Тема 24. Ароматичні вуглеводні (арени)

Ароматичні вуглеводні – це вуглеводні в молекулах яких є цикл, який складається із 6(шести) атомів Карбону (бензенове ядро)

Найпростішим представником аренів є бензен, його формула – С₆Н₆. Вперше структурну формулу запропонував Кекуле

 

Формула Кекуле

 

Із формули видно, що кожен із 6 атомів Карбону перебуває в

sp²-гібридизації.

 

 

 

Кожен із 6 атомів С містить по одному не гібридизованому р-електрону, які розміщуються перпендикулярно до площини гібридизованих. Всі вони перекриваються над і під площиною шестикутника(бензенового ядра) і утворюють єдиний π-зв’язок, який складається із 6 електронів,що називається спряженням (вирівнювання). Доказом цього є те, що віддаль між атомами Карбону в бензеновому ядрі є одинакова і становить 0,140 нм.

Сучасна формула бензену,яка відповідає його будові:

або

 

Номенклатура аренів

 

За міжнародною номенклатурою назви аренів походять від відповідних назв радикалів (замісників) з додаванням слова – бензен.

С₆Н₆ бензен

 

 

С₆Н₅-СН₃ метилбензен (толуен)

 

С₆Н₄(СН₃)₂ 1,2-диметил бензен (ксилен)

 

Якщо в аренах є тільки два одинакові радикали (замісники), то

до їхніх назв додається префікс: орто, пара, мета.

1. Орто - це коли один радикал знаходиться біля 1 атома С у

бензеновому ядрі, а другий – біля 2 або 6 атома С;

 

2.Мета - це коли один радикал(замісник) знаходиться біля 1 атома С у бензеновому ядрі, а другий – біля 3 або 5 атома С;

 

3. Пара - це коли один радикал знаходиться біля 1 атома С у

бензеновому ядрі, а другий – біля 4 атома С;

 

1.2-диметилбензен

орто-диметилбензен

о.ксилен

 

 

1,3-диметилбензен

мета-диметилбензен

м.ксилен

1,4-диметилбензен

пара-диметилбензен

п.ксилен

 

Фізичні властивості бензену

Бензен - це рідина, нерозчинна у воді, отруйна.

 

Хімічні властивості бензену

Для бензену характерними будуть реакції як типу заміщення атомів Н у бензеновому ядрі, так і типу приєднання із розривом π-зв’язку.

Легше будуть відбуватися реакції типу заміщення.

І. Реакції заміщення

1. реакція галогенування (каталізатор сіль – FeCl₃)

Реакція відбувається подібно як в алканах, тільки каталізатор інший. FeCl₃

C₆H₆ + Cl₂ → C₆H₅Cl + HCl

Хлоробензен

C₆H₆ + 6Cl₂ → C₆Cl₆ + 6HCl

гексахлоробензен

(Бензен не знебарвлює«бромну воду» подібно як алкани)

2. реакція нітрування ( подібно як алкани)

Це якісна реакція на бензен при цьому утворюється нітробензен жовтого кольору із запахом «гіркого мигдалю»

k. H₂SO₄

С₆Н₆ + HO-NO₂ → C₆H₅NO₂ + H₂O

нітробензен

ІІ. Реакції приєднання

1. реакція гідрування ( подібно як алкенів )

С₆Н₆ + 3Н₂ → С₆Н₁₂

циклогексан

2. реакція галогенування ( каталізатором є світло )

 

C₆H₆ + 3Cl₂ → C₆H₆Cl₆

Гексахлорциклогексан (гексахлоран)

(Бензен не знебарвлює «бромну воду»)

 

ІІІ. реакція окиснення

1. реакція горіння (повне і неповне):

Внаслідок реакції повного горіння вуглеводнів утворюється завжди СО₂ і Н₂О.

2C₆H₆ + 15О₂ → 12CО₂ + 6H₂О

2C₆H₆ + 9О₂ → 12CО + 6H₂О

2C₆H₆ + 3О₂ → 12C + 6H₂О

2. реакція окиснення розчином KMnO₄

Бензен не окислюються розчином KMnO₄ і не знебарвлює його.

 

 

Гомологи бензену

 

Загальна формула аренів: С_nH_2n-6 де: n = 6,7,8 і т.д.

 

Радикали аренів

 

Назви аренів Назви радикалів аренів

 

С₆Н₆ - бензен С₆Н₅ - феніл

С₆Н₅-СН₃ - толуен С₆Н₅-СН₂- бензил

Толуен

С₆Н₅-СН₃ - толуен, метилбензен, фенілметан

У молекулі толуені відбувається взаємний вплив груп атомів (С₆Н₅- феніл і СН₃- метил) одна на одну і цей вплив відбивається на хімічних властивостей. Группа СН₃ так впливає на С₆Н₅, що атоми Н в положеннях 2,4,6 (орто і пара) бензенового ядра стають більш рухливим і можуть заміщуватися на інші атоми або групи атомів.

Група С₆Н₅ так впливає на СН₃ (феніл має властивість відтягувати пари електронів), що атоми Н в ній стають більш рухливим і можуть окиснюватися.

 

Хімічні властивості толуену

І. Реакції заміщення( по групі С₆Н₅)

1. реакція галогенування (з «хлорною» чи «бромною водою») При цьому утворюється білий осад.

С₆Н₅-СН₃ + 3Cl₂ → С₆Н₂(Cl₃) -СН₃ ↓ + 3HCl

2,4,6-трихлоротолуен

(толуен знебарвлює«бромну воду»)

2. реакція нітрування

 

k. H₂SO₄

С₆Н₅-СН₃ + 3HO-NO₂ → C₆H₂(NO₂)₃СН₃ + 3H₂O

2,4,6-тринітротолуен (тротил)

ІІ. Реакції приєднання ( по групі С₆Н₅)

1. реакція гідрування ( подібно як алкенів )(важче ніж для бензену із-за порушення рівномірності розміщення π- зв′язку у бензеновому ядрі)

С₆Н₅-СН₃ + 3Н₂ → С₆Н₁₁-СН₃

метилциклогексан

 

 

ІІІ. Реакції окиснення.

1. реакція горіння:

Внаслідок реакції повного горіння вуглеводнів утворюється завжди СО₂ і Н₂О.

C₇H₈ + 9О₂ → 7CО₂ + 4H₂О

2. реакція окиснення розчином KMnO₄ (по групі СН₃, а вплив групи С₆Н₅)

Толуен на відміну від бензену окислюються розчином KMnO₄ і знебарвлює його.

 

С₆Н₅-СН₃ + 3[O] → C₆H₅СООН + H₂O

Бензойна кислота

 

 

Добування аренів

І. С₆Н₆

1. У промисловості бензен одержують реакцією тримеризації ацетилену:

3 С₂Н₂ → С₆Н₆ (каталізатор – вугілля і температура)

етин бензен

або дегідруванням циклогексану або гексану

С₆Н₁₂ → С₆Н₆ + 3Н₂

циклогексан

С₆Н₁₄ → С₆Н₆ + 4Н₂

гексан

ІІ. С₆Н₅-СН₃

 

1. У промисловості толуен одержують за схемою:

С₆Н₆ → С₆Н₅Сl → С₆Н₅-СН₃

1. С₆Н₆ + Cl₂ → С₆Н₅Сl + HCl

2. С₆Н₅Сl + CH₃Cl + 2Na → С₆Н₅-СН₃ + 2NaCl