Názov prezentácie: Arény
Typ súboru: Prezentácia PPTX
Zaslal(a): Patrik
Obsah:
Jedná sa o stručné zhrnutie časti organická chémia – Arény. Určite ich každý poznáme pod pojmom aromatické uhľovodíky, pričom slovo „aromatické“ neznamená, že majú nejakú vôňu (nie všetky). Práve toto a veľa ďalšieho sa dozviete v mojej prezentácii. 🙂
Arény
Nazývame ich aj aromatické uhľovodíky,
cyklické zlúčeniny s konjugovaným systémom π väzieb,
obsahujú 1 alebo viac aromatických jadier (benzénových jadier),
väzby medzi uhlíkmi nie sú jednoduché ani dvojité, preto π sú delokalizované (rovnomerne rozmiestnené medzi všetkými 6 atómami uhlíka)
dĺžky väzby medzi všetkými atómami uhlíka je rovnaká = 0,139nm,
väzbový uhol je 120° a hybridizácia sp2 ,
Delokalizačná energia = Rozdiel energie štruktúry s lokalizovanými dvojitými väzbami a skutočnou energiou zlúčeniny.
(čím je táto energia väčšia, tým sú zlúčeniny stabilnejšie)
E cyklohex–1,2,3–trián – E benzén = 151kJ.mol-1
Podmienka aromatickosti
1)Molekula musí obsahovať aspoň 1 rovinný cyklus.
2)Nízka delokalizačná energia -> vysoká stabilita zlúčenín.
3)Dĺžka väzby 0,139 nm.
4)Huckelovo pravidlo = (4n+2)π elektrónov,
n=počet kruhov
5)Delokalizácia π elektrónov.
Príprava
Prírodný zdroj: čiernouhoľný decht
Syntézy
A.Wurtz-Fittigova: reakcia 2 molekúl halogénuhľovodíkov (jeden z halogénov musí byť viazaný na benzénové jadro) so sodíkom
B.Friedel-Craftsova syntéza: Alkylácia (akrylácia) arénov v prítomnosti AlCl3 ako katalyzátora. Alkylačné činidlo = halogénuhľovodík, alkohol alebo alkén.
Vlastnosti
Kvapalné skupenstvo majú – benzén, toluén, xylén,
pevné skupenstvo majú – naftalén, fenantrén, antracén,
nerozpustné vo vode,
v organických rozpúšťadlách sa rozpúšťajú veľmi dobre,
majú typický zápach,
sú jedovaté,
sú karcinogénne.
Rozdelenie arénov
1.Podľa počtu benzénových jadier
A.1 jadro = monocyklické arény
B.2 a viac jadier = polycyklické arény
Arény s izolovanými aromatickými jadrami
Arény, ktoré majú kondenzované aromatické jadrá:
Chemické reakcie
Typické reakcie sú substitučné elektrofilné
(π elektróny reagujú s elektrofilnými činidlami, aromatický charakter sa zachová)
5typov: Nitrácia, halogenácia, sulfonácia, akrylácia, acylácia (musíme si pripraviť elektrofilnú časticu)
Substituenty v molekulách derivátov uhľovodíkov spôsobujú elektrónové posuny – Indukčný efekt, ktorý sa týka posunu σ elektrónov a Mezomérny efekt, ktorý sa týka posunu π elektrónov.
Indukčný efekt
I efekt (záporný indukčný efekt) – spôsobujú ho atómy alebo skupiny atómov s elektroakceptornými účinkami (majú buď kladný náboj alebo veľkú elektronegativitu). Tieto substituenty priťahujú zo σ väzieb a spôsobujú znižovanie elektrónovej hustoty na uhlíkovom reťazci. Sú to substituenty ako napríklad halogény – F, Cl, I, Br, skupina NH2.
+ I efekt (kladný indukčný efekt) – spôsobujú ho atómy s nízkou elektronegativitou, takými sú napríklad kovy, alebo atómovými skupinami, ktoré odpudzujú elektróny, napríklad alkyly. Tým spôsobujú zvýšenie elektrónovej hustoty na uhlíkovom reťazci – σ väzby.
Mezomerný efekt
– M efekt (záporný mezomérny efekt) – je spôsobený atómami alebo skupinou atómov, ktoré majú elektrónový deficit a odčerpávajú π elektróny. Taktiež znižujú elektrónovú hustotu na násobných väzbách alebo na aromatickom systéme. Sem patrí napríklad: – NO2, – COOH.
+ M efekt (kladný mezomérny efekt) – spôsobujú ho atómy alebo skupina atómov, ktoré poskytujú systému neväzbové elektróny, a tým zvyšujú elektrónovú hustotu na uhlíku s násobnou väzbou alebo na aromatickom systéme. Sem patrí napríklad: – NH2.
Nitrácia
nitračná zmes elektrofilná častica
Nitrácia benzénu
nitrobenzén
Halogenácia
FeCl3, FeBr3, AlCl3 = Lewisové kyseliny (môžu prijať voľný elektrónový pár)
Chlorácia benzénu
chlórbenzén
Cl2 + FeCl3 -> Cl+ + [FeCl4]–
elektrofilná častica
Sulfonácia
H2SO4 + H2SO4 -> HSO4- + H20 + SO3H+
elektrofilná častica
Sulfonácia benzénu
benzénsulfónová kyselina
Alkylácia
alkyl Karbatión (elektr.č.)
Alkylácia benzénu
Namiesto AlCl3 môžu byť aj napr. FeCl3
Acylácia
Elektrofilná častica => acylový katión
Chlorid kys. octovej acylový zvyšok
(acetylchlorid)
Acylácia benzénu
acylbenzén
Príklady arénov:
Benzén (C6H6)
Bezfarebný,
horľavý,
charakteristický zápach,
karcinogénny.
Využitie: rozpúšťadlo, výroba anorganických látok (nitrobenzén, styrén)
Toluén (metylbenzén)
Kvapalina podobná benzénu,
rozpúšťadlo,
oxidáciou vzniká kyselina benzoová.
Využitie: výroba umelého sladidla sacharínu, výbušnin TNT
Styrén (vinylbenzén)
Získava sa katalytickou dehydrogenáciou etylbenzénu.
Využitie: výroba polystyrénu a butadiénstyrenového kaučuku.
Kumén (izopropylbenzén)
Vzniká reakciou propylénu a benzénu.
Využitie: výroba fenolu a acetónu
Xylény (dimetylbenzén)
Rozpúšťadlo.
Využitie:
o-xylén = výroba anhydridu kys. ftalovej
p-xylén = výroba kys. tereftalovej
Naftalén
Biela kryštalická zlúčenina,
typický zápach,
ľahko sublimuje.
Využitie: Výroba farbív, kyseliny ftalovej.
Antracén
Bezfarebná kryštalická látka,
vo vode nerozpustný,
Rozpustný v rozpúšťadlách ako sírouhlík (CS2), alkoholy, toluén
Využitie: farbív, plastov, syntetických vlákien
Fenantrén
Využitie: Výroba farbív, výbušnín, syntéza liečiv.
Ďakujem za pozornosť.