Aromatické uhľovodíky - prezentácia. Chemické vlastnosti benzénu. Získavanie, aplikácia Prezentácia homológov aplikácie vlastností benzénu

ARENY (aromatické uhľovodíky) Arény alebo aromatické uhľovodíky sú zlúčeniny, ktorých molekuly obsahujú stabilné cyklické skupiny atómov (benzénové jadrá) s uzavretý systém konjugované spojenia. Aromatickosť molekuly znamená jej zvýšenú stabilitu v dôsledku delokalizácie p-elektrónov v cyklickom systéme. 1. Atómy uhlíka v sp 2 - hybridizovanom stave tvoria cyklický systém. 2. Atómy uhlíka sú umiestnené v rovnakej rovine (cyklus má plochú štruktúru) Benzén C 6 H 6 je predchodcom aromatických uhľovodíkov. Všeobecný vzorec alkínov CnH2n-6

Štruktúra benzénu Každý zo šiestich atómov uhlíka v jeho molekule je v stave sp 2 - hybridizácie a je spojený s dvoma susednými atómami uhlíka a atómom vodíka tromi σ-väzbami. Spojovacie uhly sú 120°. Kostra je teda pravidelný šesťuholník, v ktorom sú všetky atómy uhlíka a všetky C-C spojenia a C-H ležia v rovnakej rovine. p-elektróny všetkých atómov uhlíka navzájom interagujú bočným prekrývaním susedných 2p-AO umiestnených kolmo na rovinu benzénového kruhu. Tvoria jediný cyklický π-elektrónový oblak sústredený nad a pod rovinou prstenca.

Všetky väzby C-C v benzéne sú ekvivalentné, ich dĺžka je 0,140 nm, čo zodpovedá strednej hodnote medzi dĺžkou jednoduchej väzby (0,154 nm) a dvojitej väzby (0,134 nm). To znamená, že v molekule benzénu neexistujú žiadne čisto jednoduché a dvojité väzby medzi atómami uhlíka (ako vo vzorci navrhnutom v roku 1865 nemeckým chemikom F. Kekuleom) a všetky sú zarovnané (delokalizované). Preto je štruktúrny vzorec benzénu znázornený ako pravidelný šesťuholník a kruh v ňom, ktorý označuje delokalizované π väzby. Štruktúra benzénu

Názvoslovie Systematické názvy sú zostavené z názvu uhľovodíkového radikálu (predpona) a slova benzén (koreň). Ak existujú dva alebo viac radikálov, ich poloha je označená počtom atómov uhlíka v kruhu, ku ktorému sú pripojené. Číslovanie kruhu sa vykonáva tak, aby počet radikálov bol najmenší. Pre disubstituované benzény RC 6 H 4 -R sa používa aj iný spôsob konštrukcie názvov, pri ktorom sa poloha substituentov uvádza pred triviálnym názvom zlúčeniny s predponami: orto- (o-) substituenty na susedných atómoch uhlíka krúžok, tj 1,2-; meta-(m-) substituenty cez jeden atóm uhlíka (1,3-); para-(n-)substituenty na protiľahlé strany kruhy (1,4-) Aromatické radikály: C 6 H 5 - (fenyl) C 6 H 5 CH 2 - (benzyl)

1) polohy substituentov pre substituované benzény (napríklad o-, m- a p-xylény); 2) uhlíková kostra v postrannom reťazci obsahujúca aspoň 3 atómy uhlíka: 3) izoméria substituentov R, počnúc R = C2H5. Napríklad 4 izoméry zodpovedajú molekulovému vzorcu C8H10: tri xylény CH 3-C6H4-CH3 (o-, m-, p-) a etylbenzén C6H5-C2H5. Vo vzťahu k benzénovému kruhu v alkylbenzénoch neexistuje priestorová izoméria. izomerizmus (štrukturálny)

Vlastnosti arén Fyzikálne vlastnosti. Benzén a jeho najbližšie homológy sú bezfarebné kvapalné látky, nerozpustné vo vode, ale ľahko rozpustné v mnohých organických kvapalinách. Ľahšie ako voda. Horľavý. Benzén je toxický (spôsobuje ochorenie krvi - leukémiu) Chemickými vlastnosťami sa arény líšia od nasýtených a nenasýtených uhľovodíkov. Je to spôsobené štruktúrnymi vlastnosťami benzénového kruhu. Delokalizácia šiestich pí-elektrónov v cyklickom systéme znižuje energiu molekuly, čo vedie k zvýšeniu stability (aromatickosti) benzénu a jeho homológov. Preto arény nie sú náchylné na adičné alebo oxidačné reakcie, ktoré vedú k strate aromaticity. Pre nich najcharakteristickejšie reakcie prebiehajú so zachovaním aromatického systému, konkrétne substitučné reakcie atómov vodíka spojené s cyklom. Prítomnosť oblastí so zvýšenou hustotou p-elektrónov na oboch stranách planárneho aromatického kruhu vedie k skutočnosti, že benzénový kruh je nukleofil, a preto má tendenciu byť atakovaný elektrofilným činidlom. Elektrofilné substitučné reakcie sú teda najtypickejšie pre aromatické zlúčeniny. Mechanizmus elektrofilnej substitúcie je označený symbolom S E (podľa prvých písmen anglických výrazov: S - substitúcia [substitúcia], E - elektrofil [elektrofil]). Ostatné reakcie (adícia, oxidácia) sú náročné.

Substitúcia v alkylbenzénoch Benzénové homológy (alkylbenzény) C 6 H 5 –R sú v substitučných reakciách aktívnejšie ako benzén. Napríklad pri nitrácii toluénu C6H5CH3 (70 °C) nie je nahradený jeden, ale tri atómy vodíka za vzniku 2,4,6-trinitrotoluénu. Bromácia toluénu tiež nahrádza tri atómy vodíka. Tu sa zreteľne prejavuje vzájomný vplyv atómov v molekule na reaktivitu látky. Na jednej strane metylová skupina CH3 (v dôsledku +I efektu) zvyšuje hustotu elektrónov v benzénovom kruhu v polohách 2, 4 a 6 a uľahčuje substitúciu v týchto polohách:

Chemické vlastnosti toluénu Vplyvom benzénového kruhu sa metylová skupina CH 3 v toluéne stáva aktívnejšou v oxidačných a radikálových substitučných reakciách v porovnaní s metánom CH 4 Toluén na rozdiel od metánu za miernych podmienok oxiduje (odfarbuje okyslený roztok KMnO 4 pri zahrievaní). Ľahšie ako v alkánoch prebiehajú radikálové substitučné reakcie v bočnom reťazci alkylbenzénov. Vysvetľuje to skutočnosť, že v limitnom štádiu (pri nízkej aktivačnej energii) ľahko vzniká benzylový radikál CH 2 -C 6 H 5. Je stabilnejší ako alkylové voľné radikály (·CH 3, ·CH 2 R) , pretože jeho nepárový elektrón je delokalizovaný prostredníctvom interakcie s p-elektrónovým systémom benzénového kruhu

II. Adičné reakcie na arény Okrem reakcií vedúcich k deštrukcii aromatickej štruktúry benzénového kruhu môžu arény vstupovať s veľkými ťažkosťami. 1) Hydrogenácia Pridávanie vodíka do benzénu a jeho homológov prebieha pri zvýšenej teplote a tlaku v prítomnosti kovových katalyzátorov.

2) Radikálová chlorácia V podmienkach radikálových reakcií (ultrafialové svetlo, zvýšená teplota) sa môžu do aromatických zlúčenín pridávať halogény. Praktický význam má radikálna chlorácia benzénu na získanie „hexachlóránu“ (prostriedok na boj proti škodlivému hmyzu). V prípade homológov benzénu prebieha reakcia radikálovej substitúcie atómov vodíka v postrannom reťazci ľahšie

III. Oxidačné reakcie arénu Benzén neoxiduje ani pôsobením silných oxidačných činidiel (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7 a pod.). Preto sa často používa ako inertné rozpúšťadlo pri oxidačných reakciách iných organických zlúčenín. Na rozdiel od benzénu sa jeho homológy oxidujú pomerne ľahko. Pôsobením roztoku KMnO 4 a zahrievaním v homológoch benzénu dochádza k oxidácii iba bočných reťazcov Benzén a jeho homológy horia na vzduchu dymovým plameňom, čo je spôsobené vysokým obsahom uhlíka v ich molekulách: Benzén a jeho prchavé homológy vznikajú výbušné zmesi so vzduchom a kyslíkom

Získavanie arén prírodné pramene aromatické uhľovodíky sú uhlie a ropa. Pri koksovaní uhlia vzniká uhoľný decht, z ktorého sa izoluje benzén, toluén, xylény, naftalén a mnohé ďalšie organické zlúčeniny. Keď sa etylbenzén dehydrogenuje, vytvorí sa derivát benzénu s nenasýteným bočným reťazcom - vinylbenzén (styrén) C6H5-CH \u003d CH2 (východiskový materiál na získanie cenného polystyrénového polyméru)

Využitie aromatických uhľovodíkov Benzín sa používa ako východiskový produkt na výrobu rôznych aromatických zlúčenín - nitrobenzén, chlórbenzén, anilín, fenol, styrén atď., používaných pri výrobe liečiv, plastov, farbív, pesticídov a mnohých ďalších organických látok .

Toluén C 6 H 5 -CH 3 sa používa pri výrobe farbív, drog a výbušnín (trotyl, tol). Xylén C 6 H 4 (CH 3) 2 vo forme zmesi troch izomérov (orto-, meta- a para-xylénov) - technický xylén - sa používa ako rozpúšťadlo a východiskový produkt pri syntéze mnohých organických zlúčenín. Izopropylbenzén (kumén) C 6 H 4 -CH (CH 3) 2 je východiskovou látkou na výrobu fenolu a acetónu. Vinylbenzén (styrén) C 6 H 5 -CH \u003d CH 2 sa používa na získanie cenného polystyrénového polymérneho materiálu. Použitie aromatických uhľovodíkov

Pravidlá orientácie 1. Substituenty prítomné v benzénovom kruhu smerujú novo vstupujúcu skupinu do určitých polôh, t.j. majú orientačný účinok. 2. Podľa ich riadiaceho účinku sa všetky substituenty delia do dvoch skupín: orientanty prvého druhu a orientanty druhého druhu. Orientanty 1. druhu (orto-para-orientanty) usmerňujú následnú substitúciu najmä do polohy orto a para. Patria sem skupiny s darcom elektrónov (elektronické účinky skupín sú uvedené v zátvorkách): -R (+I); -OH (+M, -I); -OR (+M, -I); -NH2 (+M, -I); -NR 2 (+M,-I) Efekt +M v týchto skupinách je silnejší ako efekt -I. Orientanty 1. druhu zvyšujú hustotu elektrónov v benzénovom kruhu, najmä na atómoch uhlíka v polohe orto a para, čo podporuje interakciu týchto atómov s elektrofilnými činidlami. Orientanty 1. druhu zvýšením hustoty elektrónov v benzénovom kruhu zvyšujú jeho aktivitu v elektrofilných substitučných reakciách v porovnaní s nesubstituovaným benzénom. Osobitné miesto medzi orientantmi 1. druhu zaujímajú halogény, ktoré vykazujú vlastnosti priťahujúce elektróny: -F (+M

Orientačné pravidlá Orientátory 2. druhu (metaorientanty) smerujú následnú výmenu prevažne do polohy meta. Patria sem skupiny priťahujúce elektróny: -NO 2 (–M, –I); -COOH (-M, -I); -CH=0 (-M, -I); -S03H (-I); -NH3+ (-I); -CC13 (-I). Orientanty 2. druhu znižujú hustotu elektrónov v benzénovom kruhu, najmä v polohe orto a para. Preto elektrofil napáda atómy uhlíka nie v týchto polohách, ale v polohe meta, kde je hustota elektrónov o niečo vyššia.Všetky orientanty 2. druhu, znižujúce celkovú hustotu elektrónov v benzénovom kruhu, znižujú jeho aktivitu pri elektrofilných substitučných reakciách. . Ľahkosť elektrofilnej substitúcie zlúčenín (uvedené ako príklady) teda klesá v poradí: toluén C 6 H 5 CH 3 > benzén C 6 H 6 > nitrobenzén C 6 H 5 NO 2. benzén C 6 H 6 > nitrobenzén C 6 H 5 NO 2.">

Anilín Aromatické amíny sú slabšie bázy ako amoniak, pretože osamotený elektrónový pár atómu dusíka sa posúva smerom k benzénovému kruhu a konjuguje sa s jeho p-elektrónmi. Zníženie hustoty elektrónov na atóme dusíka vedie k zníženiu schopnosti oddeľovať protóny od slabých kyselín. Preto anilín interaguje iba so silnými kyselinami (HCl, H 2 SO 4), a jeho vodný roztok nefarbí lakmus modrá farba. Hlavné vlastnosti sa teda menia v rade: C6H5NH2

"Aromatické uhľovodíky" - Toluén sa používa ako surovina na výrobu výbušniny - trinitrotoluénu. Biela hornina zložená z uhličitanu vápenatého. 24. Názvoslovie. 15. Suroviny na výrobu fosforečných hnojív. 16. Možné sú adičné a oxidačné reakcie. Červená mosadz. 17. Záver: Uprostred. 12. Rubín. 27. Všetky aromatické zlúčeniny sú pevné alebo kvapalné látky.

"Uhľovodíky" - Výsledok lekcie. fenacetín. Komory na koksovateľné uhlie. Amoniak. Etanol. Schéma koksovej pece. Benzín. 2 – rafinačná kolóna. Ložiská nerastov. Rozpúšťadlá. Skúmavka č.1. Koks. Produkty spracovania uhlia. Umelé dozrievanie ovocia. anilín. Veľkí vedci. Uhľový decht.

"Vlastnosti aromatických uhľovodíkov" - Veľký význam majú syntetické metódy získavania. fyzikálne vlastnosti. Potvrdenie. Výroba aromatických uhľovodíkov. Aplikácia. Hlavnými zdrojmi aromatických uhľovodíkov sú uhoľný decht, ropa a ropné produkty. Chemické vlastnosti. Vinylbenzén (styrén) sa používa na výrobu polymérneho materiálu - polystyrénu.

"Benzén a jeho vlastnosti" - História. Spolu s benzénom vzniká toluén a xylény. Koksovanie uhlia. Benzénové výpary môžu preniknúť do neporušenej pokožky. Rozpustnosť vo vode 1,79 g/l (pri 25 °C). Silný karcinogén. Benzén (C6H6, PhH) - organický chemická zlúčenina, bezfarebná kvapalina s príjemnou sladkou vôňou.

"Chémia uhľovodíkov" - úloha. Plán. Hustota pár látky vo vzduchu je 2,966. Uveďte reakčné podmienky. 4. Zostavenie tabuľky: "Triedy uhľovodíkov". Definujte vzorec. Zdroje. Pri spálení 8,6g nasýtený uhľovodík vyšlo 26,4 g oxidu uhličitého a 12,6 g vody. Vytvorte izoméry. Zovšeobecnenie témy "Uhľovodíky".

"Využitie uhľovodíkov" - Otestujte sa!!! Veľká hodnota v medicíne, parfumérii a kozmetike. Ciele: Hodnota alkánov v modernom svete obrovský. Alkánové zlúčeniny sa používajú ako chladivá v domácich chladničkách. Metán: výroba pneumatík, farby. Používa sa v medicíne, voňavkárstve a kozmetike. Cyklohexán je tiež široko používaný ako rozpúšťadlo a na syntézu polymérov (nylon, nylon).

V téme je celkovo 12 prezentácií

snímka 1

snímka 2

snímka 3

snímka 4

snímka 5

snímka 6

Snímka 7

Snímka 8

Snímka 9

snímka 10

snímka 11

snímka 12

snímka 13

1 z 20

Prezentácia na tému: aromatické uhľovodíky

snímka číslo 1

Popis snímky:

snímka číslo 2

Popis snímky:

Arény Aromatické uhľovodíky (areny) sú látky, ktorých molekuly obsahujú jeden alebo viac benzénových kruhov – cyklických skupín uhlíkových atómov so zvláštnym charakterom väzieb. Pojem „benzénový kruh“ vyžaduje rozlúštenie. Na to je potrebné zvážiť štruktúru molekuly benzénu. Prvá štruktúra benzénu bola navrhnutá v roku 1865. Nemecký vedec A. Kekule:

snímka číslo 3

Popis snímky:

Tento vzorec správne odráža ekvivalenciu šiestich atómov uhlíka, ale nevysvetľuje množstvo špeciálnych vlastností benzénu. Napríklad, napriek nenasýtenosti, benzén nevykazuje tendenciu k adičným reakciám: neodfarbuje sa brómová voda a roztok manganistanu draselného, ​​t.j. nedáva kvalitatívne reakcie typické pre nenasýtené zlúčeniny. Vlastnosti štruktúry a vlastností benzénu boli úplne vysvetlené až po vývoji modernej kvantovo-mechanickej teórie chemických väzieb. Podľa moderných koncepcií je všetkých šesť atómov uhlíka v molekule benzénu v sp2-hybridnom stave. Každý atóm uhlíka tvorí s-väzby s dvoma ďalšími atómami uhlíka a jedným atómom vodíka ležiacim v rovnakej rovine. Väzbové uhly medzi tromi s-väzbami sú 120°. Všetkých šesť atómov uhlíka teda leží v rovnakej rovine a tvoria pravidelný šesťuholník (s je kostra molekuly benzénu).

snímka číslo 4

Popis snímky:

Každý atóm uhlíka má jeden nehybridizovaný p-orbitál. Šesť takýchto orbitálov je umiestnených kolmo na plochý s-skelet a navzájom rovnobežných (pozri obr. a). Všetkých šesť elektrónov navzájom interaguje a tvoria p-väzby, ktoré nie sú lokalizované v pároch ako pri tvorbe dvojitých väzieb, ale sú spojené do jedného mraku p-elektrónov. V molekule benzénu teda nastáva kruhová konjugácia. Najvyššia hustota p-elektrónov v tomto konjugovanom systéme sa nachádza nad a pod rovinou s-kostra (pozri obr. b).

snímka číslo 5

Popis snímky:

Výsledkom je, že všetky väzby medzi atómami uhlíka v benzéne sú zarovnané a majú dĺžku 0,139 nm. Táto hodnota je medzi dĺžkou jednoduchej väzby v alkánoch (0,154 nm) a dĺžkou dvojitej väzby v alkénoch (0,133 nm). Ekvivalencia väzieb je zvyčajne znázornená ako kruh vo vnútri cyklu (pozri obr. c). Kruhová konjugácia dáva energetický zisk 150 kJ/mol. Táto hodnota je konjugačná energia - množstvo energie, ktoré sa musí vynaložiť na rozbitie aromatického systému benzénu. Takéto elektronická štruktúra vysvetľuje všetky vlastnosti benzénu. Najmä je jasné, prečo benzén ťažko vstupuje do adičných reakcií - to by viedlo k porušeniu konjugácie. Takéto reakcie sú možné len za veľmi drsných podmienok.

snímka číslo 6

Popis snímky:

Nomenklatúra a izoméria. Tradične môžu byť arény rozdelené do dvoch radov. Prvý zahŕňa deriváty benzénu (napríklad toluén alebo difenyl), druhý - kondenzované (polyjadrové) arény (najjednoduchší z nich je naftalén): Homológny rad benzénu zodpovedá všeobecnému vzorcu С6Н2n-6, kde n>=6

snímka číslo 7

Popis snímky:

Štrukturálna izoméria v homologickej sérii benzénu je spôsobená vzájomným usporiadaním substituentov v jadre. Monosubstituované benzénové deriváty nemajú polohové izoméry, pretože všetky atómy v benzénovom jadre sú ekvivalentné. Disubstituované deriváty existujú ako tri izoméry, ktoré sa líšia vzájomným usporiadaním substituentov. Poloha substituentov je označená číslami alebo predponami: orto- (o-), meta- (m-), para- (p-). Radikál C6H5 sa nazýva fenyl.

snímka číslo 8

Popis snímky:

fyzikálne vlastnosti. Prvými členmi homologického radu benzénu (napríklad toluén, etylbenzén atď.) sú bezfarebné kvapaliny so špecifickým zápachom. Sú ľahšie ako voda a nerozpustné v nej. Dobre sa rozpúšťajú v organických rozpúšťadlách. Benzén a jeho homológy sú samy o sebe dobrými rozpúšťadlami pre mnohé organické látky. Všetky arény horia dymovým plameňom kvôli vysokému obsahu uhlíka v ich molekulách.

snímka číslo 9

Popis snímky:

Spôsoby, ako získať. 1. Získavanie z alifatických uhľovodíkov. Keď alkány s priamym reťazcom s najmenej šiestimi atómami uhlíka v molekule prechádzajú cez zahriaty oxid platiny alebo chrómu, dochádza k dehydrocyklizácii - vzniku arénu s uvoľňovaním vodíka:

snímka číslo 10

Popis snímky:

2. Dehydrogenácia cykloalkánov. Reakcia prebieha prechodom pár cyklohexánu a jeho homológov cez zahriatu platinu: 3. Získanie benzénu trimerizáciou acetylénu. 4. Príprava benzénových homológov Friedel-Craftsovou reakciou (pozri nižšie). 5. Fúzia solí aromatických kyselín s alkáliami:

snímka číslo 11

Popis snímky:

Chemické vlastnosti. Aromatické jadro, ktoré má mobilných šesť p-elektrónov, je vhodným objektom na napadnutie elektrofilnými činidlami. Tomu napomáha aj priestorové usporiadanie p-elektrónového oblaku na oboch stranách plochého s-skeletu molekuly (pozri obr. b). Pre arény sú najcharakteristickejšie reakcie prebiehajúce mechanizmom elektrofilnej substitúcie, označované symbolom SE (z angl. substitution electrophilic).

snímka číslo 12

Popis snímky:

Mechanizmus elektrofilnej substitúcie možno znázorniť nasledovne. Elektrofilné činidlo XY (X je elektrofil) útočí na elektrónový oblak a v dôsledku slabej elektrostatickej interakcie vzniká nestabilný p-komplex. Aromatický systém ešte nie je narušený. Táto fáza je rýchla. V druhom, pomalšom štádiu sa vytvorí kovalentná väzba medzi elektrofilom X a jedným z atómov uhlíka kruhu v dôsledku dvoch p-elektrónov kruhu. Tento atóm uhlíka sa mení z hybridného stavu sp2 na sp3. Aromatika systému je tak narušená. Štyri zvyšné p-elektróny sú rozdelené medzi päť ďalších atómov uhlíka a molekula benzénu tvorí karbokation, čiže s-komplex Porušenie aromaticity je energeticky nevýhodné, preto je štruktúra s-komplexu menej stabilná ako aromatická štruktúra. Na obnovenie aromaticity sa oddelí protón od atómu uhlíka spojeného s elektrofilom (tretí stupeň). V tomto prípade sa dva elektróny vrátia do p-systému a tým sa obnoví aromaticita: Elektrofilné substitučné reakcie sa široko používajú na syntézu mnohých derivátov benzénu.