|
|
|
|
 Far |
| WinNavigator |
| Frigate |
| Norton
Commander |
| WinNC |
| Dos
Navigator |
| Servant
Salamander |
| Turbo
Browser |
|
|
| Winamp,
Skins, Plugins |
| Необходимые
Утилиты |
| Текстовые
редакторы |
| Юмор |
|
|
|
File managers and best utilites |
Ароматические углеводороды. Ароматические углеводороды реферат
Реферат Ароматические углеводороды
ОпубликоватьРеферат на тему:
План:
- Введение
- 1 Критерии ароматичности
- 2 Получение
- 3 Классификация
- 4 Свойства ПримечанияЛитература
Введение
Бензол — одно из наиболее распространённых ароматических соединений
Ароматические соединения (арены) — циклические органические соединения, которые имеют в своём составе ароматическую систему связей. Они могут иметь насыщенные или ненасыщенные боковые цепи.
К наиболее важным ароматическим углеводородам относятся бензол С6Н6 и его гомологи: толуол С6Н5СНз, ксилол С6Н4(СНз)2 и др.; нафталин C10H8, антрацен С14Н10 и их производные. Отличительные химические свойства — повышенная устойчивость ароматического ядра и склонность к реакциям замещения. Основным источником получения ароматических углеводородов служат каменноугольная смола, нефть и нефтепродукты. Большое значение имеют синтетические методы получения. Ароматические углеводороды — исходные продукты для получения кетонов, альдегидов и кислот ароматического ряда, а также многих других веществ.
Существуют также гетероциклические арены, среди которых чаще всего встречаются в чистом виде и в виде соединений — пиридин, пиррол, фуран и тиофен, индол, пурин, хинолин.
Также ароматичностью обладает боразол («неорганический бензол»), но его свойства заметно отличаются от свойств органических аренов.
1. Критерии ароматичности
Единой характеристики, позволяющей надежно классифицировать соединение как ароматическое или неароматическое не существует. Основными характеристиками ароматических соединений являются:
- склонность к реакциям замещения, а не присоединения (определяется легче всего, исторически первый признак, пример — бензол, в отличие от этилена не обесцвечивает бромную воду)
- выигрыш по энергии, в сравнении с системой несопряженных двойных связей. Также называется Энергией Резонанса (усовершенствованный метод — Энергией Резонанса Дьюара) (выигрыш настолько велик, что молекула претерпевает значительные преобразования для достижения ароматичного состояния, например циклогексадиен легко дегидрируется до бензола, двух и трехатомные фенолы существуют преимущественно в форме фенолов (енолов), а не кетонов и.т.д.).
- наличие кольцевого магнитного тока (наблюдение требует сложной аппаратуры), этот ток обеспечивает смещение хим-сдвигов протонов, связанных с ароматическим кольцом в слабое поле (7-8 м.д. для бензольного кольца), а протонов расположенных над/под плоскостью ароматической системы — в сильное поле (спектр ЯМР).
- наличие самой плоскости (минимально искаженной), в которой лежат все (либо не все — гомоароматичность) атомы образующие ароматическую систему. При этом кольца пи-электронов, образующиеся при сопряжении двойных связей (либо электронов входящих в кольцо гетероатомов) лежат над и под плоскостью ароматической системы.
- практически всегда соблюдается Правило Хюккеля: ароматичной может быть лишь система, содержащая (в кольце) 4n+2 электронов (где n = 0, 1, 2, …). Система, содержащая 4n электронов является антиароматичной (в упрощенном понимании это обозначает избыток энергии в молекуле, неравенство длин связей, низкая стабильность — склонность к реакциям присоединения). В то же время, в случае пери-сочленения (есть атом(ы), принадлежащий(е) одновременно 3 циклам, то есть возле него нет атомов водорода или заместителей), общее число пи-электронов не соответствует правилу Хюккеля (фенален, пирен, коронен). Также предсказывается, что если удастся синтезировать молекулы в форме ленты Мёбиуса (кольцо достаточно большого размера, дабы закручивание в каждой паре атомных орбиталей было мало), то для таких молекул система из 4n электронов будет ароматичной, а из 4n+2 электронов — антиароматичной.
2. Получение
- Каталитическая дегидроциклизация алканов, то есть отщепление водорода с одновременной циклизацией. Реакция осуществляется при повышенной температуре с использованием катализатора, например оксида хрома.
- Каталитическое дегидрирование циклогексана и его производных. В качестве катализатора используется палладиевая чернь или платина при 300 °C. (Н. Д. Зелинский)
- Циклическая тримеризация ацетилена и его гомологов над активированным углем при 600 °C. (Н. Д. Зелинский)
- Алкилирование бензола галогенопроизводными или олефинами. (Реакция Фриделя — Крафтса)
3. Классификация
В общих чертах ароматические углеводороды можно классифицировать следующим образом:
Системы с 2 π-электронами.
Представлены производными катиона циклопропенилия и дикатион циклобутадиена. Например перхлорат циклопропенилия.
Системы с 6 π-электронами.
- Бензол и его гомологи (бесконечно распространены в природе, обязательно входит в состав любых живых белковых организмов).
- Циклопентадиенил анион (легко образуется из самого циклопентадиена)
- Циклогептатриенил катион (определенную ароматичность сохраняют встречающиеся в природе трополоны)
- Дианион циклобутадиена, дикатион циклооктатетраена (системы столь же оригинальные, как и системы с 2 пи-электронами)
- Пяти- и шестичленные циклы, содержащие один или несколько гетероатомов, обычно азота, кислорода или серы. Наиболее распространены в природе и химическом «быту» пиррол, фуран, тиофен, пиридин.
Системы с 10 π-электронами.
- Нафталин. Широко встречается в природе, конденсированные бензольные кольца.
- Азулен. Изомер нафталина, содержит в себе 5 и 7-членное кольца. Встречается в эфирных маслах (распространенность гораздо меньше, чем у бензола и нафталина).
- Дианион циклооктатетраена, анион циклононатетраена, азонин, 1,6-замещенные-[10]-аннулены (мостиковые), прочие моноциклические редкости.
- Индол, хинолин, изохинолин, хиназолин, хиноксалин, другие системы, основанные на бензольном кольце, конденсированном с другим кольцом, в котором находится гетероатом. Широко распространены в природе.
- Хинолизидин, пирролизидин, пурин, птеридин (их аналоги) — бициклические производные пиррола, пиридина и т. д. Содержат атомы азота (реже — кислорода в точке сопряжения либо несколько гетероатомов, в обоих кольцах). Широко распространены в природе. Далее соединения классов 4 и 5 не рассматриваются.
Системы с 14 π-электронами.
- Антрацен, фенантрен, в определенном смысле — фенален — конденсированные бензольные кольца. Соединения такого типа называют полиаценами (следующий — тетрацен).
- [14]-аннулены. Как сам по себе, так и его мостиковые вариации (транс-15,16-диметилгидропирен, син-1,6:8,13-бисоксидо[14]аннулен). Также ароматичен дегидро[14]аннулен.
Системы с более чем 14 π-электронами.
- 18-Аннулен, кекулен (теоретически может быть представлен как две системы: [30]-аннулен и [18]-аннулен, практически представляет собой, по данным ЯМР, систему конденсированных бензольных колец).[1].
- Коронен — ароматически полициклический углеводород, содержащий 24 π-электрона, что означает по правилу Хюккеля его антиароматичность. Однако π-электронная система коронена состоит из двух концентрических колец, содержащих 18 (внешнее) и 6 (внутреннее) электронов.[2]
Гомоароматичные системы
Один из атомов кольца, которое не может расположиться в плоскости, резко выведен из этой плоскости, сохраняет sp³ гибридизацию и не участвует в сопряжении. Так при растворении циклооктатетраена в серной кислоте образуется гомотропилиевый ион. Аналогичную структуру имеет трисгомоциклопропенильный катион
Сидноны
И прочие мезоионные соединения. Принадлежность сиднонов к ароматическим соединениям так и не была однозначно принята всеми учеными (Предлагал В.Бекер). Впрочем единственный протон, связанный с углеродом, вступает во многие реакции, характерные для аренов (нитрование, сульфирование, хлорирование, меркурирование и.т.д.), а сам сиднон содержит циклическую систему пи-орбиталей.
Спироароматические системы
Представитель — [4,2]спирарен. Подчиняется правилу Хюккеля.
4. Свойства
Все ароматические соединения — твердые или жидкие вещества. Отличаются от алифатических и алициклических аналогов высокими показателями преломления и поглощения в близкой УФ и видимой области спектра. Для ароматических соединений характерны реакции замещения, как электрофильного (галогенирование, нитрование, сульфирование, алкилирование, ацилирование, др.), так и нуклеофильного (по различным механизмам). Возможны реакции присоединения, окисления (для аренов бензойного ряда — в весьма жестких условиях и/или с катализаторами).
Примечания
- Дж. Марч. Органическая Химия. Реакции, механизмы и структура. 1 том. с 88
- Терней А. Л. Современная органическая химия. т.1. с. 578.
Литература
- Дж. Марч. Органическая Химия. Реакции, механизмы и структура. 1 том.
- Керри. Сандберг. Органическая химия. Механизмы реакций. 1 том.
- Химическая Энциклопедия в 5 томах. ред. И. Л. Кнунянц. 1 том.
Категории: Ароматические соединения.
Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike.wreferat.baza-referat.ru
Ароматические углеводороды - Информация
Министерство сельского хозяйства РФ ФГОУ ВПО
Чувашская Государственная сельскохозяйственная академия
Кафедра химии
Реферат на тему:
Ароматические углеводороды
Выполнил: студент 1курса
Биотехнологического факультета
группы 2подгруппы
Павлова Алина Эдуардовна
Проверил:
преподаватель Прокопьева М.В.
Чебоксары-2011
Содержание
Введение
1.Ароматические углеводороды (арены). Ароматические углеводороды ряда бензола
2.Номенклатура и изомерия
3.Физические и химические свойства. Методы получения
4.Механизм реакций электрофильного замещения в ароматическом ряду. Механизм реакций нуклеофильного замещения в ароматическом ряду
5.Реакционная способность ароматических соединений при электрофильном замещении
.Согласованная и несогласованная ориентация
7.Токсичность
.Применение
Заключение
Введение
Ароматические соединения (арены) - циклические органические соединения, которые имеют в своём составе ароматическую систему связей. Они могут иметь насыщенные или ненасыщенные боковые цепи.
К наиболее важным ароматическим углеводородам относятся бензол С6Н6 и его гомологи: толуол С6Н5СН3, ксилол С6Н4(СН3)2 и др.; нафталин C10H8, антрацен С14Н10 и их производные. Отличительные химические свойства - повышенная устойчивость ароматического ядра и склонность к реакциям замещения. Основным источником получения ароматических углеводородов служат каменноугольная смола, нефть и нефтепродукты. Большое значение имеют синтетические методы получения. Ароматические углеводороды - исходные продукты для получения кетонов, альдегидов и кислот ароматического ряда, а также многих других веществ.
Существуют также гетероциклические арены, среди которых чаще всего встречаются в чистом виде и в виде соединений - пиридин, пиррол, фуран и тиофен, индол, пурин, хинолин.
Бензол и его гомологи сами являются хорошими растворителями для многих органических веществ. Все ароматические углеводороды нерастворимы в воде и хорошо растворимы в большинстве органических растворителей: многие из них хорошо перегоняются с водяным паром.
1.Ароматические углеводороды (арены)
ароматический углеводород
Ароматическими соединениями обычно называют карбоциклические соединения, в молекулах которых имеется особая циклическая группировка из шести углеродных атомов - бензольное ядро. Простейшим веществом, содержащим такую группировку, является углеводород бензол; все остальные ароматические соединения этого типа рассматривают как производные бензола.
Благодаря наличию в ароматических соединениях бензольного ядра они по некоторым свойствам значительно отличаются от предельных и непредельных алициклических соединений, а также и от соединений с открытой цепью. Отличительные свойства ароматических веществ, обусловленные наличием в них бензольного ядра, обычно называют ароматическими свойствами, а бензольное ядро - соответственно ароматическим ядром.
Следует отметить, что само название ароматические соединения теперь уже не имеет своего первоначального прямого значения. Так были названы первые изученные производные бензола, потому что они обладали ароматом или же были выделены из природных ароматических веществ. В настоящее же время к ароматическим соединениям относят многие вещества, обладающие и неприятными запахами или совсем не пахнущие, если в его молекуле содержится плоское кольцо с (4n + 2) обобщенными электронами, где n может принимать значения 0, 1, 2, 3 и т.д., - правило Хюккеля.
Ароматические углеводороды ряда бензола
Первый представитель ароматических углеводородов - бензол - имеет формулу C6H6 . Это вещество было открыто М.Фарадеем в 1825 г. В жидкости, образующейся при сжатии или охлаждении т.н. светильного газа, который получается при сухой перегонке каменного угля. Впоследствии бензол обнаружили (А.Гофман, 1845г.) в другом продукте сухой перегонки каменного угля - в каменноугольной смоле. Он оказался весьма ценным веществом и нашел широкое применение. Затем было установлено, что очень многие органические соединения являются производными бензола.
Первая структура бензола была предложена в 1865г. немецким ученым А. Кекуле:
Эта формула правильно отражает равноценность шести атомов углерода, однако не объясняет ряд особых свойств бензола. Например, несмотря на ненасыщенность, бензол не проявляет склонности к реакциям присоединения: он не обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия, т. е. не дает типичных для непредельных соединений качественных реакций.
Особенности строения и свойств бензола удалось полностью объяснить только после развития современной квантово-механической теории химических связей. По современным представлениям все шесть атомов углерода в молекуле бензола находятся в sp2-гибридном состоянии. Каждый атом углерода образует s -связи с двумя другими атомами углерода и одним атомом водорода, лежащие в одной плоскости. Валентные углы между тремя s -связями равны 120. Таким образом, все шесть атомов углерода лежат в одной плоскости, образуя правильный шестиугольник (s -скелет молекулы бензола).
Каждый атом углерода имеет одну негибридизованную р-орбиталь. Шесть таких орбиталей располагаются перпендикулярно пл
www.studsell.com
Читать реферат по химии: "Ароматические углеводороды"
(Назад)
(Cкачать работу)
Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!
Министерство сельского хозяйства РФ ФГОУ ВПО
«Чувашская Государственная сельскохозяйственная академия»Кафедра химии
Реферат на тему:
Ароматические углеводороды Выполнил: студент 1курса
Биотехнологического факультета
группы 2подгруппы
Павлова Алина Эдуардовна
Проверил:
преподаватель Прокопьева М.В.Чебоксары-2011
СодержаниеВведение
1. Ароматические углеводороды (арены). Ароматические углеводороды ряда бензола
2. Номенклатура и изомерия
3. Физические и химические свойства. Методы получения
4. Механизм реакций электрофильного замещения в ароматическом ряду. Механизм реакций нуклеофильного замещения в ароматическом ряду
5. Реакционная способность ароматических соединений при электрофильном замещении
. Согласованная и несогласованная ориентация
7. Токсичность
. Применение
Заключение
Введение Ароматические соединения (арены) - циклические органические соединения, которые имеют в своём составе ароматическую систему связей. Они могут иметь насыщенные или ненасыщенные боковые цепи.
К наиболее важным ароматическим углеводородам относятся бензол С6Н6 и его гомологи: толуол С6Н5СН3, ксилол С6Н4(СН3)2 и др.; нафталин C10H8, антрацен С14Н10 и их производные. Отличительные химические свойства - повышенная устойчивость ароматического ядра и склонность к реакциям замещения. Основным источником получения ароматических углеводородов служат каменноугольная смола, нефть и нефтепродукты. Большое значение имеют синтетические методы получения. Ароматические углеводороды - исходные продукты для получения кетонов, альдегидов и кислот ароматического ряда, а также многих других веществ.
Существуют также гетероциклические арены, среди которых чаще всего встречаются в чистом виде и в виде соединений - пиридин, пиррол, фуран и тиофен, индол, пурин, хинолин.
Бензол и его гомологи сами являются хорошими растворителями для многих органических веществ. Все ароматические углеводороды нерастворимы в воде и хорошо растворимы в большинстве органических растворителей: многие из них хорошо перегоняются с водяным паром. 1.
Ароматические углеводороды (арены)
ароматический углеводород
Ароматическими соединениями обычно называют карбоциклические соединения, в молекулах которых имеется особая циклическая группировка из шести углеродных атомов - бензольное ядро. Простейшим веществом, содержащим такую группировку, является углеводород бензол; все остальные ароматические соединения этого типа рассматривают как производные бензола.
Благодаря наличию в ароматических соединениях бензольного ядра они по некоторым свойствам значительно отличаются от предельных и непредельных алициклических соединений, а также и от соединений с открытой цепью. Отличительные свойства ароматических веществ, обусловленные наличием в них бензольного ядра, обычно называют ароматическими свойствами, а бензольное ядро - соответственно ароматическим ядром.
Следует отметить, что само название “ароматические соединения” теперь уже не имеет своего первоначального прямого значения. Так были названы первые изученные производные бензола, потому что они обладали ароматом или же были выделены из природных ароматических веществ. В настоящее же время к ароматическим соединениям относят многие вещества, обладающие и неприятными запахами или совсем не пахнущие, если в его молекуле содержится плоское кольцо с (4n + 2) обобщенными электронами, где n может принимать значения 0, 1, 2, 3 и т.д., - правило Хюккеля.
Ароматические углеводороды ряда бензола
Первый представитель ароматических углеводородов - бензол - имеет формулу C6H6 . Это вещество было открыто М.Фарадеем в 1825 г. В жидкости, образующейся при сжатии или охлаждении т.н. светильного газа, который получается при сухой перегонке каменного угля. Впоследствии бензол обнаружили (А.Гофман, 1845г.) в другом продукте сухой перегонки каменного угля - в каменноугольной смоле. Он оказался весьма ценным веществом и нашел широкое применение. Затем было установлено, что очень многие органические соединения являются производными бензола.
Первая структура бензола была предложена в 1865г. немецким ученым А. Кекуле: Эта формула правильно отражает равноценность шести атомов углерода, однако не объясняет ряд особых свойств бензола. Например, несмотря на ненасыщенность, бензол не проявляет склонности к реакциям присоединения: он не обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия, т. е. не дает типичных для непредельных соединений качественных реакций.
Особенности строения и свойств бензола удалось полностью объяснить только после развития современной квантово-механической теории химических связей. По современным представлениям все шесть атомов углерода в молекуле бензола находятся в sp2-гибридном состоянии. Каждый атом углерода образует s -связи с двумя другими атомами углерода и одним атомом водорода, лежащие в одной плоскости. Валентные углы между тремя s -связями равны 120°. Таким образом, все шесть атомов углерода лежат в одной плоскости, образуя правильный шестиугольник (s -скелет молекулы бензола).
Каждый атом углерода имеет одну негибридизованную р-орбиталь. Шесть таких орбиталей располагаются перпендикулярно плоскому s -скелету и параллельно друг другу (рис. а). Все шесть электронов взаимодействуют между собой, образуя p -связи, не локализованные в пары как при образовании двойных связей, а объединенные в единое p -электронное облако. Таким образом, в молекуле бензола осуществляется круговое сопряжение. Наибольшая p -электронная плотность в этой сопряженной системе располагается над и под плоскостью s -скелета (рис. б). В результате все связи между атомами углерода в бензоле выровнены и имеют длину 0,139нм. Эта величина является промежуточной между длиной одинарной связи в алканах (0,154нм) и длиной двойной связи в алкенах (0,133 им). Равноценность связей принято изображать кружком внутри цикла (рис. в). Энергия образования молекулы бензола, рассчитанная исходя из наличия трех простых связей С-С, трех двойных и шести связей С-Н, равна 5355кДж/моль. Круговое сопряжение дает выигрыш в энергии 150 кДж/моль. Эта величина составляет энергию сопряжения - количество энергии, которое нужно затратить, чтобы нарушить ароматическую систему бензола.
Такое электронное строение объясняет все особенности бензола. Бензол трудно вступает в реакции присоединения, т.к. это привело бы к нарушению сопряжения. Такие реакции возможны только в очень жестких условиях.
В 1931 г. Хюккель на основании квантово-механических расчетов сформулировал правило, гласящее, что соединение должно проявлять ароматические свойства, если в его молекуле содержится плоское кольцо с (4n+2) обобщенными электронами, где n может принимать значения 1,1,2,3 и т.д. Согласно этому правилу, системы, содержащие 6,10,14 и т.д. обобщенных электронов, являются ароматическими. Примерами таких углеводородов могут служить бензол(n=1), нафталин (n=2) и антрацен (n=3).
АнтраценНафталин Под ароматичностью понимают способность некоторых предельных соединений легко вступать в реакции замещения, а не присоединения и устойчивость к действию окислителей, температуры и т.п. Это понятие сформировалось в результате изучения свойств соединений ряда бензола, в частности углеводородов состава Cnh3n-6, которые, несмотря на формальную ненасыщенность, легко вступают в реакции замещения и устойчивы по отношению к окислителям. . Номенклатура и изомерия Условно арены можно разделить на два ряда. К первому относят производные бензола (толуол или дифенил), ко второму - конденсированные арены (простейший из них - нафталин): Гомологический ряд бензола отвечает общей формуле С6Н2n-6.
Структурная изомерия в гомологическом ряду бензола обусловлена взаимным расположением заместителей в ядре. Монозамещенные производные бензола не имеют изомеров положения, так как все атомы в бензольном ядре равноценны. Дизамещенные производные существуют в виде трех изомеров, различающихся взаимным расположением заместителей. Положение заместителей указывают цифрами или приставками: орто- (о-), мета- (м-), пара- (п-). Радикалы ароматических углеводородов называют арильными радикалами. Радикал С6Н5 -
referat.co
Реферат: Ароматические углеводороды
Ароматические углеводороды: общая характеристика. Номенклатура и изомерия, физические и химические свойства ароматических углеводородов. Механизм реакций электрофильного и нуклеофильного замещения в ароматическом ряду. Применение аренов, их токсичность. Краткое сожержание материала:Размещено на
Министерство сельского хозяйства РФ ФГОУ ВПО
«Чувашская Государственная сельскохозяйственная академия»
Кафедра химии
Реферат на тему:
Ароматические углеводороды
Выполнил: студент 1курса
Биотехнологического факультета
1группы 2подгруппы
Павлова Алина Эдуардовна
Проверил:
преподаватель Прокопьева М.В.
Чебоксары-2011
Содержание
Введение
1. Ароматические углеводороды (арены). Ароматические углеводороды ряда бензола
2. Номенклатура и изомерия
3. Физические и химические свойства. Методы получения
4. Механизм реакций электрофильного замещения в ароматическом ряду. Механизм реакций нуклеофильного замещения в ароматическом ряду
5. Реакционная способность ароматических соединений при электрофильном замещении
6. Согласованная и несогласованная ориентация
7. Токсичность
8. Применение
Заключение
Введение
Ароматические соединения (арены) -- циклические органические соединения, которые имеют в своём составе ароматическую систему связей. Они могут иметь насыщенные или ненасыщенные боковые цепи.
К наиболее важным ароматическим углеводородам относятся бензол С6Н6 и его гомологи: толуол С6Н5СН3, ксилол С6Н4(СН3)2 и др.; нафталин C10H8, антрацен С14Н10 и их производные. Отличительные химические свойства -- повышенная устойчивость ароматического ядра и склонность к реакциям замещения. Основным источником получения ароматических углеводородов служат каменноугольная смола, нефть и нефтепродукты. Большое значение имеют синтетические методы получения. Ароматические углеводороды -- исходные продукты для получения кетонов, альдегидов и кислот ароматического ряда, а также многих других веществ.
Существуют также гетероциклические арены, среди которых чаще всего встречаются в чистом виде и в виде соединений -- пиридин, пиррол, фуран и тиофен, индол, пурин, хинолин.
Бензол и его гомологи сами являются хорошими растворителями для многих органических веществ. Все ароматические углеводороды нерастворимы в воде и хорошо растворимы в большинстве органических растворителей: многие из них хорошо перегоняются с водяным паром.
1. Ароматические углеводороды (арены)
ароматический углеводород
Ароматическими соединениями обычно называют карбоциклические соединения, в молекулах которых имеется особая циклическая группировка из шести углеродных атомов - бензольное ядро. Простейшим веществом, содержащим такую группировку, является углеводород бензол; все остальные ароматические соединения этого типа рассматривают как производные бензола.
Благодаря наличию в ароматических соединениях бензольного ядра они по некоторым свойствам значительно отличаются от предельных и непредельных алициклических соединений, а также и от соединений с открытой цепью. Отличительные свойства ароматических веществ, обусловленные наличием в них бензольного ядра, обычно называют ароматическими свойствами, а бензольное ядро - соответственно ароматическим ядром.
Следует отметить, что само название “ароматические соединения” теперь уже не имеет своего первоначального прямого значения. Так были названы первые изученные производные бензола, потому что они обладали ароматом или же были выделены из природных ароматических веществ. В настоящее же время к ароматическим соединениям относят многие вещества, обладающие и неприятными запахами или совсем не пахнущие, если в его молекуле содержится плоское кольцо с (4n + 2) обобщенными электронами, где n может принимать значения 0, 1, 2, 3 и т.д., - правило Хюккеля.
Ароматические углеводороды ряда бензола
Первый представитель ароматических углеводородов - бензол - имеет формулу C6H6 . Это вещество было открыто М.Фарадеем в 1825 г. В жидкости, образующейся при сжатии или охлаждении т.н. светильного газа, который получается при сухой перегонке каменного угля. Впоследствии бензол обнаружили (А.Гофман, 1845г.) в другом продукте сухой перегонки каменного угля - в каменноугольной смоле. Он оказался весьма ценным веществом и нашел широкое применение. Затем было установлено, что очень многие органические соединения являются производными бензола.
Первая структура бензола была предложена в 1865г. немецким ученым А. Кекуле:
Эта формула правильно отражает равноценность шести атомов углерода, однако не объясняет ряд особых свойств бензола. Например, несмотря на ненасыщенность, бензол не проявляет склонности к реакциям присоединения: он не обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия, т. е. не дает типичных для непредельных соединений качественных реакций.
Особенности строения и свойств бензола удалось полностью объяснить только после развития современной квантово-механической теории химических связей. По современным представлениям все шесть атомов углерода в молекуле бензола находятся в sp2-гибридном состоянии. Каждый атом углерода образует s -связи с двумя другими атомами углерода и одним атомом водорода, лежащие в одной плоскости. Валентные углы между тремя s -связями равны 120°. Таким образом, все шесть атомов углерода лежат в одной плоскости, образуя правильный шестиугольник (s -скелет молекулы бензола).
Каждый атом углерода имеет одну негибридизованную р-орбиталь. Шесть таких орбиталей располагаются перпендикулярно плоскому s -скелету и параллельно друг другу (рис. а). Все шесть электронов взаимодействуют между собой, образуя p -связи, не локализованные в пары как при образовании двойных связей, а объединенные в единое p -электронное облако. Таким образом, в молекуле бензола осуществляется круговое сопряжение. Наибольшая p -электронная плотность в этой сопряженной системе располагается над и под плоскостью s -скелета (рис. б).
В результате все связи между атомами углерода в бензоле выровнены и имеют длину 0,139нм. Эта величина является промежуточной между длиной одинарной связи в алканах (0,154нм) и длиной двойной связи в алкенах (0,133 им). Равноценность связей принято изображать кружком внутри цикла (рис. в). Энергия образования молекулы бензола, рассчитанная исходя из наличия трех простых связей С-С, трех двойных и шести связей С-Н, равна 5355кДж/моль. Круговое сопряжение дает выигрыш в энергии 150 кДж/моль. Эта величина составляет энергию сопряжения -- количество энергии, которое нужно затратить, чтобы нарушить ароматическую систему бензола.
Такое электронное строение объясняет все особенности бензола. Бензол трудно вступает в реакции присоединения, т.к. это привело бы к нарушению сопряжения. Такие реакции возможны только в очень жестких условиях.
В 1931 г. Хюккель на основании квантово-механических расчетов сформулировал правило, гласящее, что соединение должно проявлять ароматические свойства, если в его молекуле содержится плоское кольцо с (4n+2) обобщенными электронами, где n может принимать значения 1,1,2,3 и т.д. Согласно этому правилу, системы, содержащие 6,10,14 и т.д. обобщенных электронов, являются ароматическими. Примерами таких углеводородов могут служить бензол(n=1), нафталин (n=2) и антрацен (n=3).
Антрацен Нафталин
Под ароматичностью понимают способность некоторых предельных соединений легко вступать в реакции замещения, а не присоединения и устойчивость к действию окислителей, температуры и т.п. Это понятие сформировалось в результате изучения свойств соединений ряда бензола, в частности углеводородов состава Cnh3n-6, которые, несмотря на формальную ненасыщенность, легко вступают в реакции замещения и устойчивы по отношению к окислителям.
2. Номенклатура и изомерия
Условно арены можно разделить на два ряда. К первому относят производные бензола (толуол или дифенил), ко второму -- конденсированные арены (простейший из них -- нафталин):
Гомологический ряд бензола отвечает общей формуле С6Н2n-6.
Структурная изомерия в гомологическом ряду бензола обусловлена взаимным расположением заместителей в ядре. Монозамещенные производные бензола не имеют изомеров положения, так как все атомы в бензольном ядре равноценны. Дизамещенные производные существуют в виде трех изомеров, различающихся взаимным расположением заместителей.
Положение заместителей указывают цифрами или приставками: орто- (о-), мета- (м-), пара- (п-). Радикалы ароматических углеводородов называют арильными радикалами. Радикал С6Н5 -- называется фенил.
3. Физические свойства
Низшие члены гомологического ряда бензола представляют собой бесцветные жидкости с характерным запахом. Плотность и показатель преломления у них значительно выше, чем у алканов и алкенов. Температура плавления заметно выше, особенно у конденсированных многоядерных углеводородов (табл.). Из-за высокого содержания углерода все ароматические соединения горят сильно коптящим пламенем. Бензол и его гомологи сами являются хорошими растворителями для многих органических веществ. Все ароматические углеводороды нерастворимы в воде и хорошо растворимы в большинстве органических растворителей: многие из них хорошо перегоняются с водяным паром.
Химические свойства
Бензол, несмотря на то, что по составу он является ненас...
www.tnu.in.ua
|
|
..:::Счетчики:::.. |
|
|
|
|
|
|
|
|