Ароматические углеводороды

Сентябрь 3, 2022

Главная
Алгебра
Ароматические углеводороды

Содержание

2. Литература Артеменко А. И. Органическая химия: Учебное пособие. – М.: Высш. шк., 2003. – С. 371-461.
3. Ароматические соединения (или арены) – это большая группа соединений карбоциклического ряда, молекулы которых содержат устойчивую циклическую
4. Открыт в 1825 г. М. Фарадеем в светильном газе, из которого он выкристаллизовался при охлаждении. Строение
5. Предложенная формула опиралась на следующие факты: а) бензол и его гомологи имеют общую формулу СnН2n–6 ,
6. Х Х Х Х в) почему существует только один о - изомер дизамещенного бензола. Только в
7. Молекула бензола имеет строение плоского правильного шестиугольника с длиной сторон 0,140 нм. В одной плоскости с
8. Четвертая негибридизованная 2р – орбиталь атома С, ось которой перпендикулярна плоскости бензольного кольца, перекрывается с 2р
9. Две области наибольшей π – электронной плотности расположены по обе стороны кольца (в области всех δ
10. Таким образом, истинное строение бензола является мезомерным – промежуточным между крайними возможностями, изображаемыми формулами Кекуле:
11. Понятие «ароматичности» Главная особенность ароматических углеводородов - равномерное распределение π − электронной плотности в молекуле. Немецкий
12. Молекулы ароматических соединений должны обязательно иметь плоское строение. Если это условие не выполняется, то круговое сопряжение
13. Примеры ароматических соединений циклопентадиен циклопентадиенильный анион катион циклопропенилия: аннулен (циклооктадеканонаен), - ароматическая система, содержащая 18 π
14. Номенклатура. Общее систематическое название ароматических углеводородов – арены. Наряду с систематическими широко используются тривиальные названия: СН3
15. Изомерия Общая формула гомологов бензола СnH2n – 6 Все 6 атомов H в молекуле бензола совершенно
16. Изомеры могут отличаться природой и положением заместителей одновременно. Арен состава С8Н10 может иметь 4 изомера: 1
17. Получение Основные источники получения ароматических углеводородов – сухая перегонка каменного угля (коксование) и нефтепереработка. Синтетические способы:
18. 2) Реакция Вюрца – Фиттига Br + 2Na + Br – C2H5 → C2H5 + 2NaBr
19. 4) реакция Фриделя – Крафтса: 5) синтез из солей ароматических кислот: + C2H5Cl AlCl3 C2H5 C6H5
20. Физические свойства. Низшие члены гомологического ряда бензола – чаще жидкости со своеобразным запахом, нерастворимые в воде,
21. Химические свойства. Для ароматических углеводородов наиболее характерны реакции замещения, в меньшей степени – реакции присоединения, протекающие
22. Первая стадия - образование π – комплекса X Y Х+ + Y- + Х+ медленно Х+
23. В общем виде σ – комплекс: Или в виде пентадиенильного катиона: Третья стадия – быстрое отщепление
24. Галогенирование Cl2 + FeCl3 Cl+ + FeCl-4 H+ + FeCl4- → HCl + FeCl3
25. Нитрование HNO3 + 2H2SO4 + + H+ + → H2SO4
26. Cульфирование Активный электрофильный агент в реакции сульфирования - оксид серы (VI) Бензолсульфокислота
27. Алкилирование и ацилирование (реакции Фриделя-Крафтса) Катализатор – безводный AlCl3
28. Вместо галогеналкилов в качестве алкилирующих средств применяют также непредельные углеводороды и спирты. В этом случае в
29. Ацилирование – введение в молекулу органического соединения ацильной группы.
30. Реакции присоединения. Эти реакции не характерны для бензола, поэтому они протекают только в особых условиях (высокая
31. Реакции окисления. Бензол окисляется только при воздействии сильных окислителей (например, кислорода воздуха при высокой температуре в
32. Ориентирующее влияние заместителей Эффекты заместителей при электрофильном замещении Заместители первого рода (активирующие орто-, пара- ориентанты) :
33. 3. Заместители третьего рода (дезактивирующие орто-, пара- ориентанты) – (галогены). 2. Заместители (дезактивирующие второго рода (дезактивирующие
34. Согласованная и несогласованная ориентация. Согласованная ориентация - в случае, если 2 заместителя одного рода находятся в
36. Скачать презентацию

Слайд 2

Литература
Артеменко А. И. Органическая химия: Учебное пособие. – М.: Высш. шк.,

2003. – С. 371-461.
Новоселова Е.В., Андреева Л.Н. Органическая химия, Ч. II: Учебное пособие. – Новогорск.: Изд-во АГЗ, 2004. – С. 4-85.

Слайд 3

Ароматические соединения (или арены)
– это большая группа соединений
карбоциклического ряда,

молекулы которых содержат устойчивую
циклическую группировку,
обладающую особыми
физическими и химическими свойствами.

Бензол (или бензен), соединение состава С6Н6
– родоначальник обширного ряда
углеводородов, которые называют ароматическими.

Слайд 4

Открыт в 1825 г. М. Фарадеем в светильном газе,
из которого

он выкристаллизовался при охлаждении.
Строение молекулы бензола установлено в 1865 г.
немецким химиком А. Кекуле:

Бензол

Слайд 5

Предложенная формула опиралась
на следующие факты:
а) бензол и его гомологи

имеют общую формулу СnН2n–6 ,
что обозначает наличие в бензоле 3х двойных связей;
б) в бензоле равноценны все атомы С, так же, как и H.

В то же время эта формула не отвечала
на следующие вопросы:
а) почему бензол вступает преимущественно в реакции
замещения, а не присоединения;
б) почему длины всех связей С - С в молекуле бензола одинаковы;
в) почему существует только один о - изомер дизамещенных
бензола.

Слайд 6

Х
Х
Х
Х
в) почему существует только один о - изомер дизамещенного
бензола.
Только в начале

ХХ столетия
при использовании физических и расчетных методов
квантовой химии,
была установлена структура молекулы бензола.

Слайд 7

Молекула бензола имеет строение
плоского правильного шестиугольника с длиной сторон 0,140

нм.
В одной плоскости с кольцом лежат и 6 связей С - Н,
образующих с ребром шестиугольника угол, равный 1200.
Атомы C в молекуле бензола находятся в состоянии
sp2 – гибридизации и образуют по 3σ – связи
(с двумя атомами С и одним атомом H).

Слайд 8

Четвертая негибридизованная 2р – орбиталь атома С,
ось которой перпендикулярна плоскости

бензольного кольца,
перекрывается с 2р – орбиталями двух соседних атомов С
(справа и слева):

В результате образуется единая замкнутая
π – электронная система

Слайд 9

Две области наибольшей π – электронной
плотности расположены по обе стороны

кольца
(в области всех δ – связей)

Слайд 10

Таким образом, истинное строение бензола является
мезомерным – промежуточным между крайними

возможностями, изображаемыми формулами Кекуле:

Слайд 11

Понятие «ароматичности»
Главная особенность ароматических углеводородов -
равномерное распределение
π − электронной

плотности в молекуле.

Немецкий химик – теоретик Э. Хюккель
вывел правило (1931 г.):
ароматическими могут быть
1) плоские циклические соединения,
2) имеющие сопряженную систему π − электронов,
3) если число этих электронов равно 4n + 2
(где n=0, 1, 2, 3 …).
(Это правило строго выполняется только
для моноциклических соединений.)

Слайд 12

Молекулы ароматических соединений должны
обязательно иметь плоское строение.
Если это условие

не выполняется,
то круговое сопряжение
π − электронов нарушается,
как, например, в молекуле циклооктатетраена:

Слайд 13

Примеры ароматических соединений
циклопентадиен циклопентадиенильный анион
катион циклопропенилия:
аннулен (циклооктадеканонаен), -
ароматическая

система,
содержащая 18 π − электронов.

Слайд 14

Номенклатура.
Общее систематическое название
ароматических углеводородов – арены.
Наряду с систематическими

широко используются
тривиальные названия:

СН3

OСН3

СН = СН2

СН(СН3)2

Метилбензол – толуол

Винилбензол - стирол

Орто – диметилбензол – ксилол

Изопропилбензол – кумол

Метоксибензол – анизол

Слайд 15

Изомерия
Общая формула гомологов бензола СnH2n – 6
Все 6 атомов H в

молекуле бензола совершенно одинаковы.
Поэтому существует только один метилбензол – толуол:

При замещении 2 атомов H на группы -CH3
образуются 3 изомера – ксилолы

CH3

о – диметилбензол
1,2 – диметилбензол
(о – ксилол)

м – диметилбензол
1,3 – диметилбензол
(м – ксилол)

n - диметилбензол
1,4 - диметилбензол
(n - ксилол)

Слайд 16

Изомеры могут отличаться природой и положением
заместителей одновременно.
Арен состава С8Н10

может иметь 4 изомера:
1 этилбензол и 3 диметилбензола (о–, м– и п – изомеры):,

С2Н5

СН3

этилбензол

о – ксилол

м – ксилол

n – ксилол

Слайд 17

Получение
Основные источники получения ароматических
углеводородов – сухая перегонка каменного угля
(коксование)

и нефтепереработка.

Синтетические способы:

1. Ароматизация алканов

Слайд 18

2) Реакция Вюрца – Фиттига
Br + 2Na + Br –

C2H5

→

C2H5

+ 2NaBr

бромбензол

этилбензол

3) синтез из ацетилена

3 НС ≡ СН

активированный

уголь

Слайд 19

4) реакция Фриделя – Крафтса:
5) синтез из солей ароматических кислот:
+ C2H5Cl
AlCl3
C2H5
C6H5

– COONa + NaOH → C6H6 + Na2CO3

бензоат натрия

Слайд 20

Физические свойства.
Низшие члены гомологического ряда бензола – чаще жидкости со

своеобразным запахом,
нерастворимые в воде, но хорошо - во многих органических растворителях.
Горят ярким коптящим пламенем.
С повышением молекулярной массы увеличивается
температура кипения (и плавления),
которая находится в зависимости от строения ароматических углеводородов

Слайд 21

Химические свойства.
Для ароматических углеводородов наиболее характерны
реакции замещения,
в меньшей

степени –
реакции присоединения, протекающие в особых условиях,
а также - реакции окисления

Реакции электрофильного замещения (SЕ).

Подвижные π – электроны, экранирующие бензольное кольцо,
способны активно взаимодействовать
с атакующими электрофильными реагентами

Механизм реакции электрофильного замещения
в ароматическом ряду
носит в большинстве случаев ионный характер
и является трехстадийным.

Слайд 22

Первая стадия - образование π – комплекса
X Y Х+ +

Y-

+ Х+

медленно

Х+

Вторая стадия - переход π – комплекса в σ – комплекс

Слайд 23

В общем виде σ – комплекс:
Или в виде пентадиенильного катиона:
Третья

стадия – быстрое отщепление протона (H+)

Н+ + Y- → H – Y

Слайд 24

Галогенирование

Cl2 + FeCl3 Cl+ + FeCl-4
H+ + FeCl4- → HCl +

FeCl3

Слайд 25

Нитрование
HNO3 + 2H2SO4
+
+
H+ +
→ H2SO4

Слайд 26

Cульфирование
Активный электрофильный агент в реакции сульфирования
- оксид серы (VI)
Бензолсульфокислота

Слайд 27

Алкилирование и ацилирование
(реакции Фриделя-Крафтса)
Катализатор – безводный AlCl3

Слайд 28

Вместо галогеналкилов в качестве алкилирующих средств применяют также непредельные углеводороды и

спирты.
В этом случае в качестве катализатора используют
минеральные кислоты.

Слайд 29

Ацилирование – введение в молекулу органического
соединения ацильной группы.

Слайд 30

Реакции присоединения.
Эти реакции не характерны для бензола, поэтому они протекают

только в особых условиях
(высокая температура, облучение ультрафиолетовым светом,
катализатор)

+ 3Н2

Pt, 1500C

1) гидрирование бензола с образованием циклогексана

2) Хлорирование бензола с образованием гексахлорциклогексана
(гексахлорана):

Слайд 31

Реакции окисления.
Бензол окисляется только при воздействии сильных окислителей
(например, кислорода

воздуха при высокой температуре
в присутствии V2O5) :

+ 4О2

+2СО2
НС – СООН
НС – СООН

+ 2СО2

Гомологи бензола окисляются легко:

Слайд 32

Ориентирующее влияние заместителей
Эффекты заместителей
при электрофильном замещении
Заместители первого рода
(активирующие орто-,

пара- ориентанты) :
−OH, −OR, −OCOR, −SH, −NH2, −NHR.

Слайд 33

3. Заместители третьего рода (дезактивирующие
орто-, пара- ориентанты)
– (галогены).
2.

Заместители (дезактивирующие второго рода
(дезактивирующие мета-ориентанты) :
−CN, −COOH, −SO3H, −CHO, −COR, −COOR, −NO2.

Слайд 34

Согласованная и несогласованная ориентация.
Согласованная ориентация - в случае, если 2 заместителя

одного рода находятся в мета–положении друг к другу
(или разного рода – в орто– или пара–положениях):

Если 2 заместителя одного рода находятся в орто– или
пара–положении друг к другу (или разного рода – в мета–положении),
то происходит несогласованная ориентация:

Ароматические углеводороды

Содержание

ЛитератураАртеменко А. И. Органическая химия: Учебное пособие. – М.: Высш. шк.,

Ароматические соединения (или арены) – это большая группа соединений карбоциклического ряда,

Открыт в 1825 г. М. Фарадеем в светильном газе, из которого

Предложенная формула опиралась на следующие факты:а) бензол и его гомологи

ХХХХв) почему существует только один о - изомер дизамещенногобензола.Только в начале

Молекула бензола имеет строение плоского правильного шестиугольника с длиной сторон 0,140

Четвертая негибридизованная 2р – орбиталь атома С, ось которой перпендикулярна плоскости

Две области наибольшей π – электронной плотности расположены по обе стороны

Таким образом, истинное строение бензола является мезомерным – промежуточным между крайними

Понятие «ароматичности»Главная особенность ароматических углеводородов - равномерное распределение π − электронной

Молекулы ароматических соединений должны обязательно иметь плоское строение. Если это условие

Примеры ароматических соединений циклопентадиен циклопентадиенильный анион катион циклопропенилия: аннулен (циклооктадеканонаен), -ароматическая

Номенклатура. Общее систематическое название ароматических углеводородов – арены. Наряду с систематическими

ИзомерияОбщая формула гомологов бензола СnH2n – 6Все 6 атомов H в

Изомеры могут отличаться природой и положением заместителей одновременно. Арен состава С8Н10

ПолучениеОсновные источники получения ароматических углеводородов – сухая перегонка каменного угля (коксование)

2) Реакция Вюрца – Фиттига Br + 2Na + Br –

4) реакция Фриделя – Крафтса:5) синтез из солей ароматических кислот:+ C2H5ClAlCl3C2H5C6H5

Физические свойства. Низшие члены гомологического ряда бензола – чаще жидкости со

Химические свойства. Для ароматических углеводородов наиболее характерны реакции замещения, в меньшей

Первая стадия - образование π – комплекса X Y Х+ +

В общем виде σ – комплекс: Или в виде пентадиенильного катиона:Третья

Галогенирование Cl2 + FeCl3 Cl+ + FeCl-4 H+ + FeCl4- → HCl +

НитрованиеHNO3 + 2H2SO4 + +H+ + → H2SO4

CульфированиеАктивный электрофильный агент в реакции сульфирования - оксид серы (VI) Бензолсульфокислота

Алкилирование и ацилирование(реакции Фриделя-Крафтса)Катализатор – безводный AlCl3