Историческая справка
Физические свойства бензола
Органические соединения, в состав которых входят одно или несколько бензольных колец, называются ароматическими углеводородами.
Электронное строение молекулы бензола
Бензол как бы состоит из 2-х альтернативных структур циклогексатриена-1,3,5.
Образование - связей в молекуле бензолa
Современные представления о строении бензола
«HIC TUTA PERENNAT» переводится с латинского языка, как «здесь в безопасности пребывает». Римская богиня мудрости Миневра
Критерий ароматичности – правила Хюккеля
Сравнение стабильности – теплота гидрирования
Сравнение стабильности – теплота гидрирования
Сравнение стабильности – теплота гидрирования
Сравнение стабильности – теплота гидрирования
Сравнение стабильности – теплота гидрирования
Сравнение стабильности – теплота гидрирования непредельных циклогексанов
Химические свойства бензола
I. Реакции присоединения
II. Реакции замещения
II. Реакции замещения
II. Реакции замещения
II. Реакции замещения
II. Реакции замещения
Химические свойства бензола
Химические свойства бензола
Химические свойства бензола
2.54M
Категория: ХимияХимия

Бензол, ароматические углеводороды

1.

Бензол,
ароматические углеводороды

2. Историческая справка

Первоначально название «ароматические
углеводороды» получили вещества, обладающие
приятным запахом - например, фенилэтиловый спирт
и его производные.
Но не запах является наиболее характерным
признаком этих органических веществ, а основа
структуры – ароматическое (чаще всего) бензольное
кольцо.

3. Физические свойства бензола

При обычных условиях-бесцветная жидкость с
характерным запахом, не смешивается с
водой, является хорошим растворителем для
неполярных молекул, сильно токсичен,
канцероген.
Температура плавления и кипения 5,5 и 80 С.

4.

Фенилэтиловый
спирт
Цитронеллол
Гераниол
4

5. Органические соединения, в состав которых входят одно или несколько бензольных колец, называются ароматическими углеводородами.

Для гомологов
бензола СnH2n-6 n> 6
Бензол
Нафталин
CH3
Толуол
Антрацен
CH=CH2
Стирол

6.

Бензол,
электронное строение

7. Электронное строение молекулы бензола

Общая формула моноциклических аренов СnH2n-6 (где n
6) показывает, что они являются ненасыщенными
соединениями. Простейшим из них является бензол С6Н6
Согласно данным элементного анализа и определения
молекулярной массы, бензол содержит 6 атомов
углерода и 6 атомов водорода и имеет относительную
молекулярную массу 78
В 1865 году Ф. Кекуле выдвинул гипотезу о циклическом
строении бензола и что в его молекуле содержится три
двойные связи

8. Бензол как бы состоит из 2-х альтернативных структур циклогексатриена-1,3,5.

Резонансные структуры
H
H
H
H
H
C
C
C
C
C
C
H
H
H
H
C
H
C
C
C
C
C
H
H
Противоречия с предложенной структурой
Столь непредельное соединение не обесцвечивает
бромную воду и водный раствор перманганата калия.

9.

Схема образования sp2-гибридных
орбиталей атома углерода
о
120
s
2p
sp2

10.

Физическими методами установлено, что все атомы
углерода и водорода в молекуле бензола лежат в одной
плоскости
Все С-С связи бензольного кольца имеют одинаковую
длину 0,140 нм, т.е. как бы нет ни двойных (0,134) ни
одинарных (0,154) связей, а есть что-то среднее между
ними
по
нм
0

11.

Образование - связей в молекуле
бензолa
Каждый атом «С» образует три -связи
(2 С-С и 1 С-Н -связи)
H
H
H
H
C
C
H
C
C
C
C
H
C
H
H
C
C
C
C
H
H
C
H
H

12. Образование - связей в молекуле бензолa

Образование - связей в молекуле
бензолa
Четвёртый негибридизированный р-электрон каждого
атома «С» расположен перпендикулярно плоскости связей и перерываясь друг с другом над и под
плоскостью образуют единую сопряжённую -систему,
состоящую из
6р-электронов.
C
C
C
C
C
C

13. Современные представления о строении бензола

Атомы углерода в бензоле находятся в sp2гибридизации;
Угол расположения 3-х гибридных орбиталей
равен 120 и они располагаются в одной
плоскости.

14.

15.

16. «HIC TUTA PERENNAT» переводится с латинского языка, как «здесь в безопасности пребывает». Римская богиня мудрости Миневра

помещена на груди имперского
орла, который символизирует покровительство. Как раз та
мудрость, чьим символом является богиня, и пребывает в
безопасности в стенах университета.
«также орел на латыни – женского пола, поэтому форма tuta (а не
tutus) верна и для такого прочтения: Россия пребывает в
безопасности благодаря науке».
https://spbdnevnik.ru/news/2018-07-19/v-spbgu-rasskazali-chtosimvoliziruet-neobychnyy-deviz-universiteta

17.

Ароматичность.
Критерии ароматичности

18. Критерий ароматичности – правила Хюккеля

1931 год
Ароматические - плоские циклические
сопряженные системы, содержащие 4n+2
делокализованных π-электронов.
Например, для бензола n = 1 (6 πэлектронов).

19. Сравнение стабильности – теплота гидрирования

20. Сравнение стабильности – теплота гидрирования

Циклооктатетраен не ароматичен!

21. Сравнение стабильности – теплота гидрирования

Q=+96 кДж/моль
Циклооктатетраен не ароматичен!

22. Сравнение стабильности – теплота гидрирования

Q=+96 кДж/моль
Q=+410 кДж/моль
Циклооктатетраен не ароматичен!

23. Сравнение стабильности – теплота гидрирования

Q=+96 кДж/моль
Q=+410 кДж/моль
Примерно в 4 раза больше.
Циклооктатетраен не ароматичен!

24. Сравнение стабильности – теплота гидрирования непредельных циклогексанов

25.

Q=+120 кДж/моль
Q=+232 кДж/моль
Q=+(340-360) кДж/моль
Q=+208 кДж/моль

26.

Q=+120 кДж/моль
Q=+232 кДж/моль
Q=+(340-360) кДж/моль
Q=+208 кДж/моль

27.

Q=+120 кДж/моль
Q=+232 кДж/моль
Q=+(340-360) кДж/моль
Q=+208 кДж/моль

28.

Q=+120 кДж/моль
Q=+232 кДж/моль
Q=+(340-360) кДж/моль
Q=+208 кДж/моль

29.

Q=+120 кДж/моль
Q=+232 кДж/моль
Q=+(340-360) кДж/моль
Q=+208 кДж/моль

30.

Q=+120 кДж/моль
Q=+232 кДж/моль
Q=+(340-360) кДж/моль
Q=+208 кДж/моль

31.

Q=+120 кДж/моль
Q=+232 кДж/моль
Q=+(340-360) кДж/моль
Q=+208 кДж/моль

32.

Химические свойства бензола

33. Химические свойства бензола

Ароматическая связь определяет свойства
бензола
6 -электронная система является более
устойчивой, чем обычные -связи
Наиболее характерными реакциями для
ароматических углеводородов являются
реакции электрофильного замещения SE,
и гораздо реже – присоединения.

34. I. Реакции присоединения

Гидрирование
Cl
Хлорирование
3Cl 2
Cl
Cl
Cl
Cl
h
Cl
Гексахлорциклогексан
(гексахлоран-инсектицид)

35. II. Реакции замещения

Реакция сульфирования
Сульфобензол;
бензолсульфокислота
Реакция нитрования (нитруют смесью конц. кислот)
Нитробензол

36.

Реакция Зинина
Водород в момент выделения:
[H], а не H2
Анилин
Из анилина далее азокрасители (рассмотрим
позднее).

37.

Кислоты Льюиса
-акцепторы пары электронов.
Для реакций SE в
ароматических соединениях
необходимы в качестве
катализатора. Чаще всего
AlHal3, FeHal3

38. II. Реакции замещения

Реакция галогенирования

39.

Механизм реакции электрофильного замещения SE в
ароматических соединениях
+

40.

Механизм реакции электрофильного замещения SE в
ароматических соединениях
+

41.

Механизм реакции электрофильного замещения SE в
ароматических соединениях
+

42. II. Реакции замещения

Реакции алкилирования
(реакции Фриделя-Крафтса)
1. с галогеналканами
2. с алкенами
3. со спиртами

43. II. Реакции замещения

Реакции алкилирования
(реакции Фриделя-Крафтса)
Но! Происходит изомеризация:
Изопропилбензол
(кумол)

44. II. Реакции замещения

Реакции алкилирования
(реакции Фриделя-Крафтса)
Но! Происходит изомеризация:
Изопропилбензол
(кумол)

45.

II. Реакции замещения
Реакции алкилирования
(реакции Фриделя-Крафтса).
За счёт чего происходит изомеризация

46.

II. Реакции замещения
Реакции алкилирования
(реакции Фриделя-Крафтса).
За счёт чего происходит изомеризация

47.

II. Реакции замещения
Реакции алкилирования
(реакции Фриделя-Крафтса).
За счёт чего происходит изомеризация
Более стабильный катион

48.

II. Реакции замещения
Реакции алкилирования
(реакции Фриделя-Крафтса).
За счёт чего происходит изомеризация

49.

Зачем нужен кумол

50.

II. Реакции замещения
Реакции алкилирования
(реакции Фриделя-Крафтса).
Как избежать изомеризации – реакция с
ацилгалогенидами
(хлорангидридами карбоновых кислот)

51.

II. Реакции замещения
Реакции алкилирования
(реакции Фриделя-Крафтса).
Как избежать изомеризации – реакция с
ацилгалогенидами
(хлорангидридами карбоновых кислот)
*Восстановление
по Клемменсену

52.

Реакции замещения с производными
бензола
Ориентационные эффекты
заместителей

53.

Номенклатура производных бензола
1,2-диметилбензол;
орто-диметилбензол (о-диметилбензол)

54.

Номенклатура производных бензола
1,2-диметилбензол;
орто-диметилбензол (о-диметилбензол)
1,3-диметилбензол;
мета-диметилбензол (м-диметилбензол)

55.

Номенклатура производных бензола
1,2-диметилбензол;
орто-диметилбензол (о-диметилбензол)
1,3-диметилбензол;
мета-диметилбензол (м-диметилбензол)
1,4-диметилбензол;
пара-диметилбензол (п-диметилбензол)

56. Химические свойства бензола

Наиболее характерными реакциями для
ароматических углеводородов являются реакции
электрофильного замещения SE.
+

57. Химические свойства бензола

Наиболее характерными реакциями для
ароматических углеводородов являются реакции
электрофильного замещения SE.
+
Протекание реакции зависит от:
- заряда атакующего катиона

58. Химические свойства бензола

Наиболее характерными реакциями для
ароматических углеводородов являются реакции
электрофильного замещения SE.
+
Протекание реакции зависит от:
- заряда атакующего катиона
- плотности электронного облака ароматического
кольца – чем больше электронов, тем легче реакция

59.

Ориентанты I рода
Донорные
орто-, пара-ориентанты
X:
а) Alk-, -OH, -OR, NH2, -NHR, - NR2
активируют – ускоряют реакцию
б) F-, Cl-, Br-, IДезактивируют – замедляют реакцию
Ориентанты II рода
Акцепторные
мета-ориентанты
Y:
-NO2, -COOH, -C(O)H, -SO3H
сильно дезактивируют замедляют реакцию
English     Русский Правила