирол (винилбензол) толуол (метилбензол) о-ксилол (1,2-диметилбензол)

15. Арены 15 Номенклатура и изомерия кумол (изопропилбензол) анизол (метоксибензол) мезителен (1,3,5-триметилбензол)

16. Арены 16 Ароматические радикалы фенил С 6 Н 5 - бензил С 6 Н 5 -СН 2 - бензилиден

17. Правило ориентации В реакциях электрофильного замещения заместители первого рода ориентируют новый заместитель в орто - и пара- положения, а заместители второго рода в мета- положение. Это объясняется тем, что в этих положениях увеличивается электронная плотность: в незамещенном бензоле С 6 Н 6 электронная плотность в кольце распределена равномерно в замещенном бензоле С 6 Н 5 Х под влиянием заместителя Х происходит перераспределение электронов и возникают области повышенной и пониженной электронной плотности. Это оказывает влияние на легкость и направление реакций электрофильного замещения. Место вступления нового заместителя определяется природой уже имеющегося заместителя.

18. Ориентанты 1-го рода повышают электронную плотность в бензольном кольце, особенно на углеродных атомах в орто - и пара -положениях , что благоприятствует взаимодействию с электрофильными реагентами именно этих атомов. Пример: Ориентанты 1-го рода, повышая электронную плотность в бензольном кольце, увеличивают его активность в реакциях электрофильного замещения по сравнению с незамещенным бензолом. Особое место среди ориентантов 1-го рода занимают галогены, проявляющие электроноакцепторные свойства: - F ( +M<–I ), - Cl ( +M<–I ), - Br ( +M<–I ). Являясь орто-пара -ориентантами , они замедляют электрофильное замещение. Причина – сильное понижение электронной плотности в кольце. Ориентанты 1 рода ( орто и пара- ориентанты )

19. направляют замещение преимущественно в мета -положение. К ним относятся электроноакцепторные группы: - NO 2 ( –M, –I ); - COOH ( –M, –I ); - CH=O ( –M, –I ); - SO 3 H ( –I ); - NH 3 + ( –I ); - CCl 3 ( –I ). Ориентанты 2 рода (мета- ориентанты ) Все ориентанты 2-го рода, уменьшая в целом электронную плотность в бензольном кольце, снижают его активность в реакциях электрофильного замещения. Таким образом, легкость электрофильного замещения для соединений (приведенных в качестве примеров) уменьшается в ряду: толуол C 6 H 5 CH 3 > бензол C 6 H 6 > нитробензол C 6 H 5 NO 2 .

20. 9.1

21. Получение ароматических углеводородов Природное сырье нефть Каменный уголь Производственное сырье В зависимости от сырья, арены получают как на предприятиях нефтехимии, так и на металлургических заводах. В зависимости от технологии получения и назначения бензол подразделяют на бензол нефтяной и каменноугольный.

22. Реакции получения АРЕНОВ Бензол и его гомологи могут быть получены сплавлением солей ароматических кислот со щелочью. Гомологи бензола легко получаются из галогенопроизводных реакций Вюрца - Фиттига : Реакция Фриделя - Крафтса – важный метод получения гомологов бензола: Из ацетилена и его гомологов: Полимеризация. Для алкинов характерны реакции ди -, три-, тетрамеризации , что зависит от условий реакции

23. Физические свойства аренов Арены – бесцветные жидкости с характерным запахом, высшие гомологи – твердые вещества. Температуры кипения и плавления зависят от размера , количества и расположения боковых цепей. Изомеры с несколькими радикалами кипят при более высокой температуре, чем изомеры с одним, но большим радикалом. При сближении радикалов температуры кипения возрастают, так орто - изомеры кипят при более высокой температуре, чем пара- изомеры, температура плавления, наоборот, выше у пара- изомеров. Изомеры с разветвленным заместителем кипят при более низкой температуре, чем с заместителем нормального строения. 1 1

24. Химические реакции аренов Горение Замещение Окисление Присоединение С 6 Н 6 + 15О 2 = 12СО 2 + 6Н 2 О Алкилирование Галогенирование (t, kat ) Нитрование Сульфирование Бензол устойчив к действию окислителей. При обычных условиях не обесцвечивает KMnO 4 и Br 2 . Гомологи бензола окисляются легко Гидрирование С 6 Н 6 + 3Н 2 = С 6 Н 12 Радикальное хлорирование (уф, ка t ) С 6 Н 6 + 3 Cl 2 = C 6 H 6 Cl 6 Химические свойства аренов 1 2 1

25. Реакции замещения аренов Галогенирование Происходит в присутствии катализаторов AlCl 3 1 3 , 14

26. Реакции замещения аренов Нитрование Бензол реагирует с нитрующей смесью 1 5

27. Реакции замещения аренов Алкилирование замещение атома водорода в бензольном кольце на алкильную группу( алкилирование ) происходит под действием алкилгалогенидов  (реакция Фриделя-Крафтса ) или  алкенов  в присутствии катализаторов AlCl 3 , AlBr 3 , FeCl 3  (кислот Льюиса)

28. 9.2

29. Применение аренов