какая изомерия характерна для ароматических углеводородов

Арены. Свойства аренов.

Арены (ароматические углеводороды) – соединения, в молекулах которых содержится одно или несколько бензольных колей – циклических групп атомов углерода со специфическим характером связей.

Бензол – молекулярная формула С₆Н₆. Впервые была предложена А. Кекуле:

Строение аренов.

Все связи равноценны. Энергия сопряжения – количество энергии, которую надо затратить, чтобы разрушить ароматическую систему.

Именно это обуславливает специфические свойства бензола – проявление ароматичности. Это явление было открыто Хюккелем, и называется правилом Хюккеля.

Изомерия аренов.

Арены можно разделить на 2 группы:

Для аренов характерна структурная изомерия, которая объясняется взаимным расположением заместителей в кольце. Если в кольце находится 2 заместителя, то они могут находиться в 3-х различных положениях – орто (о-), мета (м-), пара (п-):

Называют арены словом «бензол» с указанием заместителей в кольце и их положения:

Физические свойства аренов.

Первые члены ряда – жидкости без цвета с характерным запахом. Они хорошо растворяются в органических растворителях, но нерастворимы в воде. Бензол токсичен, но имеет приятный запах. Вызывает головную боль и головокружения, при вдыхании больших количеств паров можно потерять сознание. Раздражает слизистую оболочку и глаза.

Получение аренов.

1. Из алифатических углеводородов с помощью «ароматизации» предельных углеводородов, входящих в состав нефти. При пропускании над платиной или оксидом хрома наблюдается дигидроциклизация:

2. Дегидрирование циклоалканов:

3. Из ацетилена (тримеризация) при пропускании над раскаленным углем при 600°С:

4. Реакция Фриделя – Крафтса в присутствии хлорида алюминия:

5. Сплавление солей ароматических кислот с щелочью:

Химические свойства аренов.

Реакции замещения аренов.

Ядро аренов обладает подвижной π-системой, на которую действуют электрофильные реагенты. Для аренов характерно электрофильное замещение, которое можно представить так:

Электрофильная частица притягивается к π-системе кольца, затем образуется прочная связь между реагентом Х и одним из атомов углерода, при этом единство кольца нарушается. Для восстановления ароматичности выбрасывается протон, а 2 электрона С-Н переходят в π-систему кольца.

1. Галогенирование происходит в присутствии катализаторов – безводных хлоридов и бромидов алюминия, железа:

2. Нитрование аренов. Бензол очень медленно реагирует с концентрированной азотной кислотой при сильном нагревании. Но если добавить серную кислоту, то реакция протекает очень легко:

4. Алкилирование алкенами. В результате происходит удлинение цепи, реакция протекает в присутствии катализатора – хлорида алюминия:

Реакции присоединения аренов.

1. Гидрирование (при катализаторах) аренов:

2. Радикальное галогенирование при взаимодействии паров бензола и сильного УФ-излучения. В результате образуется твердый продукт – С₆H₆Cl₆:

3. Окисление кислородом воздуха. Реакция протекает при оксиде ванадия (V) и 400°С:

Гомологи бензола имеют ряд отличий – на их продукты я изначальный заместитель в кольце:

Замещение в кольце возможно только в присутствие катализатора (хлорида железа и алюминия), замещение протекает в орто- и пара- положения по отношению к алкильному радикалу:

Если действуют сильные окислители (перманганат калия), то цепь алкильная разрушается и образуется бензойная кислота:

Источник

Какая изомерия характерна для ароматических углеводородов

Абросимова Елена Владимировна учитель химии и биологии

НАВИГАЦИЯ

Ароматические углеводороды

Бензол как представитель аренов. Строение молекулы бензола. Сопряжение пи-связей. Изомерия и номенклатура аренов. Гомологи бензола. Получение аренов, их физические свойства

А РЕНЫ (ароматические углеводороды)

Простейшие представители (одноядерные арены):

Термин “ароматические соединения” возник давно в связи с тем, что некоторые представители этого ряда веществ имеют приятный запах. Однако в настоящее время в понятие “ароматичность” вкладывается совершенно иной смысл.

Ароматичность молекулы означает ее повышенную устойчивость, обусловленную делокализацией π-электронов в циклической системе.

Этим критериям полностью соответствует молекула бензола С₆Н₆.

р-Электроны всех атомов углерода взаимодействуют между собой путем бокового перекрывания соседних 2р-АО, расположенных перпендикулярно плоскости σ-скелета бензольного кольца. Они образуют единое циклическое π-электронное облако, сосредоточенное над и под плоскостью кольца.

Виртуальная (VRML) модель молекулы бензола (50 Кб)

Все связи С–С в бензоле равноценны, их длина равна 0,140 нм, что соответствует промежуточному значению между длиной простой связи (0,154 нм) и двойной (0,134 нм). Это означает, что в молекуле бензола между углеродными атомами нет чисто простых и двойных связей (как в формуле, предложенной в 1865 г. немецким химиком Ф.Кекуле), а все они выровнены (делокализованы, см.анимацию). Поэтому структурную формулу бензола изображают в виде правильного шестиугольника (σ-скелет) и кружка внутри него, обозначающего делокализованные π-связи:

Формула Кекуле также нередко используется, но при этом учитывается, что она лишь условно передает строение молекулы.

2. Гомологи бензола. Номенклатура и изомерия

Гомологи бензола – соединения, образованные заменой одного или нескольких атомов водорода в молекуле бензола на углеводородные радикалы (R):

Номенклатура. Широко используются тривиальные названия (толуол, ксилол, кумол и т.п.). Систематические названия строят из названия углеводородного радикала (приставка) и слова бензол (корень):

Если радикалов два или более, их положение указывается номерами атомов углерода в кольце, с которыми они связаны. Нумерацию кольца проводят так, чтобы номера радикалов были наименьшими. Например:

Для дизамещенных бензолов R-C₆H₄-R используется также и другой способ построения названий, при котором положение заместителей указывают перед тривиальным названием соединения приставками:

Ароматические одновалентные радикалы имеют общее название “арил“. Из них наиболее распространены в номенклатуре органических соединений два: C₆H₅– (фенил) и C₆H₅CH₂– (бензил).

1) положения заместителей для ди-, три– и тетра-замещенных бензолов (например, о-, м– и п-ксилолы);

2) углеродного скелета в боковой цепи, содержащей не менее 3-х атомов углерода:

Например, молекулярной формуле С₈Н₁₀ соответствуют 4 изомера:

Пространственная изомерия относительно бензольного кольца в алкилбензолах отсутствует.

Получение ароматических углеводородов

Основными природными источниками ароматических углеводородов являются каменный уголь и нефть.

Реакции получения аренов указывают на взаимосвязь между различными группами углеводородов и на возможность их превращения друг в друга.

Источник

Строение, изомерия и номенклатура ароматических углеводородов (аренов)

Ароматические углеводороды (Арены) – это органические соединения, в молекулах которых имеется одно или несколько бензольных колец. Бензольное кольцо, или ядро, – циклическая группа атомов углерода с особым характером связей.

1. С₆ H ₆ – бензол, родоначальник гомологического ряда аренов

3. С₆ H ₅ – CH =С H ₂ – стирол (винилбензол)

2. Строение ароматических углеводородов

Первую структурную формулу бензола предложил в 1865 г. немецкий химик Ф.А.Кекуле:

Атомы С в молекуле бензола образуют правильный плоский шестиугольник, хотя часто его рисуют вытянутым.

Приведенная формула правильно отражает равноценность шести атомов С, однако не объясняет ряд особых свойств бензола. Например, несмотря на ненасыщенность, он не проявляет склонности к реакциям присоединения: не обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия, т.е. ему не свойственны типичные для непредельных соединений качественные реакции.

В структурной формуле Кекуле – три одинарные и три двойные чередующиеся углерод-углеродные связи. Но такое изображение не передает истинного строения молекулы. В действительности углерод-углеродные связи в бензоле равноценны. Это объясняется электронным строением его молекулы.

Рис. Схема образования -связей в молекуле бензола.

Третья p-орбиталь атома углерода не участвует в гибридизации. Она имеет форму гантели и ориентирована перпендикулярно плоскости бензольного кольца. Такие p-орбитали соседних атомов С перекрываются над и под плоскостью кольца.

Рис. Негибридные 2p-орбитали углерода в молекуле бензола

Рис. Молекула бензола. Расположение π -электронного облака

В молекуле бензола они одинаковы и равны 0,139 нм. В случае простой и двойной связи эти расстояния составили бы соответственно 0,154 и 0,134 нм. Значит, в молекуле бензола нет чередования простых и двойных связей, а существует особая связь – “полуторная” – промежуточная между простой и двойной, так называемая ароматическая связь. Чтобы показать равномерное распределение p-электронного облака в молекуле бензола, корректнее изображать ее в виде правильного шестиугольника с окружностью внутри (окружность символизирует равноценность связей между атомами С):

Гомологи бензола. Номенклатура и изомерия

Гомологи бензола – соединения, образованные заменой одного или

нескольких атомов водорода в молекуле бензола на углеводородные

С₆Н₅—R (алкилбензол), R—С₆Н₄—R (диалкилбензол) и т.д.

Общая формула гомологического ряда бензола С_nH_2n-6 (n не менее 6).

Номенклатура. Широко используются тривиальные названия (толуол, ксилол, кумол и т.п.). Систематические названия строят из названия углеводородного радикала (приставка) и слова бензол (корень):

С₆Н₅—СH₃ С₆Н₅—С₂H₅ С₆Н₅—С₃H₇

метилбензол этилбензол пропилбензол

Если радикалов два или более, их положение указывается номерами атомов углерода в кольце, с которыми они связаны. Нумерацию кольца проводят так, чтобы номера радикалов были наименьшими.

Для дизамещенных бензолов R-С₆Н₄—R используется также и другой способ построения названий, при котором положение заместителей указывают перед тривиальным названием соединения приставками:

орто— (о-) заместители у соседних атомов углерода кольца, т.е. 1,2;

мета— (м-) заместители через один атом углерода (1,3);

пара— (п-) заместители на противоположных сторонах кольца (1,4).

Ароматические одновалентные радикалы имеют общее название «арил«.

Из них наиболее распространены в номенклатуре органических соединений два: С₆Н₅— фенил и С₆Н₅-СH₂— бензил.

Изомерия (структурная):

1) положения заместителей для ди-, три— и тетра-замещенных бензолов (например, о-, м— и п-ксилолы,;

2) углеродного скелета в боковой цепи, содержащей не менее 3-х атомов углерода;

3) изомерия заместителей, начиная с С₂Н₅.

Например, молекулярной формуле С₈Н₁₀ соответствует 4 изомера: три ксилола СH₃—С₆Н₄—СH₃ (о-, м-, п-) и этилбензол С₆Н₅—С₂H₅.

Пространственная изомерия относительно бензольного кольца в алкилбензолах отсутствует.

Источник

Ароматические углеводороды: гомологический ряд, изомерия

Урок 18. Химия 10 класс (ФГОС)

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока “Ароматические углеводороды: гомологический ряд, изомерия”

Ароматические углеводороды являются циклическими соединениями, обладают свойствами непохожими на свойства ненасыщенных соединений.

Ароматические соединения – это органические соединения, которые в составе содержат бензольные кольца.

Изначально, ароматичекими соединениями была группа веществ, которая обладала приятным запахом. Однако в настоящее время понятие «ароматичность» имеет другой смысл.

К наиболее важным ароматическим соединениям относятся бензол – С₆Н₆ и его гомологи, такие, как: толуол С₆Н₅СН₃, ксилол С₆Н₄(СН₃)₂ и другие.

Структурную формулу бензола можно изобразить несколькими способами: в первом случае мы видим наличие трёх двойных связей, во втором – наличие бензольного кольца.

Первую структурную формулу предложил немецкий учёный Ф. Кекуле.

Ф. Кекуле – немецкий химик, он внёс большой вклад в развитие учения о валентности, теорию строения органических молекул.

В 1865 году он высказал предположение, что молекула бензола имеет форму правильного шестиугольника, образованного шестью атомами углерода, с которыми связаны шесть атомов водорода. В этом шестиугольнике чередуются простые и двойные связи.

Запись структурной формулы, предложенной Кекуле, подтверждают и экспериментальные данные. Действительно, все атомы водорода и углерода в молекуле бензола лежат в одной плоскости, угол связи между атомами 120, как у алкенов, для гидрирования бензола нужно 3 моль водорода, как для гидрирования трёх двойных связей.

Как видно из структурной формулы, двойные связи чередуются с одинарными. Такое расположение связей вызывает образование единого электронного облака, которое охватывает все шесть атомов углерода.

Экспериментально доказано, что в молекуле бензола нет двойных и одинарных связей, длины всех С – С-связей раны 0,140 нм. Каждый атом углерода в молекуле бензола находится в состоянии sp 2 -гибридизации, он связан с двумя соседними атомами углерода и одним атомом водорода σ-связями. Поэтому молекула бензола имеет вид плоского шестиугольника, где все атомы лежат в одной плоскости. Электронное облако четвёртого р-электрона, который не участвует в гибридизации, ориентировано перпендикулярно к плоскости бензольного кольца. Такие 6 р-электронов перекрываются над и под плоскостью кольца, образуя общее электронное облако и единую химическую связь для всех атомов углерода. Две области электронной плоскости расположены по обе стороны от σ-связей.

Поэтому формула бензола с окружностью символизирует равноценность связей между атомами углерода.

Рассмотрим номенклатуру аренов. Для названия этого класса соединений часто используют тривиальные названия. Например, бензол, толуол, стирол, кумол и другие. По международной заместительной номенклатуре арены рассматривают как производные бензола, где положение заместителей указывается цифрами, при чём номера атомов углерода, от которых отходят заместители, должны получить наименьшие номера.

Назовём следующие арены: первый арен называется метилбензол, или толуол, второй арен называется этилбензол, третий называется изопропилбензол, или кумол.

Рассмотрим арены, содержащие заместители с кратными связями: первый арен называется винилбензол, или стирол, второй – этинилбензол, или фенилацетилен.

Если в аренах два одинаковых заместителя, то вместо цифр можно использовать приставки: положение 1,2 называется «орто», положение 1,3 – «мета», а положение 1,4 – «пара». Поэтому следующие гомологи бензола можно назвать так:

Если в аренах два различных заместителя, то нумерацию определяет младший заместитель.

Рассмотрим более сложные примеры, где арен содержит три заместителя. Первый арен называется 1,2,3-триметилбензол, второй – 1,2,4-триметилбензол, а третий – 1,3,5-триметилбензол.

Для аренов характерна изомерия, связанная со строением радикалов, их составом и положением.

Рассмотрим изомерию, связанную со строением боковых цепей. Так, изомерами между собой являются пропилбензол, или кумол, и изопропилбензол.

Если это изомерия, связанная с числом атомов углерода в заместителях, то изомерами между собой будут пропилбензол, 1-метил-2-этилбензол и 1,2,3-триметилбензол, которые содержат в сумме по 3 атома углерода в заместителях.

Рассмотрим изомерию, связанную с положением заместителей в цикле. Такими изомерами между собой будут 1,2-диметилбензол, 1,3-диметилбензол и 1,4-диметилбензол.

Таким образом, общая формула аренов C_nH_2n-6, все атомы молекулы бензола лежат в одной плоскости, и длины всех С – С-связей равны 0,140 нм. Для аренов характерна изомерия, связанная со строением радикалов, их составом и положением.

Источник