Ароматични јаглеводороди– соединенија на јаглерод и водород, чија молекула содржи бензен прстен. Најважните претставници на ароматичните јаглеводороди се бензенот и неговите хомолози - производи од замена на еден или повеќе атоми на водород во молекула на бензен со остатоци од јаглеводород.

Структурата на молекулата на бензенот

Првото ароматично соединение, бензен, беше откриено во 1825 година од М. Фарадеј. Тоа беше инсталирано молекуларна формула– C 6 H 6. Ако го споредиме неговиот состав со составот заситен јаглеводород, кој содржи ист број на јаглеродни атоми - хексан (C 6 H 14), тогаш можете да видите дека бензенот содржи осум атоми на водород помалку. Како што е познато, појавата на повеќе врски и циклуси доведува до намалување на бројот на атоми на водород во молекулата на јаглеводород. Во 1865 година Ф. Кекуле го предложил структурна формулакако циклохексантирен - 1, 3, 5.

Така, молекулата одговара Формулата на Кекуле, содржи двојни врски, затоа, бензенот мора да биде незаситен, односно лесно да претрпи реакции на додавање: хидрогенизација, бромирање, хидратација итн.

Сепак, податоците од бројни експерименти покажаа дека бензенот влегува во реакции на додавање само во тешки услови (на високи температурии осветлување), е отпорен на оксидација. Најкарактеристичните реакции за него се реакции на супституција, затоа, бензенот е поблизок по карактер до маргиналните јаглеводороди.

Обидувајќи се да ги објаснат овие несогласувања, многу научници предложија различни опции за структурата на бензенот. Структурата на молекулата на бензен конечно беше потврдена со реакцијата на нејзиното формирање од ацетилен. Во реалноста, врските јаглерод-јаглерод во бензенот се еквивалентни, а нивните својства не се слични на оние на единечните или двојните врски.

Во моментов, бензенот се означува или со формулата Кекуле или со шестоаголник во кој е прикажан круг.

Значи, што е посебно во структурата на бензенот? Врз основа на податоците и пресметките на истражувачите, беше заклучено дека сите шест јаглеродни атоми се во состојба сп 2 -хибридизација и лежење во иста рамнина. Нехибридизиран стр-орбиталите на јаглеродните атоми кои сочинуваат двојни врски (формула Кекуле) се нормални на рамнината на прстенот и паралелни една на друга.

Тие се преклопуваат едни со други, формирајќи единствен π-систем. Така, системот на наизменични двојни врски прикажан во формулата на Кекуле е цикличен систем на конјугирани, преклопувачки врски. Овој систем се состои од два тороидални (како крофна) региони со густина на електрони кои лежат од двете страни на бензенскиот прстен. Значи, претставувајте го бензенот како правилен шестоаголниксо круг во центарот (π -систем) е пологичен отколку во форма на циклохексатриен-1,3,5.

Американскиот научник Л. Полинг предложи да се претстави бензенот во форма на две гранични структури кои се разликуваат во распределбата на густината на електроните и постојано се трансформираат една во друга, т.е. го сметаат за средно соединение, „во просек“ од две структури.

Мерењата на должината на врската ги потврдуваат овие претпоставки. Откриено е дека сите врски C-C во бензенот имаат иста должина (0,139 nm). Тие се малку пократки од сингл C-C врски(0,154 nm) и подолги од двојните (0,132 nm).

Постојат и соединенија чии молекули содржат неколку циклични структури.

Изомеризам и номенклатура

Бензенските хомолози се карактеризираат со изомеризам на положбата на неколку супституенти. Наједноставниот хомолог на бензен - толуен (метилбензен) - нема такви изомери; следниов хомолог е претставен како четири изомери:

Основата на името на ароматичен јаглеводород со мали супституенти е зборот бензен. Атомите во ароматичниот прстен се нумерирани од највисок до најнизок супституент:

Според старата номенклатура се нарекуваат позициите 2 и 6 ортопозиции, 4 - пар-, и 3 и 5 - мета-одредби.

Физички својства
Бензенот и неговите наједноставни хомолози се, во нормални услови, многу отровни течности со карактеристичен непријатен мирис. Тие слабо се раствораат во вода, но добро се раствораат во органски растворувачи.

Хемиски својства на бензенот

Реакции на замена. Ароматичните јаглеводороди се подложени на реакции на супституција.
1. Бромирање.Кога се реагира со бром во присуство на катализатор, железо бромид (ΙΙΙ), еден од атомите на водород во бензенскиот прстен може да се замени со атом на бром:

2. Нитрација на бензен и неговите хомолози. Кога ароматичен јаглеводород е во интеракција со азотна киселина во присуство на сулфурна киселина (мешавина од сулфурна и азотна киселина се нарекува мешавина за нитрација), водородниот атом се заменува со нитро група -NO2:

Со намалување на нитробензенот формиран во оваа реакција, се добива анилин, супстанца која се користи за добивање на анилински бои:

Оваа реакција е именувана по рускиот хемичар Зинин.
Реакции на додавање.Ароматичните соединенија, исто така, можат да подлежат на реакции на додавање на бензенскиот прстен. Во овој случај, се формираат циклохексан или неговите деривати.
1. Хидрогенизација. Каталитичката хидрогенизација на бензенот се случува на повисока температура од хидрогенизацијата на алкените:

2. Хлорирање.Реакцијата се јавува кога е осветлена со ултравиолетова светлина и е слободен радикал:

Хомолози на бензен

Составот на нивните молекули одговара на формулата C n H 2 n-6. Најблиските хомолози на бензенот се:

Сите хомолози на бензен по толуен имаат изомери. Изомеризмот може да се поврзе и со бројот и структурата на супституентот (1, 2), и со положбата на супституентот во бензенскиот прстен (2, 3, 4). Соединенија со општата формула C 8 H 10:

Според старата номенклатура што се користи за означување на релативната локација на два идентични или различни супституенти на бензенскиот прстен, се користат префиксите орто- (скратено o-) - супституентите се наоѓаат на соседните јаглеродни атоми, мета-(м-) – преку еден јаглероден атом и пар— (n-) – супституенти еден против друг.
Први членови хомологни сериибензенот е течност со специфичен мирис. Тие се полесни од водата. Тие се добри растворувачи.

Реагираат хомолози на бензен замени (бромирање, нитрација). Толуенот се оксидира со перманганат кога се загрева:

Бензенските хомолози се користат како растворувачи за производство на бои, производи за заштита на растенијата, пластика и лекови.

АРЕНИ (ароматични јаглеводороди)

Арени или ароматични јаглеводороди - Тоа се соединенија чии молекули содржат стабилни циклични групи на атоми (јадра на бензен) со затворен систем на конјугирани врски.

Зошто „Ароматично“? Бидејќи Некои од голем број супстанции имаат пријатен мирис. Меѓутоа, во денешно време концептот на „ароматичноста“ има сосема поинакво значење.

Ароматичноста на молекулата значи нејзина зголемена стабилност, поради делокализацијата на π-електроните во цикличниот систем.

Критериуми за ароматичноста на Арен:

1. Атоми на јаглерод во sp 2 -хибридизирана состојба формираат циклус.
2. Атомите на јаглеродот се подредени во еден авион(циклусот има рамна структура).

Затворен систем на конјугирани врски содржи

4n+2π електрони ( n– цел број).

R( +Јас); - О(+М,-Јас); - ИЛИ(+М,-Јас); - NH 2(+М,-Јас); - NR 2(+М,-Јас) Ефектот +M е посилен од ефектот -I во овие групи.

Ориентантите од првиот вид, зголемувајќи ја густината на електроните во бензенскиот прстен, ја зголемуваат неговата активност во реакциите на електрофилна супституција во споредба со несупституираниот бензен.

Посебно место меѓу ориентантите од првиот вид заземаат халогените кои изложуваатповлекување на електронисвојства:

-Ф (+ М<–I ), -Cl (+ М<–I ), -Бр (+ М<–I ).

Битие орто-пара-ориентанти, тие ја забавуваат електрофилната супституција. Причина - силна – Јас-ефектот на електронегативните халогени атоми, со што се намалува густината на електроните во прстенот.

Ориентанти од втор вид ( мета-ориентатори)директна последователна замена претежно на мета- позиција.
Тие вклучуваат повлекување на електронигрупи:

-НЕ 2 (-М, -Јас); -COOH (-М, -Јас); -CH=O (-М, -Јас); -SO3H (– Јас); -NH3+ (– Јас); -CCl 3 (– Јас).

Ориентантите од вториот вид ја намалуваат густината на електроните во бензенскиот прстен, особено во орто- И пар- одредби. Затоа, електрофилот ги напаѓа јаглеродните атоми не во овие позиции, туку во мета-положба каде што густината на електроните е малку поголема.
Пример:

Така, леснотијата на електрофилна замена за соединенијата (дадени како примери) се намалува по редослед:

Хемијата е многу фасцинантна наука. Таа ги проучува сите супстанции кои постојат во природата, а ги има огромен број. Тие се поделени на неоргански и органски. Во оваа статија ќе ги разгледаме ароматичните јаглеводороди, кои припаѓаат на последната група.

Што е тоа?

Станува збор за органски материи кои содржат едно или повеќе јадра на бензен - стабилни структури од шест јаглеродни атоми поврзани во многуаголник. Овие хемиски соединенија имаат специфичен мирис, како што може да се разбере од нивното име. Јаглеводородите од оваа група се класифицирани како циклични, за разлика од алканите, алкините итн.

Ароматични јаглеводороди. Бензен

Ова е наједноставното хемиско соединение од оваа група супстанции. Неговите молекули содржат шест јаглеродни атоми и исто толку водород. Сите други ароматични јаглеводороди се деривати на бензен и може да се добијат со негова употреба. Во нормални услови, оваа супстанца е во течна состојба, безбојна е, има специфичен сладок мирис и не се раствора во вода. Почнува да врие на температура од +80 Целзиусови степени, а замрзнува на +5.

Хемиски својства на бензен и други ароматични јаглеводороди

Првото нешто на кое треба да се обрне внимание е халогенација и нитрација.

Реакции на замена

Првиот од нив е халогенација. Во овој случај, за да се случи хемиската реакција, неопходно е да се користи катализатор, имено железо трихлорид. Така, ако на бензенот (C 6 H 6) додадеме хлор (Cl 2), добиваме хлоробензен (C 6 H 5 Cl) и водород хлорид (HCl), кој се ослободува како чист гас со лут мирис. Тоа е, како резултат на оваа реакција, еден атом на водород се заменува со атом на хлор. Истото може да се случи кога на бензенот се додаваат други халогени (јод, бром итн.). Втората реакција на супституција, нитрација, следи сличен принцип. Овде, концентриран раствор на сулфурна киселина делува како катализатор. За да се изврши овој вид хемиска реакција, неопходно е да се додаде нитратна киселина (HNO 3), исто така концентрирана, во бензен, што резултира со формирање на нитробензен (C 6 H 5 NO 2) и вода. Во овој случај, атомот на водород се заменува со група која се состои од атом на азот и два атоми на кислород.

Реакции на додавање

Ова е втор тип на хемиски интеракции во кои се способни да навлезат ароматичните јаглеводороди. Тие исто така постојат во два вида: халогенација и хидрогенизација. Првиот се јавува само во присуство на сончева енергија, која делува како катализатор. За да се спроведе оваа реакција, хлорот исто така мора да се додаде во бензенот, но во поголеми количини отколку за замена. Мора да има три хлори по молекула на бензен. Како резултат на тоа, добиваме хексахлороциклохексан (C 6 H 6 Cl 6), односно шест хлор исто така ќе се додадат на постојните атоми.

Хидрогенизацијата се јавува само во присуство на никел. За да го направите ова, треба да измешате бензен и водород (H2). Пропорциите се исти како и во претходната реакција. Како резултат на тоа, се формира циклохексан (C 6 H 12). Сите други ароматични јаглеводороди исто така можат да подлежат на ваков тип на реакција. Тие се јавуваат според истиот принцип како и кај бензенот, само со формирање на посложени супстанции.

Добивање хемикалии од оваа група

Да почнеме на ист начин со бензенот. Може да се добие со користење на реагенс како што е ацетилен (C 2 H 2). Од три молекули на дадена супстанција, под влијание на висока температура и катализатор, се формира една молекула од саканото хемиско соединение.

Исто така, бензенот и некои други ароматични јаглеводороди може да се извлечат од катран од јаглен, кој се формира при производство на металуршки кокс. Оние кои се добиваат на овој начин вклучуваат толуен, о-ксилен, м-ксилен, фенантрен, нафталин, антрацен, флуорен, хризен, дифенил и други. Покрај тоа, супстанциите од оваа група често се извлекуваат од нафтени продукти.

Како изгледаат различните хемиски соединенија од оваа класа?

Стирен е безбојна течност со пријатен мирис, малку растворлив во вода, точката на вриење е +145 степени Целзиусови. Нафталинот е кристална материја, исто така малку растворлива во вода, се топи на температура од +80 степени и врие на +217. Во нормални услови, антраценот е исто така претставен во форма на кристали, но повеќе не е безбоен, туку жолт по боја. Оваа супстанца е нерастворлива во вода или во органски растворувачи. Точка на топење - +216 степени Целзиусови, точка на вриење - +342. Фенантрен се појавува како сјајни кристали кои се раствораат само во органски растворувачи. Точка на топење - +101 степени, точка на вриење - +340 степени. Флуорен, како што имплицира името, е способен за флуоресценција. Овие, како и многу други супстанции од оваа група, се безбојни кристали, нерастворливи во вода. Точка на топење - +116, точка на вриење - +294.

Примени на ароматични јаглеводороди

Бензенот се користи како суровина во производството на бои. Се користи и во производството на експлозиви, пестициди и некои лекови. Стиренот се користи во производството на полистирен (пена) со полимеризација на почетниот материјал. Вториот е широко користен во градежништвото: како топлинско-звучно изолациски и електрично изолационен материјал. Нафталинот, како и бензенот, е вклучен во производството на пестициди, бои и лекови. Покрај тоа, се користи во хемиската индустрија за производство на многу органски соединенија. Антраценот се користи и во производството на бои. Флуоренот ја игра улогата на полимерен стабилизатор. Фенантрен, како и претходната супстанција и многу други ароматични јаглеводороди, е една од компонентите на боите. Толуенот е широко користен во хемиската индустрија за екстракција на органски материи, како и за производство на експлозиви.

Карактеристики и употреба на супстанции произведени со користење на ароматични јаглеводороди

Тие првенствено ги вклучуваат производите од разгледуваните хемиски реакции на бензенот. Хлоробензенот, на пример, е органски растворувач, кој исто така се користи во производството на фенол, пестициди и органски материи. Нитробензенот е компонента на металните лакови, се користи во производството на некои бои и вкусови и може да дејствува како растворувач и оксидирачки агенс. Хексахлороциклохексан се користи како отров за контрола на штетници од инсекти и во хемиската индустрија. Циклохексан се користи во производството на бои и лакови, во производството на многу органски соединенија и во фармацевтската индустрија.

Заклучок

По читањето на овој напис, можеме да заклучиме дека сите ароматични јаглеводороди имаат иста хемиска структура, што им овозможува да се комбинираат во една класа на соединенија. Покрај тоа, нивните физички и хемиски својства се исто така доста слични. Изгледот, точките на вриење и топење на сите хемикалии во оваа група не се многу различни. Многу ароматични јаглеводороди ја наоѓаат својата употреба во истите индустрии. Супстанциите што можат да се добијат преку реакции на халогенација, нитрација и хидрогенизација исто така имаат слични својства и се користат за слични цели.

1. Класификација на ароматични јаглеводороди.

2. Хомологни серии на моноциклични арени, номенклатура, подготовка.

3. Изомеризам, структура на бензенот и неговите хомолози.

4. Својства на арените.

Арените се циклични јаглеводороди богати со јаглерод кои содржат бензен прстен во молекулата и имаат посебни физички и хемиски својства. Арените, врз основа на бројот на бензенските прстени во молекулата и начинот на поврзување на прстените, се делат на моноциклични (бензен и неговите хомолози) и полициклични (со кондензирани и изолирани прстени) соединенија.

Арените од серијата на бензен може да се сметаат како производи на замена на атомите на водород во молекулата на бензен со алкилни радикали. Општата формула на таквите арени е CnH 2 n- 6. Името на моносупституираните арени го означува името на радикалот и прстенот (бензен):

бензен метилбензен (толуен) етилбензен.

Во повеќе заменети арени, позицијата на радикалите е означена со најмали броеви во дисупституирани арени, позицијата на радикалите се нарекува: 1,2 - орто (; о-)-, 1,3 - мета ( м-)- и 1,4 - пар ( n-)-:

1,3-диметилбензен 1,2-метилетилбензен

м-диметилбензен ( м-ксилен) О-метилетилбензен ( О-ксилен)

Тривијалните имиња се вообичаени за арените (некои имиња се во загради).

Да се ​​биде во природа.

Ароматичните јаглеводороди се наоѓаат во растителни смоли и мелеми. Фенантрен, во делумно или целосно хидрогенизирана форма, се наоѓа во структурите на многу природни соединенија, како што се стероидите и алкалоидите.

Добивање арени:

1. сува дестилација на јаглен;

2. дехидрогенизација на циклоалканите

3. дехидроциклизација на алканите со 6 или повеќе јаглеродни атоми во составот

4. алкилирање

Изомеризам.Бензенските хомолози се карактеризираат со структурен изомеризам: различни структури на јаглеродниот скелет на страничниот радикал и различен состав и распоред на радикалите во бензенскиот прстен. На пример, изомери на ароматични јаглеводороди со состав C 9 H 12 (пропилбензен, изопропилбензен, о-метилетилбензен и 1,2,4-триметилбензен):

Структура.Ароматичните јаглеводороди имаат голем број карактеристики во електронската структура на нивните молекули.

Структурната формула на бензен за прв пат беше предложена од А. Кекуле. Тоа е шестчлен прстен со наизменични двојни и единечни врски, при што двојните врски се движат наоколу во структурата:

Во двете формули, јаглеродот е четиривалентен, сите јаглеродни атоми се еквивалентни, а диссупституираниот бензен постои во форма на три изомери ( орто-, мета-, пар-). Сепак, оваа структура на бензен противречи на неговите својства: бензенот не влезе во реакциите на додавање (на пример, бром) и оксидацијата (на пример, со калиум перманганат) карактеристични за незаситените јаглеводороди, главниот тип на хемикалија трансформацијата е реакции на замена.

Современиот пристап за опишување на електронската структура на бензенот ја решава оваа противречност на следниов начин. Јаглеродните атоми во молекулата на бензенот се во хибридизација sp 2. Секој од атомите на јаглерод формира три ковалентни σ врски - 2 врски со соседните јаглеродни атоми (sp 2 -sp 2 - орбитално преклопување) и една со атом на водород (sp 2 -s - орбитално преклопување). Поради страничното преклопување, нехибридизираните p-орбитали формираат п-електронски конјугиран систем (π,π-конјугација) кој содржи шест електрони. Бензенот е рамен правилен шестоаголник со должина на јаглерод-јаглеродна врска од 0,14 nm, јаглерод-водородна врска од 0,11 nm и агли на врска од 120 0:

Молекулата на бензенот е постабилна од цикличните соединенија со изолирани двојни врски, затоа бензенот и неговите хомолози се склони кон реакции на супституција (бензенскиот прстен се задржува) наместо додавање и оксидација.

Други циклични соединенија, исто така, покажуваат сличност во структурата и својствата (ароматичноста) со бензенот. Критериуми за ароматичност (E. Hückel, 1931):

а) рамна циклична структура, т.е. атомите што го формираат циклусот се во сп 2 хибридизација; б) поврзан електронски систем; в) бројот на електрони (N) во прстенот е 4n+2, каде што n е која било цел број - 0,1,2,3 итн.

Критериумите за ароматичноста важат и за неутралните и за наелектризираните циклични конјугирани соединенија, така што ароматичните соединенија би биле, на пример:

фуран катјон на циклопропенил.

За бензен и други ароматични соединенијаНајтипични реакции се замена на атоми на водород со јаглеродни атоми во прстенот и помалку типични реакции се реакциите на додавање на π врската во прстенот.

Физички својства.

Бензенот и неговите хомолози се безбојни течности и кристални материи со посебен мирис. Тие се полесни од водата и не се раствораат добро во неа. Бензенот е неполарна соединение (μ=0), алкилбензените -

поларни соединенија (μ≠0).

Хемиски својства.

Електрофилна замена.Најкарактеристична трансформација за арените е електрофилната супституција - S E. Реакцијата се одвива во две фази со формирање на среден σ-комплекс:

Услови на реакција: температура 60-80 0 C, катализатори - Lews киселини или минерални киселини.

Типични S E - реакции:

а) халогенација(Cl 2, Br 2):

б) нитрација:

В) сулфонација(H 2 SO 4, SO 3, олеум) :

г) алкилација според Friedel-Crafts (1877)(RNal, ROH, алкени) :

д) алкилација според Friedel-Crafts(киселински халиди, анхидриди на карбоксилна киселина) :

Кај бензенските хомолози, како резултат на влијанието на страничниот радикал (+I-ефект, група која дарува електрони), густината на π-електронот на бензенскиот прстен е нерамномерно распоредена, зголемувајќи се во позициите 2,4,6. Затоа, S E реакциите се одвиваат во насока (во 2,4,6- или О-И p-одредби). Хомолозите на бензенот, во споредба со бензенот, покажуваат поголема реактивност во реакциите од овој тип.

толуен n-хлоротолуен О-хлоротолуен

Реакции на страничните радикали во алкилбензените (радикална супституција -С Р и оксидација).

Реакциите на радикална супституција продолжуваат, како кај заситените јаглеводороди, со механизам на верига и ги вклучуваат фазите на започнување, раст и завршување на синџирот. Реакцијата на хлорирање се одвива ненасочно, реакцијата на бромирање е региоселективна - замената на водородот се јавува кај α-јаглеродниот атом.

Во алкилбензените, страничниот ланец се оксидира со калиум перманганат и калиум дихромат за да се формираат карбоксилни киселини. Без оглед на должината на страничниот синџир, јаглеродниот атом поврзан со бензенскиот прстен (α-јаглероден или бензил јаглероден атом) се оксидира, а преостанатите јаглеродни атоми се оксидираат до CO 2 или карбоксилни киселини.

етилбензен бензоева киселина

n-метилетилбензен терефтална киселина

Реакции на бензен со нарушување на ароматичниот систем.

Ароматичните јаглеводороди имаат силен циклус, така што реакциите кои го нарушуваат ароматичниот систем (оксидација, радикално додавање) се случуваат во тешки услови (високи температури, силни оксидирачки агенси).

а) радикално пристапување:

1. хидрогенизација

толуен циклохексан

2. хлорирање

бензен 1,2,3,4,5,6-хексахлороциклохексан (хексахлоран).

Производот на оваа реакција е мешавина од просторни изомери.

Ориентација на електрофилна супституција во ароматични соединенија.Супституентите на бензенскиот прстен се поделени на два вида според нивното ориентирачко влијание: орто-, пар-ориентатори (супституенти од 1-ви вид) и мета-ориентанти (супституенти од втор вид).

Супституентите од првиот вид се групи кои донираат електрони кои ја зголемуваат електронската густина на прстенот, ја зголемуваат брзината на реакцијата на електрофилна супституција и го активираат бензенскиот прстен во овие реакции:

D(+I-ефект): - R, -CH2OH, -CH2NH2 итн.

D(-I,+M-ефекти): -NH2, -OH, -OR, -NR2, -SH, итн.

Супституентите од вториот вид се групи кои повлекуваат електрони кои ја намалуваат електронската густина на прстенот, ја намалуваат брзината на реакцијата на електрофилна супституција и го деактивираат бензенскиот прстен во овие реакции:

A (-I-ефект): -SO 3 H, -CF 3, -CCl 3, итн.

A (-I, -M -ефект): -HC=O, -COOH, -NO 2 итн.

Халогените атоми заземаат средна положба - ја намалуваат електронската густина на прстенот, ја намалуваат брзината на реакцијата на електрофилна супституција и го деактивираат бензенскиот прстен во овие реакции, но ова О-,n-ориентатори.

Ако има два супституенти на бензенскиот прстен, тогаш нивното ориентирачко дејство може да се совпадне ( конзистентна ориентација) или не се совпаѓаат ( неконзистентна ориентација). Во реакциите на електрофилна супституција, соединенијата со координирана ориентација формираат помал број на изомери, во вториот случај се формира мешавина од поголем број изомери. На пример:

n- хидроксибензоева киселина м- хидроксибензоева киселина

(конзистентна ориентација) (неконзистентна ориентација)

Полицикличните кондензирани ароматични јаглеводороди (нафтален, антрацен, фенантрен, итн.) се во основа слични по својства со бензенот, но во исто време имаат и одредени разлики.

Апликација:

1. ароматични јаглеводороди - суровини за синтеза на бои, експлозиви, лекови, полимери, сурфактанти, карбоксилни киселини, амини;

2. течните ароматични јаглеводороди се добри растворувачи на органски соединенија;

3. арени - адитиви за производство на високооктански бензин.

Дали сте го знаеле тоа-Во 1649 година германскиот хемичар Јохан Глаубер првпат добил бензен.

Во 1825 година, М. Фарадеј изолирал јаглеводород од осветлувачки гас и го утврдил неговиот состав - C 6 H 6.

Во 1830 година, Јустус Либиг го нарекол добиеното соединение бензен (од арапски: Бен-арома + сок од зоа + латински: ол-масло).

Во 1837 година, Огист Лоран го нарекол бензен радикалот C 6 H 5 - фенил (од грчкиот феникс - за осветлување).

Во 1865 година, германскиот органски хемичар Фридрих Август Кекуле предложи формула за бензен со наизменични двојни и единечни врски во шестчлен прстен.

Во 1865-70-тите, В. Кернер предложи да се користат префикси за да се означи релативната позиција на два супституенти: позиција 1,2 - орто-(ортос - директно);1,3- мета(мета - после) и 1,4- пар(пара - спротивно).

Ароматичните јаглеводороди се високо токсични материи кои предизвикуваат труење и оштетување на некои органи, како што се бубрезите и црниот дроб.

Некои ароматични јаглеводороди се канцерогени (супстанции кои предизвикуваат рак), на пример бензен (предизвикува леукемија), еден од најсилните е бензопиренот (се наоѓа во чадот од тутунот).

Ароматичните хемиски соединенија или арените се голема група на карбоциклични соединенија чии молекули содржат стабилен прстен од шест јаглеродни атоми. Се нарекува „бензен прстен“ и е одговорен за посебните физички и хемиски својства на арените.

Ароматичните јаглеводороди првенствено вклучуваат бензен и сите негови хомолози и деривати.

Молекулите на Арен може да содржат неколку бензенски прстени. Таквите соединенија се нарекуваат полинуклеарни ароматични соединенија. На пример, нафталинот е добро познат лек за заштита на производите од волна од молци.

Бензен

Овој наједноставен претставник на арените се состои само од бензен прстен. Неговата молекуларна формула е C6X6. Структурната формула на молекулата на бензен најчесто е претставена со цикличната форма предложена од А. Кекуле во 1865 година.

Предноста на оваа формула е што точно го одразува составот и еквивалентноста на сите атоми C и H во прстенот. Сепак, не можеше да објасни многу од хемиските својства на арените, така што изјавата за присуството на три конјугирани C=C двојни врски е погрешна. Ова стана познато само со појавата на модерната теорија за поврзување.

Во меѓувреме, денес формулата за бензен често се пишува на начин предложен од Кекуле. Прво, погодно е да се користи за пишување равенки на хемиски реакции. Второ, современите хемичари во него гледаат само симбол, а не вистинска структура. Структурата на молекулата на бензенот денес се пренесува со различни видови структурни формули.

Структура на бензенскиот прстен

Главната карактеристика на бензенскиот прстен е отсуството на единечни и двојни врски во него во традиционална смисла. Во согласност со современите концепти, молекулата на бензен се појавува како рамен шестоаголник со должина на страните еднакви на 0,140 nm. Излегува дека должината на врската C-C во бензенот е средна вредност помеѓу единечна (неговата должина е 0,154 nm) и двојна (0,134 nm). Врските C–H исто така лежат во истата рамнина, формирајќи агол од 120° со рабовите на шестоаголникот.

Секој атом C во структурата на бензенот е во хибридна состојба sp2. Тој е поврзан преку неговите три хибридни орбитали со два атома C лоцирани во соседството и еден атом H, односно формира три s-врски. Друга, но веќе нехибридизирана, 2p орбитала се преклопува со истите орбитали на соседните атоми C (десно и лево). Нејзината оска е нормална на рамнината на прстенот, што значи дека орбиталите се преклопуваат над и под него. Во овој случај, се формира заеднички затворен π-електронски систем. Поради подеднаквото преклопување на орбиталите 2p на шесте атоми C, се јавува еден вид „изедначување“ на врските C-C и C=C.

Резултатот од овој процес е сличноста на таквите „еден и пол“ врски и со двојни и со единечни врски. Ова го објаснува фактот дека арените покажуваат хемиски својства карактеристични и за алканите и за алкените.

Енергијата на врската јаглерод-јаглерод во бензенскиот прстен е 490 kJ/mol. Што е и просекот помеѓу енергиите на единечна и повеќекратна двојна врска.

Номенклатура на арената

Основата за имињата на ароматичните јаглеводороди е бензен. Атомите во прстенот се нумерирани од највисокиот супституент. Ако супституентите се еквивалентни, тогаш нумерирањето се врши по најкратката патека.

За многу бензен хомолози, често се користат тривијални имиња: стирен, толуен, ксилен, итн. За да се одрази релативната положба на супституентите, вообичаено е да се користат префиксите орто-, мета-, пара-.

Ако молекулата содржи функционални групи, на пример, карбонил или карбоксил, тогаш молекулата арен се смета за ароматичен радикал поврзан со неа. На пример, -C6H5 е фенил, -C6H4 е фенилен, C6H5-CH2- е бензил.

Физички својства

Првите претставници во хомологната серија на бензен се безбојни течности со специфичен мирис. Нивната тежина е полесна од водата, во која практично се нерастворливи, но добро се раствораат во повеќето органски растворувачи.

Сите ароматични јаглеводороди горат со зачаден пламен, што се објаснува со високата содржина на С во молекулите. Нивните точки на топење и вриење се зголемуваат со зголемување на молекуларната тежина во хомологната серија на бензен.

Хемиски својства на бензенот

Од различните хемиски својства на арените, одделно треба да се споменат реакциите на супституција. Исто така, многу значајни се некои реакции на додавање кои се случуваат под посебни услови и процеси на оксидација.

Реакции на замена

Доста мобилни π-електрони на бензенскиот прстен се способни да реагираат многу активно со напад на електрофили. Оваа електрофилна замена го вклучува самиот бензенски прстен во бензен и поврзаниот јаглеводороден синџир во неговите хомолози. Механизмот на овој процес е проучен во некои детали од органската хемија. Хемиските својства на арените поврзани со електрофилниот напад се случуваат низ три фази.

• Прва фаза. Појавата на π-комплексот се должи на врзувањето на π-електронскиот систем на бензенскиот прстен за честичката X+, која се врзува за шест π-електрони.

• Втора фаза. Преминот на π-комплексот во s, предизвикан од ослободувањето на пар од шест π-електрони за да се формира ковалентна C-X врска. А останатите четири се прераспределени помеѓу петте атоми C во бензенскиот прстен.
• Трета фаза. Придружено со брза апстракција на протон од s-комплексот.

Бромирањето на бензен во присуство на железо или алуминиум бромиди без загревање доведува до производство на бромобензен:

C6Η6+ Br2 -> C6Η5-Br + ΗBr.

Нитрацијата со мешавина од азотни и сулфурни киселини доведува до производство на соединенија со нитро група во прстенот:

C6Η6+ ΗONO2 -> C6Η5-NO2+ Η2O.

Сулфонацијата се изведува со бисулфониум јон формиран како резултат на реакцијата:

3Η2SO4 ⇄ SO3Η++ Η3O++ 2ΗSO4-,

или сулфур триоксид.

Реакцијата што одговара на ова хемиско својство на арените е:

C6H6+ SO3H+ -> C6H5-SO3H + H+.

Реакциите на супституција на алкил и ацил, или реакции на Фридел-Крафтс, се изведуваат во присуство на безводен AlCl3.

Овие реакции се малку веројатни за бензенот и се јавуваат со тешкотии. Додавање на водородни халиди и вода во бензен не се случува. Сепак, при многу високи температури во присуство на платина, можна е реакција на хидрогенизација:

C6H6 + 3H2 -> C6H12.

Кога се озрачени со ултравиолетова светлина, молекулите на хлор можат да се приклучат на молекулата на бензен:

С6Η6 + 3Cl2 -> C6Η6Cl6.

Реакции на оксидација

Бензенот е многу отпорен на оксидирачки агенси. Така, не го обезбојува розовиот раствор на калиум перманганат. Меѓутоа, во присуство на ванадиум оксид, тој може да се оксидира со атмосферски кислород до малеинска киселина:

C6H6 + 4O -> COOΗ-CΗ = CΗ-COOΗ.

Во воздухот, бензенот гори со појава на саѓи:

2C6Η6 + 3O2 → 12C + 6Η2O.

Хемиски својства на арените

1. Замена.

• Халогенацијата може да се случи на различни начини во зависност од условите на реакцијата. Во присуство на соодветен железо или алуминиум халид, ќе се случи замена во прстенот според механизмот опишан погоре. За да се внесе атом на халоген во страничниот ланец, реакцијата се изведува со загревање без катализатори или на светлина.
• Нитрација на ароматични јаглеводороди со нитрониум јон, кој се формира со мешање на сулфур и азотна киселина, доведува до поврзување на нитро групата со бензенскиот прстен. Поврзувањето на нитро групата со страничниот ланец е можно при спроведување на реакцијата на Коновалов. 2. Оксидација. Ова хемиско својство на арените може да се разгледа од две гледни точки. Од една страна, тие лесно се оксидираат, а страничниот ланец е изложен на формирање на карбоксилна група. Ако два супституенти се поврзат со прстен во ароматична јаглеводородна молекула, се формира двобазна киселина. Од друга страна, тие, како бензен, горат со формирање на саѓи и вода.

Правила за ориентација

Која положба (o-, m- или p-) супституентот ќе ја заземе за време на интеракцијата на електрофилното средство со бензенскиот прстен се определува со следниве правила:

• ако веќе има некаков супституент во бензенскиот прстен, тогаш токму овој супституент ја насочува дојдовната група кон одредена позиција;
• сите ориентациони супституенти се поделени во две групи: ориентантите од првиот вид ја насочуваат влезната група на атоми кон орто- и пара-позиции (-NH2, -OH, -CH3, -C2H5, халогени); ориентантите од вториот вид ги насочуваат дојдовните супституенти во мета положбата (-NO2, -SO3H, -COHO, -COOH).

Ориентациите се наведени овде по редослед на намалување на насочената сила.

Вреди да се напомене дека оваа поделба на групните супституенти е условена, поради фактот што во повеќето реакции се забележува формирање на сите три изомери. Ориентантите влијаат само кој од изомерите ќе се добие во поголеми количини.

Добивање арени

Главните извори на арените се сува дестилација на јаглен и рафинирање на нафта. Јаглениот катран содржи огромна количина на сите видови ароматични јаглеводороди. Некои видови масло содржат до 60% арени, кои лесно може да се изолираат со едноставна дестилација, пиролиза или пукање.

Методите на синтетичка подготовка и хемиските својства на арените често се меѓусебно поврзани. Бензенот, како и неговите хомолози, се добива на еден од следниве начини.

1. Реформа на нафтените деривати. Дехидрогенизацијата на алканите е најважниот индустриски метод за синтеза на бензен и многу негови хомолози. Реакцијата се изведува со поминување на гасови преку загреан катализатор (Pt, Cr2O3, Mo и V оксиди) на t = 350–450 oC:

C6H14 -> C6H6 + 4H2.

2. Реакција Вурц-Фитиг. Се изведува низ фазата на добивање органометални соединенија. Како резултат на реакцијата, може да се добијат неколку производи.

3. Тримеризација на ацетилен. Самиот ацетилен, како и неговите хомолози, е способен да формира арени кога се загрева со катализатор:

3С2Η2 -> С6Х6.

4. Реакција на Friedel–Crafts. Веќе е дискутирано погоре во хемиски својстваарен метод за добивање и претворање на бензен хомолози.

5. Подготовка од соодветните соли. Бензенот може да се изолира со дестилирање на соли на бензоева киселина со алкали:

C6Η5-COONa + NaOΗ -> C6Η6 + Na2CO3.

6. Намалување на кетони:

C6Η5–CO–CΗ3 + Zn + 2ΗCl -> C6Η5–CΗ2–CΗ3 + Η2O + ZnCl2;

CΗ3–C6Η5–CO–CΗ3+ NΗ2–NΗ2 -> CΗ3–C6Η5–CΗ2–CΗ3+ Η2O.

Примена на арени

Хемиските својства и областите на примена на арените се директно поврзани, бидејќи најголемиот дел од ароматичните соединенија се користат за понатамошна синтеза во хемиското производство и не се користат во готова форма. Исклучок се супстанциите што се користат како растворувачи.

Бензенот C6H6 се користи главно во синтезата на етилбензен, кумен и циклохексан. На негова основа се добиваат меѓупроизводи за производство на различни полимери: гуми, пластика, влакна, бои, сурфактанти, инсектициди и лекови.

Толуенот C6H5-CH3 се користи во производството на бои, лекови и експлозиви.

Ксилените C6H4(CH3)2 во мешана форма (технички ксилен) се користат како растворувач или почетен материјал за синтеза на органски материи.

Изопропилбензен (или кумен) C6H4-CH(CH3)2 е почетниот реагенс за синтеза на фенол и ацетон.

Винилбензен (стирен) C6H5-CH=CH2 е суровина за производство на најважниот полимерен материјал - полистирен.