aromás szénhidrogének
aromás szénhidrogének
S.V.Stahanova, NUST "MISA", Budapest
KULCSSZAVAK: aromás szénhidrogének. Arena, sp2 hibridizációs, edinoe-elektron felhő körkörös konjugátum, ionos mechanizmus helyettesítési reakciót, elektrofil szubsztitúciós, nitrálás, halogénezés, alkilezés, Friedel-Crafts-alkilezését alkének, hidrogénezés, oxidáció.
Molekuláris szerkezete benzol. aromás
Aromás szénhidrogének (arének) - a szénhidrogének, amely molekulák tartalmazhatnak egy vagy több benzolgyűrűvel.
A legegyszerűbb képviselője az aromás szénhidrogénként benzolt, molekuláris képlet C6 H6. Azt találtuk, hogy az összes szénatom, a benzol-molekula egy síkban vannak, amely egy szabályos hatszög (ábra. 1). Mindegyik szénatom kötődik egy hidrogénatom. A hossza az összes szén-szén kötés azonos, és tartalmazhat 0139 nm.
Ábra. 1. modell A benzol-molekula: a) sharosterzhnevaya; c) félgömb alakú.
A kép a benzol molekula szerkezeti képlete a következő:
Történelmileg, a neve „aromás szénhidrogének” történt, mert sok benzolszármazékok, amelyek először a természetes forrásból izolált, kellemes illata.
Jelenleg a „aromaticitás” jelent a kifejezés. Először is, a különleges jellegét a reaktivitása anyagok miatt, viszont szerkezeti jellemzői a molekulák ezen vegyületek.
Mik ezek a szolgáltatások?
Összhangban a molekuláris képlete C6 H6 benzolt egy telítetlen vegyület, és várható, hogy ez jellemezhető jellemző addíciós reakciójával alkének. Azonban a feltételeket, amelyek az alkének gyorsan lép addíciós reakció, a benzol nem válaszol, vagy lassan reagál. Benzol és nem ad konkrét minőségi jellemző reakciókon telítetlen szénhidrogéneket: nem színezi brómos vizet és vizes kálium-permanganát oldattal.
Ez a karakter reaktivitás jelenléte miatt az aromás gyűrű a konjugált rendszer - egyetlen elektron felhő.
A benzolos molekula valamennyi szénatom az állam sp2 -hybridization és három társult -bond két szénatomot és egy hidrogénatom. A negyedik vegyérték-elektron egy szénatom található, a p pályák síkjára merőleges a molekula. A benzolos molekula fordul elő, oldalirányú p pályák átfedő mindegyik szénatom p pálya két szomszédos szénatom (ábra. 2). Ennek eredménye a kapcsolást alkotó edinoe-elektron felhő. felett elhelyezett síkja alatt és a benzolgyűrű - készült körkörös konjugáció.
Egy ilyen gyűrűs rendszer összesen hat elektron felhő nagyon stabil energetikailag kedvező; benzol ezért előnyösen úgy azokat a reakciókat. amelyekben egy aromás gyűrű megmarad.
Ábra. 2. Az elektronikus szerkezete benzol molekula: a) p pályák átfedő rendszer; b) egy egységes -elektron felhő.
Hangsúlyozzuk ismét, hogy a benzol molekula nem tudja szétválasztani a három kétágyas és három egyszeres kötés. Az elektronsűrűség egyenletesen oszlik a molekulában, és az összes kötés a szénatomok közötti teljesen azonos. Ezért kell emlékezni, hogy a Kekulé formula, amely gyakran használt képek benzol, feltételes és nem tükrözi a valós szerkezetét molekulákat.
Így, aromás vegyületek azok, amelyekben a molekula egy stabil ciklikus csoport, egy speciális kapcsolatot karakter. Miután a molekuláris képlet, jelezve a magas fokú telítetlenséget, ezek az anyagok, azonban nem reagálnak, mint a telítetlen, és jönnek elsősorban a szubsztitúciós reakció a megőrzése aromás rendszert.
Az izomerek nómenklatúra
Az általános képlet a homológ sor aromás szénhidrogén CnH2n-2.
A legközelebb homológja benzol metil-benzol. Sokkal valószínűbb, hogy a saját nevét használja trivialnoe - toluol:
Benzol és toluol nem aromás izomerek. Ezek az anyagok jellemző a Interclass izomerek. Így megfelelő molekuláris képlete C6 H6, és ezért, az izomer benzol neperedelnye aciklikus szénhidrogének két hármas vagy két dupla és egy hármas kötést tartalmaz a molekulában, például:
Mivel arének nyolc szénatomos lehetséges izoméria összetételével kapcsolatos és a relatív elrendezése uglevodorodnyhradikalov. Ha a benzolgyűrű kapcsolódó két szubsztituens. lehetnek három különböző helyzetben egymáshoz képest szomszédos (képest orto helyzetben oboznochayut előtag) keresztül egy szénatom (meta), és egymással szemben (para). Xilol, amely stukturnye izomerjei alább megadott képlet a közös neve a xilol.
Tehát a molekuláris képlet C8 H8 megfelelnek az a négy izomer aromás szénhidrogén:
Sok benzol homológok nemcsak a rendszeres (nézve a származékai benzol), de triviális nevek, mint például:
Meg kell emlékezni a nevét a csoportok által alkotott aromás szénhidrogének:
Vannak-benzol-származékok telítetlen oldalláncú (persze, ezek nem homológjai)
Emlékezzünk, hogy a telítetlen csoportokat
Van nevük vinil és etinil volt.
Arena tartalmazhat több benzolt atommagok a molekulában. Az ilyen anyagok az úgynevezett többgyűrűs aromás szénhidrogének. Ők vannak osztva vegyületek izolált benzol sejtmagok, például
és vegyületek kondenzált benzolgyűrű, amely a legegyszerűbb példa naftalin:
Fizikai tulajdonságai a benzol és homológjai
Benzol és a legközelebbi homológjai - színtelen folyadék, jellegzetes szagú (1. táblázat). Minden gyakorlatilag vízzel nem elegyedő, de a jó oldószerek például a szerves anyagok.
1. táblázat Fizikai tulajdonságok néhány Arenes
Sok aromás szénhidrogének toxikus és káros nem csak a folyékony, de a pár. Ezért nagyon óvatosnak kell lennünk, ha foglalkozik velük. Persze, fűtés arének, valamint egyéb szerves anyagok, nem tudja használni a nyílt láng, mivel könnyen törik. Ezek felhasználásával melegítik Fűtőegységek a gyűrűk vagy zárt-hélix.
Benzol legjellemzőbb szubsztitúciós reakciót a hidrogénatomok az aromás magnak, ahol megmarad a stabil hat--elektron aromás rendszert.
szubsztitúciós reakciók mennek végbe ionos mechanizmus (vagy inkább, elektrofil szubsztitúció mechanizmusa. Lásd az 1. mellékletet). A legfontosabb példák Az aromás szubsztitúciós reakciók sorban halogénezéssel, nitrálással és benzol alkilezésére.
halogénezés
Helyettesítése hidrogénatom a benzol-gyűrű klór- vagy brómatom végbe katalizátorok jelenlétében - alumínium-klorid és a vas:
Megjegyezzük, hogy más körülmények között, így fény vagy hő, a kölcsönhatás benzol klórral fog folyni nem ionos és gyökös mechanizmussal, ami vezet a kialakulásához más termékek (lásd. A metszeteket „helyettesítési reakciók”, „Properties of kémiai benzol-homológokat, tulajdonságok „).
A reakció hatására tömény HNO3 salétromsav és kénsav H2 SO4 (nitrálósav):
Az alkilezést - a bevezetése a molekula az alkilcsoport (... -CH3 -C2 H5 -C3 H7, stb), így a benzol keletkezése homológok.
Benzol alkilezésére végezhetjük két módon. Először is, a hatása a benzol halogénezett alkánok a katalizátorok jelenlétében - alumínium-halogenid (alkilezés Friedel-Crafts):
Másodszor, reakciójával benzol etilénnel jelenlétében szénhidrogének, sav katalizátor (alkének alkilezés):
A benzol alkilezésére propilén képződik előnyösen 1 izopropil.
Egyes esetekben, a benzol képes belépni addíciós reakcióval.
A hidrogénezést benzol végzik nagy hő és nyomás jelenlétében fém katalizátorok (Ni, Pt, Pd):
Hasonlóképpen, hidrogénezéssel történik, és benzol-homológokat, mint például:
A kötődés klórral a napfény vagy az UV sugárzás a megoldás a klór benzolban. Egyidejűleg csatlakozott mindössze három klór- molekulák és olyan szilárd termék előállítása - a hexaklór-ciklohexán:
oxidáció
Benzol ellenáll az oxidációval: ez, ellentétben a telítetlen szénhidrogéneket sem színeződik el kálium-permanganát-oldatot. Amikor lángra benzol világít fényes füstös lánggal:
Sajátosságai kémiai tulajdonságainak homológia BENZOL
A benzol-homológokat, azzal jellemezve, hogy az azonos típusú kémiai reakciók, és hogy a maga számára. hanem azért, mert a kölcsönös hatása a benzolgyűrű és oldalsó szubsztituensek megjelenik számos funkcióval. Reakciók léphetnek fel mind a benzolgyűrűn, és a szénhidrogén-csoport.
Helyettesítési reakcióban, a benzolgyűrűn
Benzol-homológokat, lép szubsztitúciós reakciók ugyanazon reagensekkel, mint a benzol.
Azonban, a molekulában lévő benzol homológok alkilcsoportok (-CH3. -C2 H5. -C3 H7 és mtsai.) Vannak donorok az elektronsűrűség, kifejtett pozitív induktív hatások. A növekedés elektronsűrűség fordul elő, főleg a 2., 4. és 6. képest a radikális.
Emiatt újraelosztása az elektronsűrűség a benzolgyűrű aktívabbá válik a szubsztitúciós reakciók (reakció fordul elő könnyebb enyhébb körülmények között), és újra küldeni tartozik szubsztituens orto- - és a para - helyzetben képest az alkilcsoport.
Például, klórozás toluol, a keverék orto - és para - klór-toluol:
Toluol nitrálása nitráló elegyet melegítés vezethet, hogy a csere a három hidrogénatomot az nitrocsoport:
Az enyhébb körülmények között, a keverék orto - és para -nitrotoluolov (Lásd az 1. mellékletet).
A reakciót az oldallánc
Az alkilcsoport lehet a megfelelő körülmények között mutatnak azonos kémiai tulajdonságokkal, mint az alkánok. Így, reakciója benzol-homológokat, klórral a megvilágított katalizátor nélkül végbemegy gyökös mechanizmussal. Tehát van egy helyettesítése hidrogén-atommal az oldalláncban, ahelyett, az aromás gyűrű:
Abban az esetben bonyolultabb szénhidrogéncsoport szubsztitúció játszódik előnyösen a legközelebbi a benzolgyűrűben lévő szénatomon:
oxidáció
Az intézkedés alapján kálium-permanganát benzol-homológokat, vannak kitéve oxidációs szénhidrogén-oldallánc. A reakció végrehajtása során a savas közegben toluol oxidációs termék benzoesav:
Az intézkedés alapján kálium-permanganát toluolos semleges közegben só formájában keletkezett benzoesav - a kálium-benzoát:
Bonyolultabb oldalláncok hatása által oxidálószerek „égnek”: a legközelebb a benzolgyűrű szénatomon egy része a karboxilcsoportok és a fennmaradó szénatom oxidált szén-dioxid:
Homológjait benzolban, amely két oldallánc megadott oxidációját dikarbonsavak vagy ezek sói:
Termelés benzol és homológjai
A dehidrogénezési dehidro-ciklizálásával alifás szénhidrogének
Az a folyamat, alkánok, hogy dehidrociklizálásával nevezett arénában, mert egyidejűleg ez magában foglalja két reakció: lineáris áramkör sorosan szénhidrogén és hidrogén absztrakció. Ez nyert hexán, benzol, heptán - toluol, oktán származó - a xilolok és etil-benzol:
Az alkalmazott katalizátorok ezekben a folyamatokban, platina, palládium vagy Cr 2 O3. alumínium-oxid hordozós.
Aromás szénhidrogének is képződik a dehidrogénezési ciklohexán és ezek homológjai:
Ipari folyamat, amely ásványolaj szénhidrogének által a fent leírt dehidrogénezési és dehidrociklizálásával reakciók kapott arénában nevezett reformáló.
Amikor acetilént vezetünk át aktív szén körülbelül 400-600 C trimerizációs acetilén benzollá:
Benzoesav sója, kondenzált lúgok
Amikor kondenzált benzoát alkálifém- hasítja a karboxilcsoport alkotnak benzol:
Ezzel a reakciót úgy állíthatjuk elő, benzol-homológokat, egy sor lépést, például séma szerint
Wurtz reakció - Wilhelm Rudolph Fittig
A reakcióban a halogén-alkánok és halogénezett aromás kialakítva homológjai benzol, mint például:
Emlékezzünk, hogy származó benzol-homológokat is keresztül alkilezési reakciókat halogénezett alkánok vagy alkének (lásd. „Kémiai soystva aromások” szakasz).
ünnepély
1. Mivel az anyag:
Adjon egy nevet ezen anyagok mindegyikének a szabályoknak megfelelően az IUPAC nómenklatúra. Adj triviális nevei azokat az anyagokat, amelyek az ilyen neveket használnak.
2. Tekintettel az anyag:
Írja szerkezeti képletét ezeket az anyagokat.
3. Írja be a szerkezeti képletét minden öt aromás készítmény C9 H12. Adja meg a nevét, ezeket az anyagokat.
4. Írjuk be az egyenlet a következő reakciók:
a) nitrálási benzol;
b) benzol alkilezésére 2-klór-propán;
c) benzol alkilezésére propilén.
Meghatározza azokat a feltételeket a reakciók, nevet nyert anyagok.
5. Írjuk be az egyenlet a következő reakciók:
a) reagáltatjuk benzolban klórral alumínium-klorid jelenlétében;
b) a kapott benzolos klórral az intézkedés alapján ultraibolya sugárzás;
a) toluol reagáltatásával klórral alumínium-klorid jelenlétében;
g) toluol reagáltatásával klóratom a fény a katalizátor nélkül.
By milyen mechanizmus - csoport, vagy ion - reakciói c) és d)?
6. Győződjön meg az egyenlet a következő reakciók:
a) az etil-benzol oxidációja kálium-permanganáttal reagáltatjuk kénsav jelenlétében;
b) oxidációja para -ksilola vizes kálium-permanganát.
7. Írja az egyenlet a következő reakciók:
a) a dehidrogénezési ciklohexán;
b) a dehidrogénezési 1,2-dimetil-ciklohexán;
c) dehidrociklizálásával oktán.
Név kapott aromás szénhidrogének.
8. Írja le a reakciókat. amellyel nyerhető etilbenzolt
Meghatározza azokat a feltételeket a reakció.
9. Írja reakciók által, amely a benzol nyerhető kalcium-karbid két szakaszban.
10. Írja reakciók által, amely, hogy megkapja a benzol toluolból két szakaszban.
11. Adja meg reakció egyenletek, amelyek lehetővé teszik, hogy megkülönböztessék
a) benzol és hexén-1;
b) a benzol és a toluol;
c) a toluol és a sztirol.
12. Írja be a reakciókat, amelyek elvégzésére a következő transzformáció:
13. Írja be a reakciókat, amelyek elvégzésére a következő transzformáció:
14. Írja be a reakciókat, amelyek elvégzésére a következő transzformáció:
15. Írja be a reakciókat, amelyek elvégzésére a következő transzformáció:
JOB a teszt formájában
1. Állítsa közötti levelezés a képlet, és az osztály az anyagok (csoport) szerves vegyületek, amelyek (-s) tartozik.