Ароматические углеводороды (арены). Тема 3

1. Тема 3

Ароматические углеводороды
(арены)

2.

3.

Бензольное кольцо = простейший арен - бензол – С6Н6
Качественная реакция на кратные связи – обесцвечивание бромной воды
и разбавленного щелочного раствора KMnO4
Физическими методами установлено, что все С-С связи бензольного кольца
имеют одинаковую длину 0,140 нм,
т.е. нет ни двойных (0,134) ни одинарных (0,154) связей, а есть что-то
среднее между ними

4.

Строение бензольного кольца
Каждый атом «С» образует три
-связи: (2 С-С и 1 С-Н)
Четвёртый негибридизированный
р-электрон каждого атома С
расположен перпендикулярно
плоскости -связей и
эти электроны перерываются друг с
другом над и под плоскостью С-С
связей и образуют единую
сопряжённую -систему, состоящую
из шести р-электронов С.

5.

Сочетание шести -связей с единой -системой кольца,
называется ароматической связью.
Цикл из шести атомов углерода, связанных
ароматической связью, называется бензольным
кольцом или ядром

6.

7.

Многоядерные арены

8.

Одноядерные ароматические соединения
Гомологический ряд

9.

Изомерия

10.

11.

12.

Химические свойства бензола
Ароматическая связь определяет свойства бензола.
6 -электронная система является более устойчивой, чем обычные
2-х электронные -связи.
Поэтому наиболее характерной реакцией для бензола является
реакция замещения и менее характерной - реакция
присоединения

13.

14.

Реакции присоединения

15.

Правила ориентации в бензольном кольце
Важнейшим фактором, определяющим химические свойства молекулы,
является распределение в ней электронной плотности.
Характер распределения ē плотности зависит от взаимного влияния атомов.
В молекулах, имеющих только σ-связи, взаимное влияние атомов
осуществляется через индуктивный эффект (I-эффект).
В молекулах, представляющих собой -сопряженные системы, проявляется
действие мезомерного эффекта (М-эффект). Влияние заместителей,
передающееся по сопряженной системе π -связей, называется мезомерным
эффектом (М-эффект).

16.

Положительный индуктивный эффект (+ I) проявляют
элементы менее электроотрицательные, чем C; группы с
отрицательным зарядом.

17.

–М-эффект - заместители,
содержащие
электроотрицательные атомы и
понижающие электронную
плотность в сопряженной системе:
>C=O, –COOH, –COOR, –C≡N, –NO2,
–SO3H и др.

18.

В молекуле бензола p -электронное облако распределено равномерно по
всем атомам углерода за счет сопряжения.
Введение первого заместителя в бензольное кольцо нарушает это
равномерное распределение и происходит перераспределение
электронной плотности в кольце.
Поэтому место присоединения второго заместителя к бензольному кольцу
определяется природой первого присоединенного заместителя.
Заместители подразделяют на две группы :
- электронодонорные (I рода)
- электроноакцепторные (II рода)
орто – «рядом», мета - «через», пара – «напротив»
Ориентанты I рода – орто-, пара положения в кольце
Ориентанты II рода – мета- положение в кольце

19.

Электронодонорные заместители проявляют повышают электронную
плотность в сопряженной системе и проявляют +М- и +I эффекты.
Гидроксильная группа —ОН, аминогруппа —NН2.
Неподеленная пара электронов в этих группах вступает в общее
сопряжение с p -электронной системой бензольного кольца и увеличивает
длину сопряженной системы. В результате электронная плотность
сосредоточивается в орто- и пара-положениях:

20.

Электроноакцепторные заместители проявляют -М-эффект и снижают
электронную плотность в сопряженной системе.
Нитрогруппа –NO2, карбоксильная —СООН группы.
Эти заместители образуют с бензольным кольцом общую
сопряженную систему, но общее электронное облако смещается в сторону
этих групп.
Таким образом, общая электронная плотность в кольце уменьшается, причем
меньше всего она уменьшается в мета-положениях:

21.

Помимо ориентирующего действия, заместители оказывают
влияние и на реакционную способность бензольного кольца:
- ориентанты 1-го рода (кроме галогенов) облегчают
вступление второго заместителя;
- ориентанты 2-го рода (и галогены) затрудняют его.

22.

23.

Применение аренов:
1. ароматические углеводороды - сырье для синтеза красителей,
взрывчатых веществ, лекарственных препаратов, полимеров,
поверхностно-активных веществ, карбоновых кислот, аминов;
2. жидкие ароматические углеводороды хорошие растворители
органических соединений;
3. арены - добавки для получения высокооктановых бензинов.
Арены - высокотоксичные вещества, вызывают отравление и поражение
некоторых органов, например почек, печени.
Некоторые ароматические углеводороды - канцерогены (вещества,
вызывающие раковые заболевания), например бензол (вызывает
лейкемию), один из сильнейших - бензопирен (содержится в табачном
дыме).