xilen etc.), naftalina și derivații săi etc.
Hidrocarburile aromatice benzen sunt predominant lichide, parțial corpuri solide cu un miros aromat caracteristic. Sunt folosite ca, precum și ca produse de pornire în producția de coloranți etc. Perechile lor în concentrații mari au un efect narcotic și parțial convulsiv.
În intoxicațiile acute se observă excitație, ca și alcoolul, apoi depresie treptată, ocazional; moartea vine din stop respirator. Intoxicația cronică se caracterizează prin leziuni severe ale sistemului sanguin și, însoțită de o scădere a conținutului din sânge, leucocite și tulburări ale sistemului nervos, leziuni ale ficatului și organelor de secreție internă. Cea mai severă intoxicație cronică provoacă benzen (vezi). Sub acțiunea vaporilor sau a prafului de hidrocarburi aromatice se observă tulburarea cristalinului. Efectul iritant al derivaților de benzen asupra pielii crește odată cu creșterea numărului de grupe metil, este deosebit de pronunțat în mesitilen (trimetilbenzen). Înlocuirea hidrogenului în lanțul lateral cu ( , ) sporește efectul iritant al hidrocarburilor aromatice asupra tractului respirator și mucoaselor. Proprietățile toxice ale compușilor aromatici amino și nitro (vezi) sunt asociate cu capacitatea lor de a transforma oxihemoglobina în methemoglobină.
Naftalina și derivații săi pot provoca leziuni ale sistemului nervos, tractului gastrointestinal, rinichilor, iritații ale tractului respirator superior și ale pielii. Compușii hidrocarburilor aromatice polinucleare cu inele condensate se caracterizează prin activitate cancerigenă. Tumorile apar de obicei în locurile de contact direct cu aceste hidrocarburi aromatice, dar ocazional în organe îndepărtate (vezica urinară).
Tratamentul otrăvirii. În cazurile ușoare de otrăvire acută cu hidrocarburi aromatice, este necesară îndepărtarea victimei din mediul de lucru, tratamentul nu este de obicei necesar (în caz de excitare, se prescriu picături de valeriană, se recomandă odihna). În cazurile severe, când respirația este slăbită, recurg la; victimei i se dă să inhaleze oxigen sau carbogen. Pentru tulburări circulatorii - o soluție 10% de cofeină-benzoat de sodiu sub piele și în interior împreună cu acid acetilsalicilic sau. contraindicat. Cu vărsături - intravenos 20 ml soluție 40%. În caz de iritare a mucoaselor - sifon, spălarea ochilor cu o soluție de 2%. Cu modificări pronunțate ale sângelui, se recomandă utilizarea stimulentelor [, tezan, (vitamina Bc), cianocobalamina ()].
Hidrocarburile aromatice sunt hidrocarburi care conțin o grupare ciclică. Grupa hidrocarburilor aromatice este formată din benzen și derivații săi, compuși aromatici cu două cicluri benzenice (bifenil și derivații săi), hidrocarburi cu cicluri condensate (inden, naftalenă și derivații săi), hidrocarburi polinucleare cu cicluri condensate și analogii lor heterociclici.
Hidrocarburile aromatice de benzen sunt predominant lichide, parțial solide, cu un miros aromat caracteristic. Sunt folosiți ca solvenți, precum și ca produse inițiale în sinteza materialelor plastice, cauciuc sintetic, coloranți, lacuri, insecticide, produse farmaceutice și ca componente foarte active ale combustibilului pentru motor. Benzenul, toluenul, xilenul se obțin în procesul de distilare carbune tare si tot din ulei. Hidrocarburile aromatice polinucleare se găsesc în produsele de origine naturală (ulei, bitum petrolier etc.), și se formează și în timpul prelucrării termice a materiilor prime organice (distilarea uscată, cracarea, cocsificarea și semi-cocsificarea).
Vaporii de hidrocarburi aromatice în concentrații mari au un efect narcotic și parțial convulsiv. În otrăvirea acută, moartea apare din stop respirator. Pericolul intoxicației acute la utilizarea hidrocarburilor aromatice este mare, mai ales atunci când se lucrează în spații închise. Și mai periculoase sunt intoxicațiile cronice, care se caracterizează prin leziuni severe ale sângelui și organelor care formează sânge. Hidrocarburile aromatice individuale acționează diferit. Cea mai severă intoxicație cronică provoacă benzen (vezi). În caz de otrăvire cu derivați de benzen, apar afectarea ficatului, disfuncția sistemului nervos, a organelor endocrine, în special a glandelor suprarenale și a metabolismului vitaminei C. Hidrocarburile aromatice cu patru grupe metil sunt ușor iritante. Substanțele cu lanțuri laterale ramificate și lanțuri nesaturate au un efect iritant mai mare, cu lanțuri alungite - mai puțin.
Proprietățile toxice ale compușilor aromatici amino și nitro sunt foarte mari, ceea ce se datorează în primul rând capacității lor de a converti oxihemoglobina în methemoglobină odată cu debutul hipoxemiei și hipoxiei. Unii compuși nitro (trinitrotoluen) sunt otrăvuri hepatice tipice. Compușii amino aromatici, în special cei binucleari (β-naftilamină, benzidină, dianisidină), pot provoca tumori maligne și benigne ale vezicii urinare. Când hidrogenul este înlocuit cu un halogen în inelul benzenic, hidrocarburile aromatice dobândesc proprietăți narcotice și iritante. Când hidrogenul este înlocuit cu halogen în lanțul lateral, se formează produse care sunt foarte iritante pentru tractul respirator și membranele mucoase ale ochilor. Toxicitatea lor crește odată cu creșterea numărului de atomi de halogen din moleculă. Naftalina și derivații săi sunt uimitoare sistem nervos, tractului gastrointestinal, rinichilor și provoacă iritații ale căilor respiratorii superioare și ale pielii. Acțiunea tuturor hidrocarburilor aromatice se caracterizează prin modificări ale sângelui (hemoliza eritrocitară, apariția corpurilor Heinz, anemie). Sub acțiunea vaporilor și a prafului de hidrocarburi aromatice se observă tulburarea cristalinului. Apariția cataractei este asociată cu o scădere a conținutului de cisteină din organism în timpul detoxifierii otrăvii. Compușii hidrocarburilor aromatice polinucleare cu inele condensate se caracterizează prin activitate carcinogenă, de care un număr de autori depind direct de conținutul de 3-4-benzpiren din hidrocarburile aromatice. Tumorile apar de obicei din contactul direct cu aceste hidrocarburi aromatice, ocazional și în organe îndepărtate.
Standardele sanitare actuale pentru proiectarea întreprinderilor industriale (SN 245-63) permit conținutul de benzen în aerul spațiilor de lucru la o concentrație de cel mult 20 mg / m 3, toluen - 50 mg / m 3, xilen - 50 mg / m 3, naftalină - 20 mg / m 3. Nu este permisă prezența compușilor cancerigeni în aerul spațiilor de lucru. Când lucrați cu hidrocarburi aromatice, este necesar să respectați măsurile de protecție reglementate de standardele indicate, precum și regulile și instrucțiunile sanitare pentru industriile individuale. Pentru a preveni intoxicațiile cronice, este important să se efectueze examinări medicale preliminare și periodice (o dată pe an) celor care lucrează cu hidrocarburi aromatice. În scopuri de diagnostic, se utilizează determinarea în urină a produselor de oxidare a hidrocarburilor aromatice. O serie de autori propun definirea benzenului în biosubstrate, precum și a produselor de oxidare a toluenului (acizi benzoic și hipuric) ca „test de expunere” pentru a judeca concentrația produselor în aerul spațiilor de lucru. Este important să se determine conținutul de sulfați organici în urină.
În cazul otrăvirii acute ușoare, tratamentul nu este de obicei necesar (în caz de excitare se prescriu bromuri, picături de valeriană, se recomandă odihnă). În cazurile severe, ei recurg la respirație artificială, numirea de oxigen sau carbogen. În cazul tulburărilor circulatorii, cofeina se injectează sub piele și per os împreună cu acid acetilsalicilic sau amidopirină. Adrenalina este contraindicată. La vărsături - perfuzie intravenoasă de 20 g soluție de glucoză 40%. Cu iritarea membranelor mucoase - inhalare de sifon; clătirea ochilor cu o soluție 2% de bicarbonat de sodiu.
Aromaticitate- un concept care caracterizează un set de proprietăți structurale, energetice și magnetice speciale, precum și caracteristici ale reactivității structurilor ciclice cu un sistem de legături conjugate.
Deși aromaticitatea este unul dintre cele mai importante și mai fructuoase concepte din chimie (nu doar organică), nu există o definiție scurtă general acceptată a acestui concept. Aromaticitatea este înțeleasă printr-un set de trăsături (criterii) speciale inerente unui număr de molecule conjugate ciclice într-un grad sau altul. Unele dintre aceste criterii sunt de natură experimentală, observabilă, dar cealaltă parte se bazează pe teoria cuantică a structurii moleculare. Aromaticitatea are o natură cuantică. Este imposibil de explicat aromaticitatea în termeni clasici teoria structuralăși teoria rezonanței.
Aromaticitatea nu trebuie confundată cu delocalizarea și conjugarea. Moleculele de polienă (1,3-butadienă, 1,3,5-hexatrienă etc.) prezintă o tendință pronunțată la delocalizarea electronilor și formarea unei singure structuri electronice conjugate, care se manifestă în spectre (în primul rând, spectre de absorbție electronică) , unele modificări ale lungimii și ordinelor legăturilor, stabilizare energetică, proprietăți chimice deosebite (adaos electrofil 1,4 în cazul dienelor etc.). Delocalizarea și conjugarea sunt necesare, dar nu conditii suficiente aromaticitate. Aromaticitatea poate fi definită ca proprietatea în care un inel conjugat de legături nesaturate prezintă o stabilitate mai mare decât ar fi de așteptat doar de la conjugare. Cu toate acestea, această definiție nu poate fi utilizată fără date experimentale sau calculate privind stabilitatea moleculei conjugate ciclice.
Pentru ca o moleculă să fie aromatică, ea trebuie să conțină cel puțin un inel, fiecare dintre ai cărui atomi are un orbital p potrivit pentru formarea unui sistem aromatic. Aromatic în sensul deplin al cuvântului este considerat (dacă criteriile enumerate mai jos) este tocmai acest ciclu (inel, sistem inel).
Acest ciclu ar trebui să fie 4n+2(adică 2, 6, 10, 14, 18, 22 etc.) p-electroni.
Această regulă se numește regula sau Criteriul de aromaticitate al lui Hückel. Sursa acestei reguli o reprezintă calculele cuantice-chimice extrem de simplificate ale polienelor ciclice idealizate, făcute în zorii dezvoltării chimiei cuantice. Cercetările ulterioare au arătat că, în principiu, această regulă simplă oferă predicții corecte de aromaticitate chiar și pentru sisteme reale foarte complexe.
Regula, însă, trebuie folosită corect, altfel prognoza poate fi incorectă.
Ce orbitali sunt considerați potriviți pentru formarea unui sistem aromatic? - Orice orbital perpendicular pe planul ciclului și
a) aparținând legăturilor multiple (endociclice duble sau triple) incluse în ciclu;
b) corespunzând perechilor singure de electroni în heteroatomi (azot, oxigen etc.) sau carbanioni;
c) corespunzând centrilor de șase electroni (sextet), în special carbocationi.
Criterii aromatice.
Energie(creșterea stabilității termodinamice datorită delocalizării electronilor, așa-numita energie de delocalizare - ED).
Vă puteți imagina benzenul ca un derivat al trei molecule de etilenă și puteți compara energiile fragmentelor inițiale și ale moleculei finale. Fiecare moleculă de etilenă are 2 electroni p (6 în total) per orbitali moleculari(MO) de aceeași energie (α + β), iar benzenul are 6 electroni localizați în trei orbitali moleculari de legătură, dând în total o valoare mai negativă a energiei sistemului (α și β mai mici de 0).
Avantajul energetic evident este 2β = 36 kcal / mol sau 1,56 eV - aceasta este EER (energie de rezonanță empirică).
Criteriul energetic este cel mai incomod și mai obscur dintre toate. Valorile energetice pentru acest criteriu sunt întotdeauna calculate, deoarece, de regulă, este imposibil să se selecteze molecula nearomatică corespunzătoare pentru comparație. Prin urmare, ar trebui să fim calmi cu privire la faptul că există multe estimări diferite ale energiei de delocalizare chiar și pentru moleculele aromatice clasice, iar pentru sistemele mai complexe aceste valori sunt complet absente. Nu se pot compara niciodată sisteme aromatice diferite după mărimea energiilor de delocalizare - nu se poate concluziona că molecula A este mai aromatică decât molecula B, deoarece energia de delocalizare este mai mare.
Structural- un criteriu foarte important, dacă nu chiar cel mai important, întrucât nu are un caracter teoretic, ci unul experimental. Specificul geometriei moleculelor de compuși aromatici constă în tendința de aranjare coplanară a atomilor și alinierea lungimii legăturilor. Benzenul are o aliniere perfectă a lungimii de legătură - toate cele șase Legături C-C sunt la fel ca lungime. Pentru molecule mai complexe, alinierea nu este perfectă, dar semnificativă. Ca criteriu, se ia o măsură a abaterii relative a lungimilor legăturilor conjugate de la valoarea medie. Cu cât mai aproape de zero, cu atât mai bine. Această cantitate poate fi întotdeauna analizată dacă sunt disponibile informații structurale (experimentale sau din calcule cuantice-chimice de înaltă calitate). Tendința spre coplanaritate se datorează avantajului dispunerii paralele a axelor orbitalilor p atomici pentru suprapunerea lor efectivă.
Magnetic(prezența unui curent inel este un sistem diatropic, efectul asupra deplasărilor chimice ale protonilor în exteriorul și în interiorul inelului, exemple sunt benzenul și -annulenul). Cel mai convenabil și mai accesibil criteriu, deoarece spectrul 1H RMN este suficient pentru evaluarea acestuia. Pentru o determinare precisă se folosesc calcule teoretice ale deplasărilor chimice.
Chimic- tendinta pentru reactii de substitutie, nu aditie. Cel mai evident criteriu care distinge clar chimia compușilor aromatici de chimia polienelor. Dar nu merge întotdeauna. În sistemele ionice (de exemplu, în anionul ciclopentadienil sau în cationul tropylium), substituția nu poate fi observată. Reacțiile de substituție au loc uneori pe sisteme non-aromatice, iar sistemele aromatice sunt întotdeauna capabile de reacții de adiție într-o oarecare măsură. Prin urmare, este mai corect să numim criteriul chimic un semn de aromaticitate.
Proprietăți fizice
Benzenul și omologii săi cei mai apropiați sunt lichide incolore cu un miros specific. Hidrocarburile aromatice sunt mai ușoare decât apa și nu se dizolvă în ea, dar se dizolvă ușor în solvenți organici - alcool, eter, acetonă.
Benzenul și omologii săi sunt ei înșiși solvenți buni pentru mulți materie organică. Toate arenele ard cu o flacără fumurie datorită conținutului ridicat de carbon al moleculelor lor.
Proprietățile fizice ale unor arene sunt prezentate în tabel.
Masa. Proprietățile fizice ale unor arene
|
Nume |
Formulă |
t°.pl., |
t°.bp., |
|
Benzen |
C6H6 |
5,5 |
80,1 |
|
Toluen (metilbenzen) |
C6H5CH3 |
95,0 |
110,6 |
|
etilbenzen |
C6H5C2H5 |
95,0 |
136,2 |
|
Xilen (dimetilbenzen) |
C6H4(CH3)2 |
||
|
orto- |
25,18 |
144,41 |
|
|
meta- |
47,87 |
139,10 |
|
|
pereche- |
13,26 |
138,35 |
|
|
Propilbenzen |
C6H5(CH2)2CH3 |
99,0 |
159,20 |
|
Cumen (izopropilbenzen) |
C6H5CH(CH3)2 |
96,0 |
152,39 |
|
Stiren (vinilbenzen) |
C 6 H 5 CH \u003d CH 2 |
30,6 |
145,2 |
Benzen - cu punct de fierbere scăzut ( tkip= 80,1°C), lichid incolor, insolubil în apă
Atenţie! Benzen - otravă, acționează asupra rinichilor, modifică formula sângelui (cu expunere prelungită), poate perturba structura cromozomilor.
Majoritatea hidrocarburilor aromatice pun viața în pericol și sunt toxice.
Obținerea de arene (benzen și omologii săi)
In laborator
1. Fuziunea sărurilor acidului benzoic cu alcalii solide
C6H5-COONa + NaOH t → C6H6 + Na2CO3
benzoat de sodiu
2. Reacție Wurtz-Fitting: (aici G este halogen)
De la 6H 5 -G+2N / A + R-G →C 6 H 5 - R + 2 N / AG
DIN 6 H5-Cl + 2Na + CH3-Cl → C6H5-CH3 + 2NaCl
În industrie
- izolat din petrol și cărbune prin distilare fracționată, reformare;
- din gudronul de cărbune și gazul cuptorului de cocs
1. Dehidrociclizarea alcanilor cu mai mult de 6 atomi de carbon:
C6H14 t , kat→C6H6 + 4H2
2. Trimerizarea acetilenei(numai pentru benzen) – R. Zelinsky:
3C 2 H2 600°C, Act. cărbune→C6H6
3. Dehidrogenare ciclohexan și omologii săi:
Academicianul sovietic Nikolai Dmitrievich Zelinsky a stabilit că benzenul se formează din ciclohexan (dehidrogenarea cicloalcanilor
C6H12 t, pisica→C6H6 + 3H2
C6H11-CH3 t , kat→C6H5-CH3 + 3H2
metilciclohexanetoluen
4. Alchilarea benzenului(obținerea de omologi ai benzenului) – r Friedel-Crafts.
C6H6 + C2H5-CI t, ACI3→C6H5-C2H5 + HCI
cloretan etilbenzen
Proprietățile chimice ale arenelor
eu. REACȚII DE OXIDARE
1. Combustie (flacără fumurie):
2C6H6 + 15O2 t→12CO 2 + 6H 2 O + Q
2. Benzenul în condiții normale nu decolorează apa cu brom și o soluție apoasă de permanganat de potasiu
3. Omologii benzenului sunt oxidați de permanganat de potasiu (permanganat de potasiu decolorat):
A) într-un mediu acid la acid benzoic
Sub acțiunea permanganatului de potasiu și a altor oxidanți puternici asupra omologilor benzenului, lanțurile laterale sunt oxidate. Indiferent cât de complexă este lanțul substituentului, acesta este distrus, cu excepția atomului de carbon a, care este oxidat într-o grupare carboxil.
Omologii benzenului cu un lanț lateral dau acid benzoic:
Omologii care conțin două lanțuri laterale dau acizi dibazici:
5C 6 H 5 -C 2 H 5 + 12KMnO 4 + 18H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 5CO 2 + 6K 2 SO 4 + 12MnSO 4 + 28H 2 O
5C 6 H 5 -CH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 3K 2 SO 4 + 6MnSO 4 + 14H 2 O
simplificat :
C6H5-CH3+3O KMnO4→C6H5COOH + H2O
B) în neutru și ușor alcalin la sărurile acidului benzoic
C 6 H 5 -CH 3 + 2KMnO 4 → C 6 H 5 COO K + K OH + 2MnO2 + H2O
II. REACȚII SUPLIMENTARE (mai greu decât alchenele)
1. Halogenare
C6H6 + 3CI2 h ν → C6H6CI6 (hexaclorociclohexan - hexacloran)
2. Hidrogenarea
C6H6 + 3H2 t , PtsauNi→C6H12 (ciclohexan)
3. Polimerizare
III. REACȚII DE SUBSTITUȚIE – mecanism ionic (mai usor decat alcanii)
1. Halogenare -
A ) benzen
C6H6 + CI2 AlCl 3 → C6H5-CI + HCI (clorobenzen)
C6H6 + 6CI2 t,AlCl3→C6CI6 + 6HCI( hexaclorbenzen)
C6H6 + Br2 t,FeCl3→ C6H5-Br + HBr( bromobenzen)
b) omologi de benzen la iradiere sau încălzire
De proprietăți chimice radicalii alchil sunt similari cu alcanii. Atomii de hidrogen din ei sunt înlocuiți cu halogeni printr-un mecanism de radicali liberi. Prin urmare, în absența unui catalizator, încălzirea sau iradierea UV duce la o reacție de substituție radicală în lanțul lateral. Influenţa inelului benzenic asupra substituenţilor alchil conduce la faptul că atomul de hidrogen este întotdeauna înlocuit la atomul de carbon legat direct de inelul benzenic (a-atomul de carbon).
1) C6H5-CH3 + CI2 h ν → C6H5-CH2-CI + HCI
c) omologi de benzen în prezenţa unui catalizator
C6H5-CH3 + CI2 AlCl 3 → (amestec de orta, pereche de derivați) +HCl
2. Nitrare (cu acid azotic Oh)
C6H6 + HO-NO2 t, H2S04→C6H5-NO2 + H2O
nitrobenzen - miros migdale!
C6H5-CH3 + 3HO-N02 t, H2S04→ DIN H3-C6H2 (N02)3 + 3H202,4,6-trinitrotoluen (tol, trotil)
Utilizarea benzenului și a omologilor săi
Benzen C6H6 este un solvent bun. Benzenul ca aditiv îmbunătățește calitatea combustibilului. Servește ca materie primă pentru producerea multor compuși organici aromatici - nitrobenzen C 6 H 5 NO 2 (solvent, se obține anilină din acesta), clorobenzen C 6 H 5 Cl, fenol C 6 H 5 OH, stiren etc.
Toluen C 6 H 5 -CH 3 - un solvent utilizat la fabricarea coloranților, medicamentelor și explozivilor (trotil (tol) sau 2,4,6-trinitrotoluen TNT).
Xilen C6H4(CH3)2. Xilenul tehnic este un amestec de trei izomeri ( orto-, meta- și pereche-xilene) - este folosit ca solvent și produs inițial pentru sinteza multor compuși organici.
Izopropilbenzen C6H5-CH (CH3)2 serveşte la obţinerea fenolului şi acetonei.
Derivați de clor ai benzenului folosit pentru protectia plantelor. Astfel, produsul de substituție a atomilor de H din benzen cu atomi de clor este hexaclorbenzenul C 6 Cl 6 - un fungicid; se folosește pentru ameliorarea semințelor uscate de grâu și secară împotriva smoală tare. Produsul adăugării clorului la benzen este hexaclorciclohexan (hexacloran) C 6 H 6 Cl 6 - un insecticid; este folosit pentru combaterea insectelor dăunătoare. Aceste substante se refera la pesticide - mijloace chimice de combatere a microorganismelor, plantelor si animalelor.
Stiren C 6 H 5 - CH \u003d CH 2 polimerizează foarte ușor, formând polistiren și copolimerizează cu cauciucuri butadienă - stiren-butadienă.
EXPERIENȚE VIDEO
hidrocarburi aromatice- compuși ai carbonului și hidrogenului, în molecula cărora se află un inel benzenic. Cei mai importanți reprezentanți ai hidrocarburilor aromatice sunt benzenul și omologii săi - produsele de substituție a unuia sau mai multor atomi de hidrogen din molecula de benzen pentru reziduurile de hidrocarburi.
Structura moleculei de benzen
Primul compus aromatic, benzenul, a fost descoperit în 1825 de M. Faraday. Formula sa moleculară a fost stabilită - C6H6. Dacă comparăm compoziția sa cu compoziția hidrocarburii saturate care conține același număr de atomi de carbon - hexan (C 6 H 14), atunci putem observa că benzenul conține cu opt atomi de hidrogen mai puțini. După cum se știe, apariția legăturilor și a ciclurilor multiple duce la o scădere a numărului de atomi de hidrogen dintr-o moleculă de hidrocarbură. În 1865, F. Kekule a propus-o formula structurala ca ciclohexantrien-1,3,5.
Astfel, molecula corespunzătoare formulei Kekule conține legături duble, prin urmare, benzenul trebuie să aibă un caracter nesaturat, adică este ușor să intri în reacții de adiție: hidrogenare, bromurare, hidratare etc.
Cu toate acestea, numeroase date experimentale au arătat că benzenul intră în reacții de adiție numai în condiții dure(la temperaturi ridicate și la iluminare), rezistent la oxidare. Cele mai caracteristice sunt reacțiile de substituție prin urmare, benzenul are un caracter mai apropiat de hidrocarburile saturate.
Încercând să explice aceste neconcordanțe, mulți oameni de știință au propus diferite versiuni ale structurii benzenului. Structura moleculei de benzen a fost în cele din urmă confirmată de reacția de formare a acesteia din acetilenă. De fapt, legăturile carbon-carbon din benzen sunt echivalente, iar proprietățile lor nu sunt similare cu cele ale legăturilor simple sau duble.
În prezent, benzenul este notat fie prin formula Kekule, fie printr-un hexagon în care este reprezentat un cerc.
Deci, care este particularitatea structurii benzenului?
Pe baza acestor studii și calcule, s-a ajuns la concluzia că toți cei șase atomi de carbon sunt în starea de hibridizare sp 2 și se află în același plan. Orbitalii p nehibridați ai atomilor de carbon care formează legături duble (formula lui Kekule) sunt perpendiculari pe planul inelului și paraleli unul cu celălalt.
Ele se suprapun între ele, formând un singur sistem π. Astfel, sistemul de legături duble alternante descris în formula Kekule este un sistem ciclic de legături π conjugate, suprapuse. Acest sistem constă din două regiuni toroidale (asemănătoare unei gogoși) de densitate electronică situate pe ambele părți ale inelului benzenic. Astfel, este mai logic să descriem benzenul ca un hexagon regulat cu un cerc în centru (sistemul π) decât ca ciclohexantrienă-1,3,5.
Omul de știință american L. Pauling a propus să reprezinte benzenul sub forma a două structuri de limită care diferă în distribuția densității electronilor și se transformă constant una în alta:
Lungimile legăturilor măsurate confirmă această ipoteză. S-a descoperit că toate legăturile C-C din benzen au aceeași lungime (0,139 nm). Sunt ceva mai scurte singur C-C legături (0,154 nm) și mai lungi decât legăturile duble (0,132 nm).
Există, de asemenea, compuși ale căror molecule conțin mai multe structuri ciclice, de exemplu:
Izomeria și nomenclatura hidrocarburilor aromatice
Pentru omologi de benzen izomeria poziţiei mai multor substituenţi este caracteristică. Cel mai simplu omolog al benzenului este toluen(metilbenzen) - nu are astfel de izomeri; următorul omolog este prezentat ca patru izomeri:
Baza denumirii unei hidrocarburi aromatice cu substituenți mici este cuvântul benzen. Atomii dintr-un inel aromatic sunt numerotați începând de la senior adjunct până la junior:
Dacă substituenții sunt aceiași, atunci numerotarea se efectuează după calea cea mai scurtă: de exemplu, substanță:
numit 1,3-dimetilbenzen, nu 1,5-dimetilbenzen.
Conform vechii nomenclaturi, pozițiile 2 și 6 se numesc poziții orto, 4 - para-, 3 și 5 - poziții meta.
Proprietățile fizice ale hidrocarburilor aromatice
Benzenul și cei mai simpli omologi ai săi în condiții normale - lichide foarte toxice cu un miros neplăcut caracteristic. Sunt slab solubile în apă, dar bine - în solvenți organici.
Proprietățile chimice ale hidrocarburilor aromatice
reacții de substituție. Hidrocarburile aromatice intră în reacții de substituție.
1. Bromurare. Când reacționează cu brom în prezența unui catalizator, bromură de fier (III), unul dintre atomii de hidrogen din inelul benzenic poate fi înlocuit cu un atom de brom:
2. Nitrarea benzenului și a omologilor săi. Când o hidrocarbură aromatică interacționează cu acidul azotic în prezența acidului sulfuric (un amestec de acizi sulfuric și azotic se numește amestec de nitrare), un atom de hidrogen este înlocuit cu o grupare nitro - NO 2:
Se obține reducerea nitrobenzenului anilină- o substanță care este utilizată pentru obținerea coloranților de anilină:
Această reacție poartă numele chimistului rus Zinin.
Reacții de adaos. Compușii aromatici pot intra și în reacții de adiție la inelul benzenic. În acest caz, se formează ciclohexan și derivații săi.
1. Hidrogenarea. Hidrogenarea catalitică a benzenului are loc la o temperatură mai mare decât hidrogenarea alchenelor:
2. Clorarea. Reacția are loc sub iluminare cu lumină ultravioletă și este un radical liber:
Proprietățile chimice ale hidrocarburilor aromatice - compendiu
Omologuri benzenului
Compoziția moleculelor lor corespunde formulei CnH2n-6. Cei mai apropiați omologi ai benzenului sunt:
Toți omologii benzenului după toluen au izomerii. Izomeria poate fi asociată atât cu numărul și structura substituentului (1, 2), cât și cu poziția substituentului în ciclul benzenic (2, 3, 4). Compuși cu formula generală C 8 H 10 :
Conform vechii nomenclaturi folosite pentru a indica poziția relativă a doi substituenți identici sau diferiți în inelul benzenic, se folosesc prefixe. orto-(abreviat ca o-) - substituenții sunt localizați la atomii de carbon vecini, meta-(m-) - printr-un atom de carbon și pereche-(n-) - substituenți unul împotriva celuilalt.
Primii membri ai seriei omoloage de benzen sunt lichide cu un miros specific. Sunt mai ușoare decât apa. Sunt solvenți buni. Omologii benzenului intră în reacții de substituție:
bromurare:
nitrare:
Toluenul este oxidat de permanganat atunci când este încălzit:
Material de referință pentru promovarea testului:
tabelul periodic
Tabelul de solubilitate
Luați în considerare hidrocarburile aromatice. Formula pentru reprezentanții acestei serii omoloage este SpN2p-6.
Caracteristicile clasei
La începutul secolului al XIX-lea, Faraday a descoperit benzenul - C6H6. Comparativ cu hidrocarburile saturate, hidrocarburile aromatice sunt prezentate ca cicluri. Având în vedere că molecula conține o cantitate insuficientă de hidrogeni, în interiorul inelului se formează un inel aromatic.
Cum se scrie Formula propusă de Kekule explică structura acestei clase de hidrocarburi. Prezența legăturilor duble este o confirmare a naturii aromatice a benzenului și a omologilor săi.
Proprietăți chimice
Formula generală a hidrocarburilor aromatice presupune existența reacțiilor de adiție în toți compușii din această clasă: hidrogenare, halogenare, hidratare. Rezultatele numeroaselor experimente au demonstrat activitatea chimică nesemnificativă a benzenului.
Prezintă rezistență crescută la oxidare, este capabil să se alăture numai în prezența radiațiilor ultraviolete sau a temperaturii ridicate.
Caracteristicile structurii benzenului
Formula moleculară a unei hidrocarburi aromatice este C6H6. Toți atomii de carbon sunt în stare cp2-hibrid, localizați în același plan. Fiecare dintre ele mai are câte un atom de C nehibrid, care sunt combinați într-un nor de electroni comun situat perpendicular pe planul inelului. Acest sistem ciclic de legături p conjugate determină pasivitatea chimică a benzenului.
Chimistul american a propus să ia în considerare benzenul sub forma a două structuri interconectate care diferă în plasarea densității electronilor, trecând una în alta.
Nomenclatură și izomerie
Cum se numesc hidrocarburile aromatice? Formula tuturor compușilor care aparțin seriei hidrocarburilor aromatice trebuie să corespundă structurii moleculare propuse. Cel mai simplu omolog al benzenului este toluenul. Diferența dintre aceasta și cea mai simplă hidrocarbură aromatică este CH2.
La numirea reprezentanților acestei clase, se ia ca bază benzenul. Numerotarea atomilor de carbon se efectuează în sensul acelor de ceasornic, începând de la cel mai mare la cel mai mic substituent. Pozițiile pare (2 și 6) sunt considerate orto-poziții, iar 3 și 5 (impare) metavariante.
Caracterizarea proprietăților fizice
Care sunt caracteristicile fizice ale hidrocarburilor aromatice a căror formulă de clasă corespunde SpH2p-6?
Benzenul, precum și omologii săi cei mai apropiați, în condiții normale, sunt lichide toxice cu un miros caracteristic neplăcut. Toate arenele se caracterizează printr-o ușoară solubilitate în apă. În cantități nelimitate, se pot dizolva în solvenți organici.
Opțiuni de ridicare
Ca opțiune industrială și alți reprezentanți ai clasei de hidrocarburi aromatice, se poate lua în considerare prelucrarea gudronului de cărbune sau a petrolului. Opțiunea sintetică pentru obținerea de reprezentanți ai acestei clase este următoarea:
- scindarea moleculelor de hidrogen din cicloparafine (dehidrogenare);
- aromatizare
Ambele metode propuse pentru transformarea compușilor într-o variantă aromatică implică utilizarea unei temperaturi ridicate și a unui catalizator.
Dintre metodele obișnuite pentru prepararea în laborator a arenelor se poate menționa sinteza Wurtz. Se caracterizează prin interacțiunea unui alcan halogenat cu sodiul metalic.
Caracteristicile omologilor benzenului
Toluenul, în care este prezentă o grupare metil, intră rapid în reacții chimice decât benzenul. Deoarece CH3 este un orientant de primă clasă, substituenții de intrare vor fi orientați în pozițiile orto (pare). Toluenul este capabil de halogenare (clorare, bromurare, iodare), precum și de nitrare.
Concluzie
Toate hidrocarburile aromatice sunt formula generala SpN2p-6. Când ard în oxigenul aerului, se eliberează o cantitate suficientă de funingine, ceea ce se explică ușor prin conținutul crescut de carbon din ele.
