Ароматические углеводороды. презентация для фармацевтов

2. Ароматические соединения, или арены, - это
соединения, содержащие в своем составе одно или
несколько бензольных колец.
ОБЩАЯ
ФОРМУЛА:
СnH2n-6
Майкл Фарадей
Митчерлих

3. ОБЩАЯ
ФОРМУЛА:
СnH2n-6
Ф.Кекуле
Атомы углерода
находятся в
состоянии sp2-
гибридизации
Негибридные р-орбитали
перекрываются над и под
плоскостью молекулы
образуя единое π-
электронное облако

4. Модель молекулы и формула бензола
Сочетание шести σ-связей
с единой π-системой
называется
АРОМАТИЧЕСКОЙ
СВЯЗЬЮ
Цикл из 6 атомов углерода, связанных ароматической связью,
называется бензольным кольцом (бензольным ядром).

5. Критерии ароматичности
при явной
ненасыщенности состава
(СnH2n-6) бензол и его
гомологи проявляют
насыщенный характер,
т.е. склонны к реакциям
замещения
устойчивость
к действию
окислителей
наличие единого π-
электронного облака в
ароматических
соединениях

6. Правило Хюккеля
«Ароматичность» – совокупность особых
свойств бензола
Плоские циклические
соединения, имеющие
сопряженную систему -
электронов, могут быть
ароматическими. если число
этих электронов равно 4n + 2
(где n = 0, 1, 2,3 и т.д.).
Э.Хюккель вывел правило (1931)

7. Гомологический ряд аренов
СnH2n-6
Гомологи бензола – соединения, образованные заменой
одного или нескольких атомов водорода в молекуле
бензола на углеводородные радикалы (R):
Формула Название
C6H6 бензол
С6Н5-СН3 метилбензол
С6Н5-СН2-СН3 этилбензол
С6Н5-СН2-СН3-СН3 пропилбензол
С6Н5-СН2-СН3-СН3-СН3 пентилбензол

8. Номенклатура аренов
Тривиальная
Исторически
сложившаяся
Систематическая
1. названия строят из
названия углеводородного
радикала (приставка) и
слова бензол (корень)
2. Если радикалов несколько,
их положение указывается
номерами атомов углерода
в кольце, с которыми они
связаны

9. Заместители в бензольном кольце
I рода IIрода
группировки атомов, способные
отдавать электроны бензольному
кольцу (электродоноры)
группировки атомов, способные
оттягивать на себя электроны от
бензольного кольца
(электроакцепторы)
К ним относятся:
NH2 > OH > OR > J > Br > Cl > F > CH3
Они увеличивают электронную
плотность кольца, облегчая
протекание реакции
электрофильного замещения
К ним относятся:
COOH > SO3H > NO2

10. Места присоединения заместителей
Мета-, орто-, пара- (сокращенно м-, о-, п-) (от греч. metá —
после; ortháós — прямой; pará — против, приставки,
употребляемые в органической химии для обозначения
положения двух заместителей относительно друг друга в
бензольном кольце.
Положение заместителей в бензольном кольце

11. Орто - положение
заместители находятся
в 1,2-положениях
о-Ксилол

12. Мета - положение
заместители
находятся в
1,3-положениях
м-Ксилол

13. Пара-положение
заместители находятся в
1,4-положениях
n-Ксилол

14. Арены
14
Номенклатура и изомерия
CH CH2 CH3 CH3
CH3
стирол
(винилбензол)
толуол
(метилбензол)
о-ксилол
(1,2-диметилбензол)

15. Арены
15
Номенклатура и изомерия
CH
CH3CH3
OCH3
CH3
CH3
CH3
кумол
(изопропилбензол)
анизол
(метоксибензол)
мезителен
(1,3,5-триметилбензол)

16. Арены
16
Ароматические радикалы
CH2 CH
фенил
С6Н5 -
бензил
С6Н5-СН2 -
бензилиден

18. Правило ориентации
В реакциях электрофильного
замещения заместители первого
рода ориентируют новый
заместитель в орто - и пара-
положения, а заместители
второго рода в мета- положение.
Это объясняется тем, что в этих
положениях увеличивается
электронная плотность:
OH


заместитель I рода
NO2
 
заместитель II рода

в незамещенном бензоле С6Н6
электронная плотность в кольце
распределена равномерно
в замещенном бензоле С6Н5Х под
влиянием заместителя Х
происходит перераспределение
электронов и возникают области
повышенной и пониженной
электронной плотности.
Это оказывает влияние на
легкость и направление реакций
электрофильного замещения.
Место вступления нового
заместителя определяется
природой уже имеющегося
заместителя.

19.  Ориентанты 1-го рода повышают электронную
плотность в бензольном кольце, особенно на
углеродных атомах в орто- и пара-положениях,
что благоприятствует взаимодействию с
электрофильными реагентами именно этих
атомов. Пример:
Ориентанты 1-го рода, повышая
электронную плотность в бензольном
кольце, увеличивают его активность в
реакциях электрофильного замещения по
сравнению с незамещенным бензолом.
Особое место среди ориентантов 1-го рода
занимают галогены, проявляющие
электроноакцепторные свойства: -F (+M<–I), -
Cl (+M<–I), -Br (+M<–I).
Являясь орто-пара-ориентантами, они
замедляют электрофильное замещение.
Причина – сильное понижение электронной
плотности в кольце.
Ориентанты 1 рода (орто и пара-ориентанты)

20.  направляют замещение преимущественно в мета-положение.
К ним относятся электроноакцепторные группы:
-NO2 (–M, –I); -COOH (–M, –I); -CH=O (–M, –I); -SO3H (–I); -NH3
+ (–I); -CCl3 (–I).
Ориентанты 2 рода (мета-ориентанты)
Все ориентанты 2-го рода, уменьшая в целом электронную плотность в
бензольном кольце, снижают его активность в реакциях электрофильного
замещения.
Таким образом, легкость электрофильного замещения для соединений
(приведенных в качестве примеров) уменьшается в ряду:
толуол C6H5CH3 > бензол C6H6 > нитробензол C6H5NO2.

21. 9.1

22. Получение ароматических углеводородов
Природное сырье
нефть
Каменный уголь
Производственное сырье
В зависимости от сырья, арены получают как
на предприятиях нефтехимии, так и на
металлургических заводах.
В зависимости от технологии получения и
назначения бензол подразделяют на бензол
нефтяной и каменноугольный.

23. Реакции получения АРЕНОВ
C6H5 COONa + NaO H C6H6 + Na2CO3
Бензол и его гомологи могут быть получены сплавлением
солей ароматических кислот со щелочью.
Гомологи бензола легко получаются из галогенопроизводных реакций
Вюрца - Фиттига:
C6H5 Br + 2Na + Br - CH3 C6H5 - CH3 + 2NaBr
толуол
Реакция Фриделя - Крафтса – важный метод получения гомологов
бензола:
C6H6 + CH3Cl
AlCl3
C6H5 - CH3 + HCl
Из ацетилена и его гомологов:
Cu2Cl2
800
C винилацетилен
акт. уголь
4500
C
бензол
(р. Зелинского)
HC CH2 HC C - CH = CH2
HC CH3
Полимеризация. Для алкинов
характерны реакции ди-, три-
, тетрамеризации, что
зависит от условий реакции

24. Физические свойства аренов
Арены – бесцветные жидкости с характерным запахом,
высшие гомологи – твердые вещества.
Температуры кипения и
плавления зависят от
размера, количества и
расположения боковых
цепей.
1. Изомеры с несколькими радикалами кипят при более высокой температуре,
чем изомеры с одним, но большим радикалом.
2. При сближении радикалов температуры кипения возрастают, так орто-
изомеры кипят при более высокой температуре, чем пара- изомеры,
температура плавления, наоборот, выше у пара- изомеров.
3. Изомеры с разветвленным заместителем кипят при более низкой
температуре, чем с заместителем нормального строения.
11

25. Химические реакции аренов
Горение
Замещение
Окисление
Присоединение
С6Н6 + 15О2 = 12СО2 + 6Н2О
• Алкилирование
• Галогенирование (t, kat)
• Нитрование
• Сульфирование Бензол устойчив к действию
окислителей. При обычных условиях не
обесцвечивает KMnO4 и Br2.
Гомологи бензола окисляются легко
Гидрирование
С6Н6 + 3Н2 = С6Н12
Радикальное хлорирование
(уф, каt)
С6Н6 + 3Cl2 = C6H6Cl6
Химические свойства аренов
12
10

26. Реакции замещения аренов
Галогенирование
Происходит в присутствии катализаторов AlCl3
13,14

27. Реакции замещения аренов
Нитрование
Бензол реагирует с нитрующей смесью
15

28. Реакции замещения аренов
Алкилирование
замещение атома водорода в бензольном кольце на алкильную
группу(алкилирование) происходит под действием алкилгалогенидов (реакция
Фриделя-Крафтса) или алкенов в присутствии катализаторов AlCl3, AlBr3,
FeCl3 (кислот Льюиса)

29. 9.2

30. Применение аренов