Арени

Views:
 
Category: Entertainment
     
 

Presentation Description

No description available.

Comments

Presentation Transcript

Фізичні та хімічні властивості:

Арени

Фізичні та хімічні властивості:

Загальні відомості Арени   або ароматичні вуглеводні – сполуки , молекули яких містять бензенове кільце ( ядро). Назву “ ароматичні вуглеводні ” (гр.  aroma ( aromatos )  – духмяна речовина) запропонував у 1860 р. німецький хімік Ф.А. Кекуле . Більшість відомих на той час речовин, що містили угруповання із шести атомів Карбону ( бензенове ядро) були виділені із природних джерел (ефірні масла, рослинні смоли та бальзами), які мали приємний аромат. Незважаючи на те, що в подальшому з’ясувалось: серед великої кількості ароматичних сполук , лише окремі з них мають приємний запах, закріплена за ними назва “ароматичні” збереглася .

Фізичні та хімічні властивості:

Історія відкриття Родоначальник усіх ароматичних вуглеводнів –  бензен . Вперше бензен виділений у чистому вигляді із світильного газу у 1825 р. англійським вченим М. Фарадеєм. На початку ХІХ століття вулиці Лондона освітлювали газовими ліхтарями. Світильний газ для них зберігали під тиском у залізних балонах. Взимку, особливо у сильні морози, світильники починали тьмяно світити. Для з’ясування причин звернулись до М. Фарадея, який виявив, що при охолодженні на дні балонів з газом збиралась прозора рідина. З неї і був виділений бензен , який конденсувався із світильного газу. Він назвав його  “ bicarburet of hydrogen”   і встановив його молекулярну формулу С 6 Н 6 .

Фізичні та хімічні властивості:

Історія відкриття У 1834 р. німецький вчений Е.  Мітчерліх , нагріваючи бензойну кислоту з вапняком добув вуглеводень складу С 6 Н 6  і дав йому назву  бензин.  Німецький хімік Ю. Лібіх замінив закінчення  - ин  на  - ол  (від нім.  Öl  – олія). Так вуглеводень С 6 Н 6  дістав назву бензол. За сучасною українською номенклатурою –  бензен . Протягом багатьох років структурна формула бензену була предметом наукових суперечок і залишалась загадкою для хіміків. Для нього пропонували різні формули, але вони не пояснювали особливих властивостей бензену .

Фізичні та хімічні властивості:

Історія відкриття Лише через 40 років після відкриття М. Фарадея, у 1865 р., німецький хімік Август Кекуле запропонував циклічну формулу бензену , яка майже одразу була сприйнята більшістю хіміків того часу. Згідно з нею, молекула бензену містить цикл із шести атомів Карбону у якому чергуються прості та подвійні зв’язки:

Фізичні та хімічні властивості:

Історія відкриття Кекуле так описав народження теорії ароматичних сполук : “... Я сидів і писав підручник, але робота просувалась повільно, мої думки блукали десь далеко. Я підсунув крісло до каміна і задрімав. Атоми почали танцювати перед моїми очима... Довгі нитки атомів інколи тісно зближувались, вигинались і повертались, нагадуючи двох змій... І ось одна з них вчепилась в свій хвіст, продовжуючи кружляти перед моїми очима”. Цікаво, що саме А. Кекуле у 1858 р. першим висловив думку, що атоми Карбону можуть з’єднуватись між собою з утворенням  ланцюгів . І ось, у 1865 р. він припустив, що ланцюги з атомів Карбону можуть замикатись з утворенням кілець . Запропонована формула бензену була першою циклічною формулою.

Фізичні та хімічні властивості:

Історія відкриття Формула бензену , запропонована А.Кекуле змогла дати відповідь на ряд запитань. Так, вона пояснювала існування одного ізомеру, коли в бензеновому ядрі знаходиться один замісник. Всі атоми Карбону в молекулі бензену рівноцінні, тому сполучення замісника з будь-яким з цих атомів веде до утворення одного ізомеру.

Фізичні та хімічні властивості:

Історія відкриття Формула Кекуле пояснювала також існування трьох ізомерів, для дизаміщених бензену . Однак вона не могла пояснити, чому молекула бензену , яка містить три подвійні зв’язки не виявляє властивостей ненасичених сполук . Так, бензен не знебарвлює бромну воду та розчин калій перманганату, тобто не дає якісних реакцій на кратні зв’язки. Бензен порівняно стійкий до дії окисників та нагрівання. Причину такої поведінки бензену вдалось пояснити значно пізніше, у 30-х роках ХХ століття, після створення теорії ковалентного зв’язку. Тоді було встановлено взаємозв’язок між будовою бензену та його хімічними властивостями.

Фізичні та хімічні властивості:

Будова молекули бензену Молекула бензену має плоску будову: шість атомів Карбону і шість атомів Гідрогену лежать в одній площині, атоми Карбону розташовані в кутах правильного шестикутника, у якому всі кути становлять 120 °С. Всі шість атомів Карбону знаходяться в  sp 2 - гібридизованому стані. Кожен з них утворює три s- зв’язки: два із сусідніми атомами Карбону та один із атомом Гідрогену 

Фізичні та хімічні властивості:

Будова молекули бензену Крім того, всі атоми Карбону мають по одній негібридизованій  р -атомній орбіталі, які розташовуються перпендикулярно до площини, де знаходяться s- зв’язки. Кожна  р -орбіталь перекривається з двома сусідніми  р -орбіталями, при цьому утворюється єдина p- електронна хмара. Найбільша p- електронна густина в цій системі розташована над та під площиною s- скелету молекули і охоплює всі шість атомів Карбону (рис. 1). Це призводить до вирівнювання всіх С–С зв’язків у молекулі бензену , їх довжина становить 0,140 нм (тобто є проміжною між довжиною одинарного – 0,154 нм і подвійного – 0,134 нм зв’язку); і, як наслідок, всі шість атомів Карбону є рівноцінними. Утворення замкненої p- електронної системи є особливістю будови молекули бензену . Такий зв’язок надає електронній системі молекули бензену особливої стійкості. Тому бензен за звичайних умов не вступає у реакції приєднання, характерні для ненасичених вуглеводнів. Часто такий зв’язок, як у молекулі бензену , називають  ароматичним.

Фізичні та хімічні властивості:

Номенклатура Згідно з номенклатурними правилами ІЮПАК моноядерні арени розглядають як похідні бензену : метилбензен , етилбензен , ізопропілбензен . За деякими із них збереглися тривіальні назви: толуен ( метилбензен ), кумен ( ізопропілбензен ), які є більш поширеними: Алкільні замісники зв’язані з бензеновим кільцем називають боковими ланцюгами.

Фізичні та хімічні властивості:

Номенклатура Якщо у бензеновому ядрі є кілька замісників, то їх положення позначають цифрами. Номер 1 отримує атом, який зв’язаний із замісником, назва якого є першою за алфавітом, а напрям нумерації вибриють так, щоб сума цифр у назві була мінімальною. Алкільні замісники у назвах ароматичних вуглеводнів розміщують як префікси за алфавітним порядком:

Фізичні та хімічні властивості:

Номенклатура Дизаміщені бензену існують у вигляді трьох ізомерів: ізомери із замісниками біля сусідніх атомів Карбону (1,2-положення) називають  орто - ізомерами, ізомери із замісниками в 1,3-положенні –  мета- ізомерами, а у 1,4-положенні – пара- ізомерами. Скорочено їх позначають відповідно  о-, м-, п- ізомери. Диметилзаміщені бензену називають  ксилени .

Фізичні та хімічні властивості:

Номенклатура Спочатку помилково вважали , що замісники в  орто -положенні знаходяться не в 1,2-, а в 1,4-,  мета - – не в 1,3-, а в 1,2-, та пара - – не в 1,4-, а в 1,3-положеннх. Це знайшло відображення в назвах префіксів , які позначають положення двох замісників у бензеновому ядрі :  орто - ( від гр. – прямий ),  мета - ( від гр. – після ),  пара - ( від гр. – через) (В. Кернер). Радикал С 6 Н 5 –, який утворюється при відніманні одного атома гідрогену від бензенового ядра називають   феніл .  У 1837 р. А. Лоран дав вуглеводню С 6 Н 6   назву   фен  ( від гр.  phaino  – освітлює , той, що несе світло ). Для самого бензену ця назва не закріпилась , але від неї одержали назви радикал бензену С 6 Н 5 –  феніл , гідроксибензен С 6 Н 5 ОН –  фенол .

Фізичні та хімічні властивості:

Добування Основним промисловими джерелами одержання аренів є нафта та кам’яне вугілля . Існують і синтетичні методи добування ароматичних вуглеводнів . 1. Переробка нафти.  У нафті міститься небагато ароматичних вуглеводнів, тому нафту  ароматизують   –  нагрівають при високій температурі і тиску у присутності каталізаторів, при цьому відбуваються процеси дегідрування, ізомеризації та циклізації: В результаті цього вміст аренів у нафті зростає до 50 – 65%.

Фізичні та хімічні властивості:

Добування Суха перегонка кам’яного вугілля.  При нагріванні кам’яного вуіглля без доступу повітря до 1000 – 1300 º С утворюється кокс, коксовий газ і кам’яновугільна смола. В 1 м 2  коксового газу міститься біля 30 г бензену і 10 г толуену . До складу кам’яновугільної смоли входять моноядерні арени ( бензен , толуен , ксилени ) та деякі багатоядерні арени

Фізичні та хімічні властивості:

Добування 3. Циклотримеризація алкінів.  Синтетичним шляхом бензен одержують циклотримеризацією ацетилену за наявності коксу:

Фізичні та хімічні властивості:

Добування 4. Реакція Вюрца-Фіттіга .  Метод базується на добуванні ароматичних вуглеводнів із відповідних галагенопохідних при дії металічного натрію: Ця реакція аналогічна реакції Вюрца , але Р. Фіттіг у 1864 р. використав її для добування аренів .

Фізичні та хімічні властивості:

Добування 5. Алкілування ароматичних вуглеводнів  (реакція Фріделя-Крафтса ) .  Метод базується на взаємодії аренів з алкілгалогенідами у присутності каталізаторів – AlCl 3 , FeBr 3 , ZnCl 2  та ін.: Реакцію Фріделя-Крафтса використовують у промисловості, зокрема для синтезу етилбензену та ізопропілбензену ( кумену ).

Фізичні та хімічні властивості:

Фізичні та хімічні властивості Бензен та перші члени гомологічного ряду ( толуен , етилбензен та ін.) здебільшого прозорі рідини зі специфічним запахом. Вони не розчинні у воді, але добре розчинні в органічних розчинниках. Арени горять кіптявим полум’ям через високий вміст Карбону в їх молекулах. Для бензену найхарактернішими є реакції заміщення, однак, за певних умов бензен може вступати у реакції приєднання; для ароматичних вуглеводнів характерні також реакції окиснення.

Фізичні та хімічні властивості:

Фізичні та хімічні властивості Реакції заміщення. 1. Нітрування .  Для введення нітрогрупи у бензенове ядро зазвичай використовують нітруючу суміш, яка складається із концентрованих нітратної та сульфатної кислот: Нітрування бензену відбувається і при дії нітратної кислоти, однак зі значно меншою швидкістю.

Фізичні та хімічні властивості:

Фізичні та хімічні властивості 2 . Сульфування.  При дії на бензен концентрованої сульфатної кислоти утворюється бензенсульфонова кислота в результаті заміщення атомів Гідрогену на сульфогрупу –SO 3 H:

Фізичні та хімічні властивості:

Фізичні та хімічні властивості 3. Галогенування .  Заміщення атома Гідрогену у бензеновому ядрі на галоген відбувається тільки у присутності каталізаторів (найчастіше безводні галогеніди AlCl 3 , FeCl 3 , FeBr 3  та ін.). За таких умов реакція проходить практично при кімнатній температурі: Галогенування бензену – основний метод добування ароматичних галогенопохідних.

Фізичні та хімічні властивості:

Фізичні та хімічні властивості 4. Алкілування  (реакція Фріделя-Крафтса ):

Фізичні та хімічні властивості:

Фізичні та хімічні властивості Реакції приєднання . 1 . Приєднання водню.  Гідрування бензену відбувається значно важче, ніж алкенів : 2. Приєднання хлору   відбувається під 

Фізичні та хімічні властивості:

Фізичні та хімічні властивості 2 . Приєднання хлору   відбувається під дією УФ-опромінення. Продукт реакції – гексахлорциклогексан (гексахлоран) виявляє інсектицидні властивості і певний час його застосовували під назвою “ Ліндан ”: Гексахлоран вперше одержав М. Фарадей у 1825 р. Гексахлоран вперше одержав М. Фарадей у 1825 р.

Фізичні та хімічні властивості:

Фізичні та хімічні властивості Реакції окиснення. Завдяки ароматичному характеру сам бензен надзвичайно стійкий до дії окисників. На відміну від нього, толуен при нагріванні з калій перманганатом окиснюється до бензойної кислоти:

Фізичні та хімічні властивості:

Фізичні та хімічні властивості У цій реакції оксинюється не бензенове ядро, а метильна група . Метан, як і бензен , не оксинюється калій перманганатом, тому підвищену здатність метильної групи у молекулі толуену до окиснення можна пояснити активуючим впливом бензенового ядра на СН 3 -групу . Окиснення гомологів бензену – один із найважливіших способів добування ароматичних карбонових кислот.

authorStream Live Help