Ароматические углеводороды (арены)

I. Общая характеристика аренов.

Ароматическими называют соединения, в молекулах которых имеется циклическая группа атомов с особым характером связи – ядро бензола.

Простейшим представителем аренов является бензол, его эмпирическая формула С₆Н₆. Общая формула моноциклических аренов С_nH_2n-6 показывает, что они являются ненасыщенными соединениями.

В 1865 году немецкий химик Кекуле предложил циклическую формулу бензола с сопряженными связями (чередуются простые и двойные связи):

СН

НС СН

или

НС СН

СН

циклогексантриен – 1,3,5

Такая формула не объясняла многие свойства бензола:

1) Для бензола характерны реакции замещения, а не реакции присоединения.

Реакеакции присоединения возможны, но они протекают труднее, чем у алкенов.

2) Бензол не вступает в реакции, являющиеся качественными на непредельные углеводороды (с бромной водой и раствором КМnO₄.

Электронографические исследования, проведенные позже, показали, что все связи между атомами углерода в молекуле бензола имеют одинаковую длину 0,140 нм (среднее значение между длиной простой связи С – С 0,154 нм и двойной связи С ═ С 0,134 нм). Угол между связями у каждого атома углерода равен 120º. Молекула представляет собой правильный плоский шестиугольник.

Современная теория для объяснения строения молекулы С₆Н₆ использует представление о гибридизации орбиталей атома углерода.

Атомы углерода в бензоле находятся в состоянии

sp² – гибридизации. Каждый атом «С» образует три σ- ‌

связи (две с атомами углерода и одну с атомом водоро- СН

да). Все σ – связи находятся в одной плоскости:

НС СН

НС СН

‌ СН

Каждый атом углерода имеет один р-электрон, который не участвует в гибридизации. Негибридизированные р-орбитали атомов углерода находятся в плоскости, перпендикулярной плоскости σ-связей. Каждое р-облако перекрывается с двумя соседними р-облаками и в результате образуется единая сопряженная π-система.

Сочетание шести σ-связей с единой π-

-системой называется ароматической связью.

Цикл из шести атомов углерода, свя-

занных ароматической связью, называется

бензольным кольцом, или бензольным яд-

ром.

II. Номенклатура аренов.

Гомологи ароматических углеводородов надо рассматривать как производные бензола, в которых один или несколько атомов водорода замещены различными углеводородными радикалами.

С₆Н₅─ СН₃ С₆Н₅─ С₂Н₅ С₆Н₄(СН₃)₂

метилбензол этилбензол диметилбензол

(толуол) (ксилол)

Радикал бензола имеет формулу —С₆Н₅ и называется фенил.

III. Изомерия аренов.

Для аренов характерна изомерия двух видов:

1) изомерия числа и строения заместителей;

2) изомерия положения заместителей (орто-, мета-, пара-изомерия).

Так как в бензоле все атомы углерода равноценны, то у первого гомолога метилбензола изомеры отсутствуют. У второго изомера диметилбензола имеются три изомера:

₁ CH_{3 1} CH_{3 1} CH₃

_{6 2} CH_{3 6 2 6 2}

_{5 3 5 3——} CH_{3 5 3}

_{4 4 4}

CH₃

1,2 – диметилбензол 1,3 – диметилбензол 1,4 – диметилбензол

орто-диметилбензол мета-диметилбензол пара-диметилбензол

орто- ксилол мета-ксилол пара-ксилол

Орто-изомеры – это изомеры, в которых заместители находятся у соседних атомов угле-рода.

Мета-изомеры – это изомеры, в которых заместители разделены одним атомом углерода.

Пара-изомеры – это изомеры, в которых заместители разделены двумя атомами углерода

бензольного кольца.

С₈Н₁₀

а)С₂Н₅ б) СН₃ в) СН₃ г) СН₃

─ СН₃ ─ СН₃

СН₃

изомерия положения заместителей

(орто-, мета-, пара-изомерия)

изомерия числа и строения заместителей

IV. Физические свойства аренов.

Все арены имеют плотность меньше 1, то есть все они легче воды и в воде не растворимы.

Cпособы получения аренов.

Арены получают в промышленности:

1. При переработке нефти и каменного угля.

2. Из предельных углеводородов:

t, k, P

СН₃ ─ СН₂ ─ СН₂ ─ СН₂ ─ СН₂ ─ СН₃ ————————→ + + 4Н₂↑

гексан

бензол

3. Из алициклических углеводородов:

СН₂

СН₂ СН₂

t=300ºC, K

СН₂ СН₂ ————————————→ + 3Н₂↑

СН₂

циклогексан бензол

4. В лаборатории можно получить бензол сплавлением бензойной кислоты со щелочами:

О

//

─ С

t

ОNa + NaO H ———→ + Na₂CO₃

бензоат бензол

натрия

VI. Химические свойства бензола.

Дата добавления: 2013-12-12