Ароматические углеводороды

1. Ароматические углеводороды

(арены)
СnH2n-6, где n≥6

2. Строение молекул

• Sp2 -гибридизация;
• 120º - валентный угол;
• В основе – шестичленный цикл
(бензольное кольцо/ядро);
• Кольцевая ароматическая πсистема.

3. sp2-гибридизация

x
z
90о
y

4.

s-связи
в молекуле
бензола
(вид сверху,
p-связи не показаны)
120о

5.

s-связи
в формуле
бензола
(вид сверху,
p-связи не показаны)

6. p- связи в бензоле (водород не показан)

А) вид в ракурсе (сверху-сбоку)
Б) вид сверху

7.

формула бензола
s-связи
p-связи

8. Полные структурные формулы бензола

формула Кекуле
современная формула

9.

Сокращенные структурные формулы бензола
H
C
H
C
HC
CH
HC
CH
HC
CH
HC
CH
C
H
C
H
Безатомные формулы бензола
современная формула
формула Кекуле

10. Гомологи бензола

CH3
CH3
C
Толуол (метилбензол)
HC
CH
HC
CH
C
H
CH3
CH3
C
CH3
Ксилол (диметилбензол)
CH3
HC
C
HC
CH
C
H
Безатомные формулы
Сокращенные структурные формулы

11. Изомерия аренов

А) изомерия положения заместителей на бензольном кольце
CH3
C
С8Н10
HC
C
HC
CH
CH3
C
H
CH3
CH3
C
C
С8Н10
HC
CH
HC
C
C
H
С8Н10
CH3
HC
CH
HC
CH
C
CH3
1,2-диметилбензол
1,3-диметилбензол
(орто-ксилол)
(мета-ксилол)
1,4-диметилбензол
(пара-ксилол)

12. Б) изомерия количества заместителей

два заместителя
один заместитель
CH3
H
C
С8Н10
HC
C
HC
CH
C
H
H2
C
C
CH3
С8Н10
HC
CH
HC
CH
C
CH3
этилбензол
1,4-диметилбензол

13. В) изомерия заместителя

один
неразвлетвленный заместитель
один
разветвленный заместитель
CH3
H2
C
H
C
HC
HC
С9Н12
C
CH
C
H
пропилбензол
H
C
CH3
C
H2
HC
CH
С9Н12
C
HC
CH3
CH
C
H
изопропилбензол

14. Другие арены

дифенил
H
C
стирол
(винилбензол)
нафталин
CH2

15. Физические свойства аренов а) агрегатное состояние

яд
жидкости
твердые вещества
•бензол
•толуол
•ксилол и др.
•дифенил
•нафталин и др.

16. б) растворимость

бензол
вода
не смешиваются

17.

18.

органические
растворители:
бензин, ацетон
и пр.
бензол
смешиваются

19. в) запах/летучесть

◄бензол

20. Получение аренов

1. Выделение из нефти
2. Дегидрирование циклоалканов
Пример 1. Дегидрирование циклогексана
H
C
H2
C
H2C
CH2
H2C
CH2
Pt,
to
HC
CH
HC
CH
C
H
C
H2
+ 3Н2
бензол
Пример 2. Дегидрирование метилциклогексана
H2
C
H2C
CH3
CH
H2C
CH2
C
H2
H
C
Pt,
to
CH3
HC
C
HC
CH
C
H
+ 3Н2
толуол
(метилбензол)

21.

3. Дегидрирование алканов (дегидроциклизация)
Пример 1: дегидрирование гексана
H2
C
H
C
H2C
CH3
HC
CH
H2C
CH3
HC
CH
C
H
C
H2
+ 4Н2
бензол
Пример 2: дегидрирование гептана
CH3
CH3
CH2
C
H2C
CH3
HC
CH
H2C
CH2
HC
CH
C
H2
C
H
+ 4Н2
толуол

22.

4. Тримеризация алкинов
Пример 1. тримеризация ацетилена (этина)
H
C
HC
CH
CH
to, Cакт.
CH
CH
HC
HC
CH
HC
CH
C
H
Пример 2. тримеризация пропина
H3C
C
CH
CH3
CH 3
to, Cакт.
HC
CH
C
C
HC
CH3
C
CH
C
бензол
H3C
C
C
H
CH3
1,3,5-триметилбензол

23. Химические свойства аренов

1. Горение
2C6H6+15O2=6CO2+6H2O
Пламя красное,
коптящее

24.

2. Присоединение
2а. Гидрирование
H2
C
H
C
HC
CH
HC
CH
C
H
+
Н2
Ni
H2C
CH2
H2C
CH2
циклогексан C
бензол
H2
CH3
CH3
CH
C
HC
CH
HC
CH
C
H
толуол
+
Н2
Ni
H2C
CH2
H2C
CH2
C
H2
метилциклогексан

25.

2б. Галогенирование
(хлорирование)
H
C
CH
HC
CH
бензол
+
Cl2
свет
Cl
Cl
CH
Cl
HC
C
H
Cl
CH
CH
CH
CH
CH
Cl
Cl
1,2,3,4,5,6-гексахлорциклогексан
(гексахлоран)
(применяется как ядохимикат)

26. НО!

ХЛОРИРОВАНИЕ ТОЛУОЛА НА СВЕТУ –
НЕ ПРИСОЕДИНЕНИЕ, А ЗАМЕЩЕНИЕ
В БОКОВОЙ ЦЕПИ !
CH3
CH2Cl
C
C
HC
CH
HC
CH
C
H
+ Cl2
свет
HC
CH
HC
CH
C
H
+HCl

27.

3. Замещение
Замещаемый
элемент: -Н
Замещающий
элемент: -Cl(Br)
3а. Галогенирование
Cl
H
C
C
HC
CH
HC
CH
бензол
C
H
+ Cl2
AlCl3
HC
CH
+HCl
CH
HC
C хлорбензол
H
Br
H
C
C
HC
CH
HC
CH
бензол
C
H
+ Br2
AlBr3
HC
HC
CH
+HBr
CH
C бромбензол
H

28.

При соотношении
толуола и хлора 1:1
орто-хлортолуол
CH3
C
HC 6
HC 5 4
C
H
CH3
C
HC 6 1
HC 5 4
C
H
2
3
1
CH
CH
+Cl2
AlCl3
толуол
Замещаемый элемент: -Н
Замещающий элемент: -Cl
Cl
2
3
C
CH
И
+ HCl
CH3
C
HC 6 1
2
CH
HC 5 4 3 CH
C
Cl
пара-хлортолуол

29.

При соотношении
толуола и хлора 1:2
2,6-дихлортолуол
CH3
Cl
C
C
C
HC 5 4
C
H
2
3
1
2
C
HC 5 4 3 CH
C
H
CH3
HC 6 1
6
Cl
CH
CH
+2Cl2
или
AlCl3
толуол
Замещаемый элемент: -Н
Замещающий элемент: -Cl
+2HCl
CH3
C
HC
6
1
Cl
2
C
HC 5 4 3 CH
C
Cl
2,4-дихлортолуол

30.

При соотношении
толуола и хлора 1:3
CH3
CH3
C
HC 6
1
HC 5 4
C
H
Cl
2
3
CH
CH
+3Cl2
AlCl3
толуол
C
C6 1
Cl
2
C
HC 5 4 3 CH
C
+ 3HCl
Cl
2,4,6-трихлортолуол
Замещаемый элемент: -Н
Замещающий элемент: -Cl

31.

3б. Нитрование
H
C
H
C
HC
CH
HC
CH
+HO-NO2
H2SO4
NO2
HC
C
HC
CH
C
H
C
H
бензол
нитробензол
Замещаемый элемент: -Н
Замещающая группа: -NO2 (нитрогруппа)
+H2O

32.

При соотношении
толуола и
азотной кислоты 1:1
C
HC 5 4
C
H
2
3
CH3
NO2
C
HC 6 1
2
C
HC 5 4 3 CH
C
H
CH3
HC 6 1
2-(орто)-нитротолуол
CH
H2SO4
+HO-NO2
CH
толуол
Замещаемый элемент: -Н
Замещающая группа: -NO2
или
+ H2О
CH3
C
HC 6 1
2
CH
HC 5 4 3 CH
C
NO2
4-(пара)-нитротолуол

33.

При соотношении
толуола и
азотной кислоты 1:2
2,6-динитротолуол
CH3
O2N
C
HC 5 4
C
H
2
3
C6 1
NO2
2
C
HC 5 4 3 CH
C
H
CH3
HC 6 1
C
CH
или
H2SO4
+2HO-NO2
CH
толуол
Замещаемый элемент: -Н
Замещающая группа: -NO2
+2H2О
CH3
C
HC 6
1
HC 5 4
C
NO2
2
3
NO2
C
CH
2,4-динитротолуол

34.

При соотношении
толуола и
азотной кислоты 1:3
CH3
CH3
C
HC 6
1
HC 5 4
C
H
O2N
2
3
CH
+3HO-NO2
H2SO4
CH
толуол
C
C6
1
HC 5 4
C
NO2
2
3
C
CH
+3H2О
NO2
2,4,6-тринитротолуол
Замещаемый элемент: -Н
Замещающая группа: -NO2

35.

Другие названия:
тол, тротил, ТНТ.
CH3
O2N
C
C
NO2
C
HC
CH
C
NO2
2,4,6-тринитротолуол
Тротиловые шашки используются
для разрушения ледяных заторов
и предотвращения наводнений

36. 4. Полимеризация (возможна для аренов с непредельными боковыми цепями)

HC
H
C
CH2
C
C
n
H2
C
HC
CH
HC
CH
HC
CH
HC
CH
C
H
стирол
C
H
полистирол
n

37. ПРИМЕНЕНИЕ АРЕНОВ

• Бензол является сырьем для
производства
–
–
–
–
Красителей
Лекарств
Пластмасс
Ядохимикатов (пестицидов)
а также используется как растворитель.

38.

• Толуол используется как сырье для
изготовления
– Красителей
– Взрывчатых веществ
– Заменителей сахара (сахарин)
• Стирол используется как сырье для
производства
– Полистирола и пенополистирола
(пенопласта)
– Бутадиенстирольного каучука
• Ксилолы используются как сырье для
изготовления
– Синтетического волокна лавсана

39. Домашнее задание

Составьте уравнения реакций,
соответствующих данным
превращениям:
CH4→C2H2→C6H6→C6H5Cl→дифени
л