Арены. Бензол

Ароматические соединения, или арены, большая группа соединений карбоциклического ряда, молекулы которых содержат устойчивую циклическую группировку из шести атомов углерода (бензольное кольцо), обладающую особыми физическими и химическими свойствами.

3 Фридрих Август Кекуле 7 сентября 1829 г. – 13 июля 1896 г. Атомы в молекуле взаимно влияют друг на друга, и свойства молекулы зависят от расположения атомов. Кекуле представлял себе углеродные цепи в виде змей. Они извивались, принимали самые различные положения, отдавали или присоединяли атомы, превращаясь в новые соединения. Кекуле обладал большим даром воображения, и, закрывай глаза, он реально представлял картину чудесных превращений одной молекулы в другую. И все-таки представить структуру бензола ему пока не удавалось. Как расположены шесть углеродных и шесть водородных атомов в его молекуле? Кекуле делал десятки предположений, но, поразмыслив, отбрасывал.

4 Утомленный работой, Кекуле отложил исписанные листы и подвинул кресло к камину. Приятная теплота постепенно окутала тело, и ученый забылся в полудреме. И снова в его сознании возникли шесть углеродных атомов, образуя причудливые фигуры. Шестиатомная змея непрерывно извивалась и вдруг, будто разозленная чем-то, она с ожесточением начала кусать себя за хвост, потом крепко ухватила его за кончик и так замерла. Нет, не змея, это же перстень графини Герлиц, который протягивал Кекуле Юстус Либих. Да, на его ладони лежит перстень платиновая змея, переплетенная с золотой. Кекуле вздрогнул и очнулся. Какой странный сон! И длился-то всего мгновенье. Но атомы и молекулы не исчезали перед его глазами, он продолжал наяву вспоминать порядок расположения атомов в молекуле, увиденный во сне. Может быть, это и есть решение? Кекуле поспешно набросал на листке бумаги новую форму цепи. Первая кольцевая формула бензола…

Строение молекулы бензола Бензол (бензен) С 6 Н 6 А. Кекуле (1865)

6 Строение молекулы бензола

7 CC C C C C H H H H H H 6 электронов в делокализованной связи

8

9

СnH 2 n Гомологи бензола – соединения, образованные заменой одного или нескольких атомов водорода в молекуле бензола на углеводородные радикалы (R):

Физические свойства Бензол токсичен (поражает почки, печень, костный мозг, кровь). Бензол и его ближайшие гомологи – бесцветные жидкие вещества, нерастворимые в воде, но хорошо растворяющиеся во многих органических жидкостях. Легче воды. Огнеопасны. Бензол токсичен (поражает почки, печень, костный мозг, кровь). 11

12

Номенклатура. Широко используются тривиальные названия (толуол, ксилол, кумол и т.п.). 13 стирол толуол о-ксилол

Систематические названия строят из названия углеводородного радикала (приставка) и слова бензол (корень): винилбензол (стирол) метилбензол (толуол) 1,2-диметилбензол (о-ксилол)

Если радикалов два или более, их положение указывается номерами атомов углерода в кольце, с которыми они связаны. Нумерацию кольца проводят так, чтобы номера радикалов были наименьшими. 15

Для дизамещенных бензолов R-C 6 H 4 -R используется также и другой способ построения названий, при котором положение заместителей указывают перед тривиальным названием соединения приставками: 16 орто- (о-) заместители у соседних атомов углерода кольца, т.е. 1,2-; мета- (м-) заместители через один атом углерода (1,3-); пара- (п-) заместители на противоположных сторонах кольца (1,4-).

17

Ароматические одновалентные радикалы имеют общее название "арил". Из них наиболее распространены в номенклатуре органических соединений два: C 6 H 5 - (фенил) C 6 H 5 CH 2 - (бензил). 18

Изомерия (структурная): 1) положения заместителей для ди-, три- и тетра- замещенных бензолов (например, о-, м- и п- ксилолы); 19

2 ) углеродного скелета в боковой цепи, содержащей не менее 3-х атомов углерода: 20

21 о-ксилол (1,2-диметилбензол) м-ксилол (1,3-диметилбензол) п-ксилол (1,4-диметилбензол) этилбензол 3) изомерия заместителей R, начиная с С 2 Н 5. молекулярной формуле С 8 Н 10 соответствует 4 изомера: три ксилола CH 3 -C 6 H 4 -CH 3 (о-, м-, п-) и этилбензол C 6 H 5 -C 2 H 5.

Пространственная изомерия относительно бензольного кольца в алкилбензолах отсутствует.

Способы получения 23 Ароматизация алканов

Способы получения 24 Синтез из ацетилена

Химические свойства. 25 Реакции замещения Галогенирование

26

27 Реакции замещения Нитрование

28

29 Реакции замещения Алкилирование Алкилирование введение алкильной группы в молекулу органического соединения (например, в бензольное кольцо). Реакция ФриделяКрафтса

30 Реакция ФриделяКрафтса

31 Крафтс (Crafts) Джеймс Мейсон ( , США) Фридель (Friedel) Шарль ( , Франция) Страница из блокнота Фриделя

32 Эффекты заместителей при электрофильном замещении толуол

33 Эффекты заместителей при электрофильном замещении фенол

34 Эффекты заместителей при электрофильном замещении хлорбензол

35 Реакции присоединения

36 Реакции присоединения

37

38 Реакции замещения Галогенирование

39 Окисление

40 Окисление

41

Гомологический ряд аренов

антрацен фенантрен 43