Kimya çok heyecan verici bir bilimdir. Doğada var olan tüm maddeleri inceler ve çok çeşitlidir. İnorganik ve organik olarak sınıflandırılırlar. Bu yazıda, ikinci gruba ait olan aromatik hidrokarbonlara bakacağız.

Ne olduğunu?

Bunlar, bir veya daha fazla benzen çekirdeği içeren organik maddelerdir - bir poligona bağlı altı karbon atomunun kararlı yapıları. Bu kimyasal bileşiklerin adından da anlaşılacağı gibi kendine has bir kokusu vardır. Bu grubun hidrokarbonları, alkanlar, alkinler vb.'nin aksine döngüseldir.

Aromatik hidrokarbonlar. Benzen

Bu, bu madde grubunun en basit kimyasal bileşiğidir. Molekülleri altı karbon atomu ve aynı miktarda hidrojen içerir. Diğer tüm aromatik hidrokarbonlar, benzen türevleridir ve benzen kullanılarak elde edilebilirler. Normal şartlar altında bu madde sıvı haldedir, renksizdir, kendine has tatlımsı bir kokusu vardır ve suda çözünmez. +80 santigrat derece sıcaklıkta kaynamaya başlar ve +5'te donar.

Benzen ve diğer aromatik hidrokarbonların kimyasal özellikleri

Dikkat edilmesi gereken ilk şeyler halojenasyon ve nitrasyondur.

ikame reaksiyonları

Birincisi halojenasyon. Bu durumda kimyasal etkileşimin gerçekleşebilmesi için bir katalizör yani demir triklorür kullanılması gerekir. Böylece, benzene (C6H6) klor (Cl 2) eklersek, şeffaf bir gaz şeklinde salınacak olan klorobenzen (C6H5Cl) ve hidrojen klorür (HCl) elde ederiz. keskin koku. Yani, bu reaksiyonun bir sonucu olarak, bir hidrojen atomunun yerini bir klor atomu alır. Aynısı, benzene diğer halojenler (iyot, brom, vb.) eklendiğinde de olabilir. İkinci ikame reaksiyonu, nitrasyon, benzer bir prensibi takip eder. Burada konsantre bir sülfürik asit çözeltisi katalizör görevi görür. Benzen için bu tür bir kimyasal reaksiyonu gerçekleştirmek için, nitrobenzen (C6H5NO2) ve suyun oluştuğu, ayrıca konsantre olan nitrat asidi (HNO 3) eklemek gerekir. Bu durumda hidrojen atomu, bir nitrojen atomu ve iki oksijenden oluşan bir grupla değiştirilir.

ekleme reaksiyonları

Bu ikinci tip kimyasal etkileşimler, hangi aromatik hidrokarbonların girebileceği. Ayrıca iki tipte bulunurlar: halojenasyon ve hidrojenasyon. Birincisi, yalnızca katalizör görevi gören güneş enerjisinin varlığında gerçekleşir. Bu reaksiyonu gerçekleştirmek için, benzene klor da eklenmelidir, ancak ikameden daha büyük bir miktarda. Bir benzen molekülü için üç klor olmalıdır. Sonuç olarak, heksaklorosikloheksan (C6H6Cl6) elde ederiz, yani mevcut atomlara altı klor daha eklenecektir.

Hidrojenasyon sadece nikel varlığında gerçekleşir. Bunu yapmak için benzen ve hidrojeni (H 2) karıştırmanız gerekir. Oranlar önceki reaksiyondakiyle aynıdır. Sonuç olarak, sikloheksan (C6H12) oluşur. Diğer tüm aromatik hidrokarbonlar da bu tip reaksiyona girebilir. Benzen ile aynı prensibe göre, sadece daha karmaşık maddelerin oluşumu ile ortaya çıkarlar.

Bu gruba ait kimyasalların elde edilmesi

Her şeye benzen ile başlayalım. Asetilen (C2H 2) gibi bir reaktif kullanılarak elde edilebilir. Bu maddenin üç molekülünden, yüksek sıcaklık ve bir katalizörün etkisi altında, istenen kimyasal bileşiğin bir molekülü oluşur.

Metalürjik kok üretimi sırasında oluşan kömür katranından benzen ve diğer bazı aromatik hidrokarbonlar da elde edilebilir. Bu şekilde elde edilenler arasında toluen, o-ksilen, m-ksilen, fenantren, naftalin, antrasen, floren, krizen, difenil ve diğerleri bulunur. Ek olarak, bu grubun maddeleri genellikle rafine edilmiş petrol ürünlerinden çıkarılır.

Bu sınıfın çeşitli kimyasal bileşikleri neye benziyor?

Stiren, suda az çözünür, hoş bir kokuya sahip renksiz bir sıvıdır, kaynama noktası +145 santigrat derecedir. Naftalin, suda az çözünür, +80 derece sıcaklıkta erir ve +217'de kaynar kristal bir maddedir. Normal koşullar altında antrasen de kristaller şeklinde sunulur, ancak artık renksiz değil, sarı bir renge sahiptir. Bu madde suda veya organik çözücülerde çözünmez. Erime noktası - +216 santigrat derece, kaynama noktası - +342. Fenantren, yalnızca organik çözücülerde çözünen parlak kristallere benziyor. Erime sıcaklığı - +101 derece, kaynama noktası - +340 derece. Floren, adından da anlaşılacağı gibi, floresan yeteneğine sahiptir. Bu, bu gruptaki diğer birçok madde gibi, suda çözünmeyen renksiz kristallerdir. Erime noktası - +116, kaynama noktası - +294.

Aromatik hidrokarbonların kullanımı

Benzen, boya üretiminde hammadde olarak kullanılmaktadır. Ayrıca patlayıcı, böcek ilacı ve bazı ilaçlar elde etmek için kullanılır. Stiren, başlangıç ​​malzemesinin polimerize edilmesiyle polistiren (köpük) üretiminde kullanılır. İkincisi inşaatta yaygın olarak kullanılmaktadır: ısı ve ses yalıtımı, elektrik yalıtım malzemesi olarak. Naftalin, benzen gibi, pestisit, boya ve ilaç üretiminde rol oynar. Ayrıca kimya endüstrisinde birçok organik bileşiğin üretilmesinde kullanılmaktadır. Antrasen ayrıca boyaların imalatında da kullanılır. Floren, bir polimer stabilizatörünün rolünü oynar. Fenantren, önceki madde ve diğer birçok aromatik hidrokarbon gibi, boyaların bileşenlerinden biridir. Toluen, kimya endüstrisinde organik maddelerin ekstraksiyonu ve ayrıca patlayıcı üretimi için yaygın olarak kullanılmaktadır.

Aromatik hidrokarbonların yardımıyla ekstrakte edilen maddelerin karakterizasyonu ve kullanımı

Bunlar öncelikle dikkate alınan ürünlerin ürünlerini içerir. kimyasal reaksiyonlar benzen. Örneğin klorobenzen, fenol, pestisit, organik maddelerin üretiminde de kullanılan organik bir çözücüdür. Nitrobenzen, metal için parlatma maddelerinin bir bileşenidir, bazı boyaların ve kokuların imalatında kullanılır ve bir çözücü ve oksitleyici madde olarak işlev görebilir. Heksaklorosikloheksan, böcek haşere zehiri olarak ve kimya endüstrisinde kullanılır. Sikloheksan boya ve vernik üretiminde kullanılırken, birçok organik bileşikler, ilaç endüstrisinde.

Çözüm

Bu makaleyi okuduktan sonra, tüm aromatik hidrokarbonların aynı kimyasal yapıya sahip oldukları sonucuna varabiliriz, bu da onların bir bileşik sınıfında birleştirilmelerine izin verir. Ayrıca fiziksel ve Kimyasal özellikler da oldukça benzerler. Görünüm hepsinin kaynama ve erime noktaları kimyasal maddeler bu grup çok farklı değil. Birçok aromatik hidrokarbon, kullanımlarını aynı endüstrilerde bulmaktadır. Halojenasyon, nitrasyon, hidrojenasyon reaksiyonları sonucu elde edilebilen maddeler de benzer özelliklere sahiptir ve benzer amaçlarla kullanılmaktadır.

TANIM

Aromatik hidrokarbonlar (arenalar)- molekülleri bir veya daha fazla benzen halkası içeren maddeler. Genel formül homolog seri benzen C n H 2 n -6

Aromatik hidrokarbonların en basit temsilcileri benzen - C6H6 ve toluen - C6H5 -CH3'tür. Arenlerden türetilen hidrokarbon radikalleri şöyle adlandırılır: C6H5-- fenil (Ph-) ve C6H5-CH2-- benzil.

Benzen molekülündeki altı karbon atomunun tamamı sp 2 hibrit durumundadır. Her karbon atomu, aynı düzlemde bulunan diğer iki karbon atomu ve bir hidrojen atomu ile 3σ-bağları oluşturur. Altı karbon atomu oluşur düzenli altıgen(bir benzen molekülünün σ-iskeleti).

Her karbon atomunun bir elektron içeren hibritleşmemiş bir p-orbitali vardır. Altı p-elektron, altı üyeli bir döngü içinde bir daire olarak gösterilen tek bir π-elektron bulutu (aromatik sistem) oluşturur.

Arenlerin kimyasal özellikleri

Benzen ve homologları için elektrofilik mekanizmaya göre meydana gelen ikame reaksiyonları karakteristiktir:

- halojenasyon (benzen, katalizörlerin varlığında klor ve brom ile etkileşime girer - susuz AlCl 3, FeCl 3, AlBr 3)

C6H6 + Cl2 = C6H5-Cl + HCl

- nitratlama (benzen, bir nitratlama karışımı ile kolayca reaksiyona girer - konsantre nitrik ve sülfürik asitlerin bir karışımı)

- alkenlerle alkilasyon

C6H6 + CH2 = CH-CH3 → C6H5 -CH (CH 3) 2

Benzen ilave reaksiyonları aromatik sistemin tahrip olmasına yol açar ve sadece ağır koşullar altında ilerler:

- hidrojenasyon (reaksiyon ısıtma ile ilerler, katalizör - Pt)

- klor ilavesi (katı bir ürün oluşumu ile UV radyasyonunun etkisi altında ilerler - heksaklorosikloheksan (heksakloran) - C6H6Cl 6)

Arenaların fiziksel özellikleri

Homolog benzen serisinin ilk üyeleri, belirli bir kokuya sahip renksiz sıvılardır. Sudan daha hafiftirler ve içinde pratik olarak çözünmezler. Organik çözücülerde iyi çözünürler ve kendileri iyi çözücülerdir.

arena almak

Benzen ve homologlarını üretmenin ana yöntemleri:

- alkanların dehidrosiklizasyonu (katalizörler - Pt, Cr 3 O 2)

- sikloalkanların dehidrojenasyonu (reaksiyon ısıtma ile devam eder, katalizör Pt'dir)

- asetilenin trimerizasyonu (reaksiyon 60°C'ye ısıtıldığında ilerler, katalizör aktif karbondur)

3HC≡CH → C6H6

- benzenlerin alkilasyonu (Friedel-Crafts reaksiyonu) (katalizör - alüminyum klorür veya fosforik asit)

Problem çözme örnekleri

ÖRNEK 1

AROMATİK HİDROKARBONLAR

Aromatik bileşiklere, veya arenes, molekülleri özel fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip kararlı bir siklik grup (benzen halkası) içeren büyük bir bileşik grubunu ifade eder.

Bu bileşikler, her şeyden önce, benzen ve onun sayısız türevlerini içerir.

"Aromatik" terimi, başlangıçta, hoş kokulu bir kokuya sahip olan doğal kökenli ürünleri belirtmek için kullanılmıştır. Bu bileşikler arasında benzen halkaları içeren pek çok bileşik olduğundan, "aromatik" terimi, bir benzen halkası içeren herhangi bir bileşik (hoş olmayan bir kokuya sahip olanlar dahil) için uygulanmaya başlandı.

Benzen, elektronik yapısı

Benzen C6H6 formülüne göre, benzenin, örneğin asetilene benzer, oldukça doymamış bir bileşik olduğu varsayılabilir. Ancak benzenin kimyasal özellikleri bu varsayımı desteklemez. Bu nedenle, normal koşullar altında benzen, doymamış hidrokarbonların karakteristik reaksiyonlarını vermez: hidrojen halojenürler ile ilave reaksiyonlarına girmez, bir potasyum permanganat çözeltisinin rengini bozmaz. Aynı zamanda benzen, doymuş hidrokarbonlara benzer ikame reaksiyonlarına girer.

Bu gerçekler, benzenin kısmen doymuş hidrokarbonlara, kısmen doymamış hidrokarbonlara benzer olduğunu ve aynı zamanda her ikisinden de farklı olduğunu göstermektedir. Bu nedenle, benzenin yapısı konusunda bilim adamları arasında uzun süre hararetli tartışmalar yaşandı.

60'larda. geçen yüzyılda, çoğu kimyager, tek ikameli benzen türevlerinin (örneğin, bromobenzen) hiçbir izomeri olmadığı gerçeğine dayanarak benzenin siklik yapısı teorisini kabul etti.

1865 yılında Alman kimyager Kekule tarafından önerilen, benzen karbon atomları halkasındaki çift bağların basit olanlarla değiştiği ve Kekule'nin hipotezine göre basit ve çift bağların sürekli hareket ettiği, benzen için en yaygın olarak tanınan formül:

Ancak Kekule formülü benzenin neden doymamış bileşiklerin özelliklerini sergilemediğini açıklayamaz.

Modern kavramlara göre, benzen molekülü, kenarları birbirine eşit ve 0.140 nm olan düz bir altıgen yapısına sahiptir. Bu mesafe 0.154 nm (tek bağ uzunluğu) ile 0.134 nm (çift bağ uzunluğu) arasındaki ortalamadır. Sadece karbon atomları değil, aynı zamanda onlarla bağlantılı altı hidrojen atomu da aynı düzlemdedir. H - C - C ve C - C - C bağlarının oluşturduğu açılar 120 ° 'ye eşittir.

Benzendeki karbon atomları sp2-hibridizasyonundadır, yani. karbon atomunun dört yörüngesinden sadece üçü hibritlenir (biri 2s- ve ikisi 2p-), bunlar karbon atomları arasında σ-bağlarının oluşumunda yer alır. Dördüncü 2 p-orbital, iki komşu karbon atomunun (sağ ve sol) 2 p-orbitaliyle, eksenleri benzen halkasının düzlemine dik olan dambıl şeklindeki orbitallerde bulunan altı delokalize π-elektronu ile örtüşür, tek bir kararlı kapalı elektronik sistem oluşturur.

Altı karbon atomunun tümü ile kapalı bir elektronik sistemin oluşumunun bir sonucu olarak, tek ve çift bağların "hizalanması" meydana gelir, yani. benzen molekülü klasik çift ve tekli bağlardan yoksundur. Tüm karbon atomları arasında π-elektron yoğunluğunun düzgün dağılımı, benzen molekülünün yüksek stabilitesinin nedenidir. Benzen molekülündeki π-elektron yoğunluğunun düzgünlüğünü vurgulamak için aşağıdaki formüle başvururlar:

Benzen serisinin aromatik hidrokarbonlarının isimlendirilmesi ve izomerizmi

Homolog benzen serisinin genel formülü С n Н 2 n -6'dır.

Benzenin ilk homologu metilbenzendir veya toluen, C7H8

diğer tüm monosübstitüe türevler gibi pozisyon izomeri yoktur.

İkinci homolog C8H10 dört izomerik formda mevcut olabilir: etilbenzen C6H5-C2H5 ve üç dimetilbenzen veya ksilen, S b N 4 (CH 3) 2 (orto-, met- ve çift-ksilenler veya 1,2-, 1,3- ve 1,4-dimetilbenzenler):

Benzen C6H5'in radikali (artığı) denir fenil; benzen homologlarının radikallerinin isimleri, karşılık gelen hidrokarbonların isimlerinden türetilir ve köke bir son ek eklenir. -il(tolil, ksilil vb.) ve harflerle (o-, m-, p-) veya sayılarla yan zincirlerin konumu. Tüm aromatik radikallerin ortak adı aril isme benzer alkiller alkan radikalleri için. C6H5-CH2 radikali denir benzil.

Daha karmaşık benzen türevlerini adlandırırken, olası numaralandırma düzenlerinden, ikame numaralarının basamaklarının toplamının en küçük olacağı birini seçin. Örneğin, yapının dimetil etil benzen

1,4-dimetil-2-etilbenzen (sayıların toplamı 7'dir) olarak adlandırılmalıdır ve 1,4-dimetil-6-etilbenzen (sayıların toplamı 11'dir) değil.

Benzen'in daha yüksek homologlarının isimleri genellikle aromatik çekirdeğin adından değil, yan zincirin adından türetilir, yani bunlar alkanların türevleri olarak kabul edilir:

Benzen serisinin aromatik hidrokarbonlarının fiziksel özellikleri

Benzen homolog serisinin alt üyeleri, karakteristik bir kokuya sahip renksiz sıvılardır. Yoğunlukları ve kırılma indeksleri alkan ve alkenlerden çok daha yüksektir. Erime noktası da belirgin şekilde daha yüksektir. Yüksek karbon içeriği nedeniyle, tüm aromatik bileşikler oldukça dumanlı bir alevle yanar. Tüm aromatik hidrokarbonlar suda çözünmez ve çoğu organik çözücüde kolayca çözünür: çoğu su buharı ile iyi damıtılır.

Benzen serisinin aromatik hidrokarbonlarının kimyasal özellikleri

Aromatik hidrokarbonlar için aromatik halkadaki hidrojen ikame reaksiyonları en karakteristiktir. Aromatik hidrokarbonlar, ağır koşullar altında katılma reaksiyonuna büyük zorluklarla girerler. Benzenin ayırt edici bir özelliği, oksidanlara karşı önemli direncidir.

ekleme reaksiyonları

hidrojen ilavesi

Bazı nadir durumlarda, benzen ekleme reaksiyonları yapabilir. Hidrojenasyon, yani hidrojen ilavesi, katalizörlerin (Ni, Pt, Pd) mevcudiyetinde sert koşullar altında hidrojenin etkisi altında gerçekleşir. Bu durumda benzen molekülü, sikloheksan oluşturmak için üç hidrojen molekülü bağlar:

Halojenlerin bağlanması

Benzen içindeki bir klor çözeltisi güneş ışığına veya ultraviyole ışınlarına maruz kalırsa, üç halojen molekülünün radikal eklenmesi, heksaklorosikloheksan stereoizomerlerinin karmaşık bir karışımını oluşturmak için meydana gelir:

Heksaklorosikloheksai (ticari adı heksakloran) şu anda bir böcek ilacı olarak kullanılmaktadır - tarım zararlıları olan böcekleri yok eden bir madde.

oksidasyon reaksiyonları

Benzen oksitleyici maddelere karşı doymuş hidrokarbonlardan daha dirençlidir. Seyreltik nitrik asit, KMnO 4 çözeltisi vb. ile oksitlenmez. Benzen homologları çok daha kolay oksitlenir. Ancak içlerinde bile, benzen çekirdeği, oksidanların etkisine, onunla birleştirilen hidrokarbon radikallerinden nispeten daha dirençlidir. Bir kural vardır: bir yan zincire sahip herhangi bir benzen homologu monobazik (benzoik) aside oksitlenir:

Herhangi bir karmaşıklıkta birkaç yan zincire sahip benzen homologları, polibazik aromatik asitler oluşturmak için oksitlenir:

ikame reaksiyonları

1. Halojenasyon

Normal koşullar altında, aromatik hidrokarbonlar halojenlerle pek reaksiyona girmez; benzen, brom suyunun rengini bozmaz, ancak susuz bir ortamda katalizörlerin (FeCl 3, FeBr 3, AlCl 3) mevcudiyetinde, klor ve brom, oda sıcaklığında benzen ile kuvvetli bir şekilde reaksiyona girer:

nitrasyon reaksiyonu

Reaksiyon için, genellikle konsantre sülfürik asit (katalizör) ile karıştırılan konsantre nitrik asit kullanılır:

Sübstitüe edilmemiş benzende, ikame reaksiyonlarında altı karbon atomunun tamamının reaktivitesi aynıdır; ikameler herhangi bir karbon atomuna eklenebilir. Bununla birlikte, benzen çekirdeğinde zaten bir ikame varsa, o zaman onun etkisi altında çekirdeğin durumu değişir ve herhangi bir yeni ikame edicinin girdiği pozisyon, ilk ikame edicinin doğasına bağlıdır. Bundan, benzen çekirdeğindeki her bir ikame edicinin belirli bir yönlendirici (yönlendirici) etki gösterdiği ve yeni ikame edicilerin yalnızca kendisine göre belirli konumlarda girmesini desteklediği sonucu çıkar.

Yönlendirici etkiye göre, çeşitli ikame ediciler iki gruba ayrılır:

a) birinci türden ikameler:

Herhangi bir yeni ikameyi kendilerine göre orto ve para pozisyonlarına yönlendirirler. Ayrıca, hemen hemen hepsi aromatik grubun stabilitesini azaltır ve hem ikame reaksiyonlarını hem de benzen halkasının reaksiyonlarını kolaylaştırır:

b) ikinci türden ikame ediciler:

Herhangi bir yeni vekili kendilerine göre bir meta konuma yönlendirirler. Aromatik grubun stabilitesini arttırırlar ve ikame reaksiyonlarını zorlaştırırlar:

Bu nedenle, benzenin (ve diğer arenlerin) aromatik doğası, bileşimde doymamış olan bu bileşiğin kendisini bir dizi kimyasal reaksiyonda sınırlayıcı bir bileşik olarak göstermesi, kimyasal stabilite ile karakterize edilmesi ve zorluğu ile karakterize edilmesi ile ifade edilir. ekleme reaksiyonları. Sadece özel koşullar altında (katalizörler, ışınlama) benzen, molekülünde üç çift bağ varmış gibi davranır.

Arenalar(aromatik hidrokarbonlar) - molekülleri bir veya daha fazla benzen halkası içeren bileşikler - belirli bir bağ karakterine sahip siklik karbon atomu grupları.

Benzen - moleküler formül C6H6... İlk olarak A. Kekule tarafından önerilmiştir:

Arenaların yapısı.

6 karbon atomunun tamamı sp 2-hibridizasyon. Her karbon atomu 2 oluşturur σ - Aynı düzlemde bulunan iki bitişik karbon atomu ve bir hidrojen atomu ile bağlar. Açılar 120 ° 'dir. Şunlar. tüm karbon atomları aynı düzlemde bulunur ve bir altıgen oluşturur. Her atomun hibrit olmayan bir r eşleşmemiş elektronun bulunduğu bittir. Bu yörünge düzleme diktir ve bu nedenle π - elektron bulutu tüm karbon atomlarının üzerine "bulaşmış":

Tüm bağlantılar eşittir. Konjugasyon enerjisi, aroma sistemini yok etmek için harcanması gereken enerji miktarıdır.

Benzenin spesifik özelliklerini belirleyen şey budur - aromatikliğin tezahürü. Bu fenomen Hückel tarafından keşfedilmiştir ve Hückel kuralı olarak adlandırılmaktadır.

Arenaların izomerizmi.

Arenalar 2 gruba ayrılabilir:

• benzen türevleri:

• yoğun arenalar:

Arenalar için genel formül İLEnH 2 n -6 .

Yapısal izomerizm, şu şekilde açıklanan arenaların özelliğidir: karşılıklı düzenleme halka ikameleri. Halkada 2 ikame varsa, bunlar 3 farklı konumda olabilirler - orto (o-), meta (m-), çift (p-):

Benzenden bir proton “alınırsa”, bir radikal oluşur - C 6 H 5, aril radikali olarak adlandırılır. En basit:

Arenalara, halkadaki ikame edicileri ve konumlarını gösteren "benzen" kelimesi denir:

Arenaların fiziksel özellikleri.

Serinin ilk üyeleri, karakteristik bir kokuya sahip renksiz sıvılardır. Organik çözücülerde iyi çözünürler, ancak suda çözünmezler. Benzen zehirlidir ama güzel kokar. Solunması halinde baş ağrısına ve baş dönmesine neden olur Büyük miktarlar buharlar bilincini kaybedebilir. Mukoza zarlarını ve gözleri tahriş eder.

Arenalar almak.

1. Yağın bir parçası olan doymuş hidrokarbonların "aromatizasyonu" yardımıyla alifatik hidrokarbonlardan. Platin veya krom oksit üzerinden geçerken dihidrosiklizasyon gözlenir:

2. Sikloalkanların dehidrojenasyonu:

3. 600 °C'de sıcak kömürün üzerinden geçerken asetilenden (trimerizasyon):

4. Friedel - El sanatları reaksiyonu alüminyum klorür varlığında:

5. Alkali ile aromatik asit tuzlarının füzyonu:

Arenlerin kimyasal özellikleri.

Aren ikame reaksiyonları.

Arenaların çekirdeği esnek bir yapıya sahiptir. π - elektrofilik reaktiflerin etki ettiği sistem. Arenler, aşağıdaki gibi temsil edilebilen elektrofilik ikame ile karakterize edilir:

Elektrofilik parçacık çekilir π - halka sistemi, daha sonra reaktif arasında güçlü bir bağ oluşur x ve karbon atomlarından biri, halkanın birliği bozulur. Aromatikliği eski haline getirmek için bir proton yayılır ve 2 elektron C-H halkanın π sistemine gidin.

1. Halojenasyon, katalizörlerin varlığında meydana gelir - susuz klorürler ve alüminyum bromürleri, demir:

2. Arenaların nitrasyonu. Benzen, ısıtıldığında konsantre nitrik asit ile çok yavaş reaksiyona girer. Ancak sülfürik asit eklerseniz, reaksiyon çok kolay ilerler:

3. Sülfonasyon, %100 - sülfürik asit - oleumun etkisi altında gerçekleşir:

4. Alkenlerle alkilasyon. Sonuç olarak, zincir uzar, reaksiyon bir katalizör - alüminyum klorür varlığında ilerler.

1. Aromatik hidrokarbonların sınıflandırılması.

2. Homolog monosiklik aren serileri, isimlendirme, hazırlama.

3. İzomerizm, benzenin yapısı ve homologları.

4. Arenaların özellikleri.

Arenler, bir molekülde bir benzen çekirdeği içeren ve özel fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip, karbon bakımından zengin siklik hidrokarbonlardır. Moleküldeki benzen halkalarının sayısına ve halkaların bağlanma şekline göre, arenler monosiklik (benzen ve homologları) ve polisiklik (yoğunlaştırılmış ve izole edilmiş halkalı) bileşiklere ayrılır.

Benzen serisinin arenleri, benzen molekülündeki hidrojen atomlarının alkil radikalleri ile yer değiştirmesinin ürünleri olarak düşünülebilir. Bu tür arenlerin genel formülü СnH2n- 6'dır. Tek ikameli arenlerin adı, radikalin ve döngünün (benzen) adını belirtir:

benzen metilbenzen (toluen) etilbenzen.

Daha fazla sübstitüe edilmiş arenda, köklerin konumu en küçük sayılarla gösterilir, disübstitüe edilmiş arenlerde köklerin konumu şu şekilde adlandırılır: 1,2 - orto ( Ö-) -, 1,3 - meta ( m-) - ve 1,4 - çift ( P-)-:

1,3-dimetilbenzen 1,2-metiletilbenzen

m-dimetilbenzen ( m-ksilen) Ö-metiletilbenzen ( Ö-ksilen)

Arenalar için önemsiz isimler yaygındır (bazı isimler parantez içinde belirtilmiştir).

Doğada olmak.

Aromatik hidrokarbonlar bitki reçinelerinde ve balzamlarında bulunur. Kısmen veya tamamen hidrojene formdaki fenantren, örneğin steroidler, alkaloidler gibi birçok doğal bileşiğin yapısında bulunur.

Alanları almak:

1. kömürün kuru damıtılması;

2. sikloalkanların dehidrojenasyonu

3. Bileşiminde 6 veya daha fazla karbon atomlu alkanların dehidrosiklizasyonu

4.alkilasyon

izomerizm. Benzen homologları yapısal izomerizm ile karakterize edilir: yan radikalin karbon iskeletinin farklı yapıları ve benzen halkasındaki radikallerin farklı bileşimi ve düzenlenmesi. Örneğin, C9H12 bileşiminin aromatik hidrokarbonlarının izomerleri (propilbenzen, izopropilbenzen, o-metiletilbenzen ve 1,2,4-trimetilbenzen):

Yapı. Aromatik hidrokarbonlar, moleküllerin elektronik yapısında bir takım özelliklere sahiptir.

Benzenin yapısal formülü ilk olarak A. Kekule tarafından önerildi. Çift bağlar yapı içinde hareket ederken, değişen çift ve tekli bağlara sahip altı üyeli bir döngüdür:

Her iki formülde de karbon dört değerlidir, tüm karbon atomları eşdeğerdir ve disübstitüe edilmiş benzen üç izomer şeklinde bulunur ( orto-, meta-, çift-). Bununla birlikte, benzenin bu yapısı özellikleriyle çelişiyordu: benzen, doymamış hidrokarbonların özelliği olan ekleme reaksiyonlarına (örneğin brom) ve oksidasyona (örneğin potasyum permanganat ile) girmedi; kendisi ve homologları için ana kimyasal dönüşüm türü yer değiştirme tepkimeleridir.

Benzenin elektronik yapısının tanımına yönelik modern yaklaşım, bu çelişkiyi aşağıdaki gibi çözmektedir. Benzen molekülündeki karbon atomları sp2-hibridizasyonundadır. Karbon atomlarının her biri üç kovalent σ-bağ oluşturur - komşu karbon atomlarıyla 2 bağ (sp 2 -sp 2 örtüşen orbitaller) ve biri hidrojen atomuyla (sp 2 -s örtüşen orbitaller). Yanal örtüşme nedeniyle hibritleşmemiş p-orbitalleri, altı elektron içeren bir π-elektron konjuge sistemi (π, π-konjugasyonu) oluşturur. Benzen, 0.14 nm karbon-karbon bağ uzunluğuna, 0.11 nm'lik bir karbon-hidrojen bağına, 120 0 bağ açılarına sahip düz bir düzenli altıgendir:

Benzen molekülü, izole edilmiş çift bağlı halkalı bileşiklerden daha kararlıdır; bu nedenle, benzen ve homologları, ekleme ve oksidasyon yerine ikame reaksiyonlarına (benzen halkası korunur) eğilimlidir.

Diğer siklik bileşikler de benzen ile yapı ve özellikler (aromatiklik) bakımından benzerlikler gösterir. Aromatiklik kriterleri (E. Hückel, 1931):

a) düz döngüsel yapı, yani. döngüyü oluşturan atomlar sp2-hibridizasyonundadır; b) birleştirilmiş elektronik sistem; c) halkadaki elektron sayısı (N) 4n + 2'dir, burada n herhangi bir tam sayı değeridir - 0,1,2,3, vb.

Aromatiklik kriterleri hem nötr hem de yüklü siklik konjuge bileşikler için geçerlidir, bu nedenle aromatik bileşikler örneğin:

siklopropenilin furan katyonu.

Benzen ve diğer aromatik bileşikler için, döngüdeki karbon atomlarında hidrojen atomlarının yer değiştirme reaksiyonları en karakteristiktir ve döngüdeki π-bağındaki ekleme reaksiyonları daha az karakteristiktir.

Fiziksel özellikler.

Benzen ve homologları, renksiz sıvılar ve kendine özgü bir kokuya sahip kristal maddelerdir. Sudan daha hafiftirler ve içinde az çözünürler. Polar olmayan benzen (μ = 0), alkilbenzenler -

polar bileşikler (μ ≠ 0).

Kimyasal özellikler.

Elektrofilik ikame. Arenler için en karakteristik dönüşüm elektrofilik ikamedir - S E. Reaksiyon, bir ara σ-kompleksinin oluşumu ile iki aşamada ilerler:

Reaksiyon koşulları: sıcaklık 60-80 0 С, katalizörler - Lews asitleri veya mineral asitleri.

Tipik S E - reaksiyonlar:

a) halojenasyon(Cl 2, Br 2):

b) nitrasyon:

v) sülfonasyon(H 2 SO 4, SO 3, oleum) :

d) Friedel-Crafts alkilasyonu (1877)(RHal, ROH, alkenler) :

e) Friedel-Crafts alkilasyonu(halojenürler, anhidritler karboksilik asitler):

Benzen homologlarında, yan radikalin (+ I-etkisi, elektron donör grubu) etkisinin bir sonucu olarak, benzen halkasının π-elektron yoğunluğu, 2,4,6-pozisyonlarında artan, eşit olmayan bir şekilde dağıtılır. Bu nedenle, S E reaksiyonları bir yönde ilerler (2,4,6- veya Ö- ve P- hükümler). Benzen ile karşılaştırıldığında benzenin homologları bu tip reaksiyonlarda daha fazla reaktivite sergiler.

toluen P-klorotoluen Ö-klorotoluen

Alkilbenzenlerde yan radikal reaksiyonlar (radikal ikame -S r ve oksidasyon).

Radikal yer değiştirme reaksiyonları, doymuş hidrokarbonlarda olduğu gibi bir zincir mekanizması ile ilerler ve başlama, büyüme ve zincir sonlandırma aşamalarını içerir. Klorlama reaksiyonu yönsüz bir şekilde ilerler, brominasyon reaksiyonu bölgesel seçicidir - hidrojenin değiştirilmesi a-karbon atomunda gerçekleşir.

Alkilbenzenlerde, yan zincir, karboksilik asitler oluşturmak üzere potasyum permanganat, potasyum dikromat tarafından oksitlenir. Yan zincirin uzunluğundan bağımsız olarak, benzen halkası (a-karbon veya benzil karbon atomu) ile ilişkili karbon atomu oksitlenir, karbon atomlarının geri kalanı CO2 veya karboksilik asitlere oksitlenir.

etilbenzen benzoik asit

P-metiletilbenzen tereftalik asit

Aromatik sistemin bozulması ile benzenin reaksiyonları.

Aromatik hidrokarbonlar güçlü bir döngüye sahiptir, bu nedenle aromatik sistemin ihlali (oksidasyon, radikal ekleme) ile reaksiyonlar zorlu koşullar altında (yüksek sıcaklıklar, güçlü oksidanlar) ilerler.

a) radikal ekleme:

1. hidrojenasyon

toluen sikloheksan

2. klorlama

benzen 1,2,3,4,5,6-heksaklorosikloheksan (heksakloran).

Bu reaksiyonun ürünü, uzaysal izomerlerin bir karışımıdır.

Aromatik bileşiklerde elektrofilik yer değiştirmenin oryantasyonu. Benzen halkasındaki sübstitüentler, yönlendirici etkilerine göre iki tipe ayrılır: orto-, çift-orientantlar (1. türden ikameler) ve meta-yönlendiriciler (2. türden ikameler).

1. tür sübstitüentler, halkanın elektron yoğunluğunu artıran, elektrofilik sübstitüsyon reaksiyonunun hızını artıran ve bu reaksiyonlarda benzen halkasını aktive eden elektron veren gruplardır:

D (+ I-etkisi): - R, -CH2OH, -CH2NH2, vb.

D (-I, + M-etkileri): -NH2, -OH, -OR, -NR2, -SH, vb.

İkinci tür ikameler - halkanın elektron yoğunluğunu azaltan elektron çeken gruplar, elektrofilik ikame reaksiyonunun hızını azaltır ve bu reaksiyonlarda benzen halkasını devre dışı bırakır:

A (-I-etkisi): -SO3H, -CF3, -CCl3, vb.

A (-I, -M -etkisi): -HC = O, -COOH, -NO2, vb.

Halojen atomları bir ara pozisyonda yer alırlar - halkanın elektron yoğunluğunu düşürürler, elektrofilik yer değiştirme reaksiyonunun hızını düşürürler ve bu reaksiyonlarda benzen halkasını devre dışı bırakırlar, ancak bu Ö-,P-oryanlar.

Benzen halkasında iki ikame varsa, yönlendirme etkileri çakışabilir ( tutarlı yönlendirme) veya eşleşmiyor ( tutarsız yönelim). Elektrofilik ikame reaksiyonlarında, tutarlı bir yönelime sahip bileşikler, daha az sayıda izomer oluşturur; ikinci durumda, daha fazla sayıda izomerden oluşan bir karışım oluşur. Örneğin:

P- hidroksibenzoik asit m- hidroksibenzoik asit

(tutarlı yönlendirme) (tutarsız yönlendirme)

Polisiklik yoğunlaştırılmış aromatik hidrokarbonlar (naftalin, antrasen, fenantren, vb.) temelde benzene benzer, ancak aynı zamanda bazı farklılıkları vardır.

Uygulama:

1.aromatik hidrokarbonlar - boyaların, patlayıcıların, ilaçların, polimerlerin, yüzey aktif maddelerin, karboksilik asitlerin, aminlerin sentezi için hammaddeler;

2. Sıvı aromatik hidrokarbonlar, organik bileşikler için iyi çözücülerdir;

3. arenalar - yüksek oktanlı benzin üretimi için katkı maddeleri.

Bunu biliyor musun-1649'da Alman kimyager Johann Glauber ilk benzeni elde etti.

1825'te M. Faraday, bir lamba gazından bir hidrokarbon izole etti ve bileşimini oluşturdu - C6H6.

1830'da Justus Liebig, ortaya çıkan bileşiği benzen olarak adlandırdı (Arapça Ven-aroma + zoa-meyve suyu + Latince ol-yağdan).

1837'de Auguste Laurent, benzen radikalini C6H5 - fenil (Yunanca fenix-ışıktan) olarak adlandırdı.

1865'te Alman organik kimyager Friedrich August Kekule, altı üyeli bir döngüde değişen çift ve tekli bağlara sahip benzen için bir formül önerdi.

1865-70'lerde V. Kerner, iki ikame edicinin göreli konumunu belirtmek için öneklerin kullanılmasını önerdi: konum 1,2 - orto(ortos - düz); 1,3- meta(meta - sonra) ve 1,4- çift(para tam tersidir).

Aromatik hidrokarbonlar, böbrekler ve karaciğer gibi bazı organlarda zehirlenmeye ve hasara neden olan oldukça toksik maddelerdir.

Bazı aromatik hidrokarbonlar kanserojendir (kansere neden olan maddeler), örneğin benzen (lösemiye neden olur), en güçlülerinden biri benzopirendir (tütün dumanında bulunur).