Будова, ізомерія, номенклатура одноядерних аренів

Будова бензолу в світі сучасних уявлень про природу хімічних зв’язків. Сучасна структурна формула бензолу.

Молекула бензолу має форму правильного плоского шестикутника. Усі атоми Карбону в бензольному циклі знаходяться в стані sp²-гібридизації. Кожний з них утворює три звичайних σ-зв’язки (за рахунок трьох гібридних орбіталей), які розташовані у просторі під кутом 120^о. Негібридизовані р-орбіталі кожного атома Карбону орієнтовані перпендикулярно до площини бензольного кільця і перекриваються між собою над і під кільцем. В результаті виникає спільна електронна хмара і утворюється єдиний хімічний π-зв’язок для всіх атомів Карбону. Таким чином, шість π-електронів не локалізовані в пари, а утворюють єдину π-систему.

Таким чином, молекула бензолу - стійкий симетричний шестичленний цикл з однаковими СН-групами, які знаходяться в одній площині і зв’язані ароматичною системою зв’язків.

Гомологи бензолу. Ізомери двозаміщених аренів: орто -, мета -, пара - ізомери).

толуол	о-ксилол	стирол (вінілбензол)	кумол (ізопропілбензол)

 

Природні джерела та способи добування аренів

Природні джерела ароматичних сполук: кам’яновугільна смола, коксовий газ. Арени також одержують ароматизацією нафти (каталітичне дегідрування циклоалканів, дегідроциклізація алканів).

Синтез гомологів бензолу можна здійснювати за реакціями Вюрца-Фіттіга, Фріделя-Крафтса, тримеризації ацетилену, лужного сплавлення солей ароматичних кислот.

Синтез Вюрца-Фіттіга (1864 р.):

Бромбензол	Алкілбензол

Реакція Фріделя-Крафтса:

Бензол	Алкілбензол

Сплавлення солей ароматичних кислот з лугами

Фізичні властивості ароматичних вуглеводнів

Арени – малополярні сполуки і їхні фізичні властивості аналогічні властивостям аліфатичних вуглеводнів, які залежать від розміру та ізомерії замісників. Бензол та його найближчі гомологи – безбарвні рідини з характерним запахом, вищі гомологи - тверді речовини. Вони нерозчинні у воді, але добре розчиняються в органічних розчинниках. Легко загоряються і горять світним, сильно кіптявим полум’ям. Рідкі арени самі є гарними розчинниками органічних сполук. Пари та рідини токсичні, деякі речовини - канцерогенні.

Література: [1] с. 75 - 83; [3] с. 185 – 192

 

ВЛАСТИВОСТІ АРЕНВ. БАГАТОЯДЕРНІ АРОМАТИЧНІ СПОЛУКИ

Лекція №4 (1 година)

План

1. Хімічні властивості аренів.

2. Окремі представники, похідні, їх значення і використання.

3. Арени з конденсованими циклами, їх будова, хімічні властивості.

4. Багатоядерні сполуки з неконденсованими циклами, їх будова, хімічні властивості.

Хімічні властивості аренів

Реакції електрофільного заміщення (алкілування, галогенування, нітрування, сульфування та ацилування) та їх механізм.

Правила заміщення в бензольному кільці. Якщо в бензольному ядрі є замісник, тоді інший замісник займає положення, яке залежить від характеру першого. Всі замісники за характером їх орієнтуючої дії поділяють на дві групи.

Замісники першого роду – галогени, вуглеводневі радикали, гідроксильна і заміщена гідроксильна група, аміно- і заміщена аміногрупа – є орто -, та пара -орієнтантами. Замісники другого роду – карбоксильна група, альдегідна, сульфо-, нітро- групи та інші – мета- орієнтанти.

Орієнтуюча дія замісників пояснюється їх різним впливом на реакційну здатність бензольного ядра. Замісники першого роду (крім галогенів) збільшують електронну густину бензольного ядра і таким чином активізують й поляризують його, в результаті чого на атомах Карбону в орто - і пара -положеннях виникає частково від’ємний заряд. Реакції заміщення прискорюються. Замісники другого роду зменшують електронну густину ядра і менше за все на атомах Карбону в мета -положеннях, внаслідок чого це положення стає найбільш реакційно здатним.

Необхідно відмітити, що ці правила не мають абсолютного значення. У більшості реакцій поряд з переважною кількістю основного продукту реакції (згідно з правилами) утворюються й інші ізомери, в значно меншій кількості.

Вплив замісників на бензольне кільце.

Реакції приєднання: гідрування, фотохімічне хлорування.