CHIMIE ORGANIC Curs Anul I IPA Titular curs

CHIMIE ORGANICĂ – Curs Anul I - IPA Titular curs: Conf. dr. Zoiţa BERINDE

sau Definitie: Arenele sunt substante compuse din carbon si hidrogen in structura carora apar unul sau mai multe nuclee benzenice: sau

Structura benzenului: A. Kekule atribuie benzenului prima formula structurala: cei 6 atomi de C din molecula sunt uniti intr-un ciclu prin 3 legaturi duble care alterneaza cu 3 legaturi simple.

S-a dedus ca ciclul de 6 atomi de C care forma unui hexagon regulat si plan; distantele dintre atomii de C vecini sunt identice, egale cu 1, 39 Aº intermediare intre legatura simpla (1, 54 Aº) si dubla (1, 33 Aº). Fiecare atom de C are o simetrie trigonala; el participa cu trei orbitali la trei legaturi σ sub unghuiri de 120º. Cel de-al patrulea orbital al atomului de C care contine electron π este perpendicular pe planul legaturilor σ. Prin intrepatrunderea laterala a celor 6 orbitali p => orbitali moleculari extinsi. Orbitalul molecular cel mai stabil este distribuit omogen pe intreaga suprafata a ciclului benzenic avand densitatea electronica maxima deasupra si dedesubtul planului ciclului. Sistemul care contine 6 electroni π ai caror abilitati sunt contopite in orbitali moleculari comuni este foarte stabil; el este caracteristic compusilor aromatici si se numeste sextet aromatic.

Clasificare: Arene: mononucleare: cu un singur nucleu benzenic

Arene polinucleare: cu mai multe nuclee benzenice cu nuclee izolate cu nuclee condensate

* omologii benzenului disubstituiti se denumesc cu ajutorul prefixelor orto- (o-), meta- (m), para- (p). - pozitii orto (2 pozitii consecutive) - pozitii meta (cand avem o pauza) -pozitii para (cand avem 2 pauze)

* omologii benzenului polisubstituiti se denumesc prin indicii de pozitie, cei mai mici in ordine alfabetica si benzen

2. Arenele polinucleare * cu nuclee izolate n n numerotarea se face : numerotam un nucleu, iar pe celalalt simetric. pozitiile 2, 2’ si 6, 6’ sunt pozitii orto pozitiile 3, 3’ si 5, 5’ sunt pozitii meta pozitiile 4 si 4’ sunt pozitii para 3’ 2’ 4’ 2 3 1 5’ 6’ 4 6 5 p, p’ – dimetil - bifenil

*cu nucleee condensate 8 1 7 2 6 3 5 8 1, 4, 5, si 8 - α 2, 3, 6 si 7 - β 4 9 1 7 2 6 3 5 10 4 1, 4, 5 si 8 - α 2, 3, 6 si 7 - β 9 si 10 - ﻻ

Principalii radicali proveniti de la arene Arena Radical monovalent α - naftil β - naftil (C 10 H 7 -) Radical divalent

Metode de sinteza a. Izolarea din petrol. Fractiunile mijlocii si superioare a petrolului contin uneori 30% hidrocarburi aromatice. Extragerea lor din petrol se face cu SO 2 lichid la -60º C b. Prin mijloace chimice. Reformarea catalitica a benzinelor medii si grele ;

c. Obtinerea din produsele rezultate la cocsificarea carbunilor. gudronare distilare reziduu: Smoala asfalt Ulei usor 800 - 1700 C Ulei cresalic 1700 - 2300 C Ulei greu 2300 -2700 C Ulei verde 2300 -3600 C benzen naftalina fenoli toluen anilina xilen piridina tiafen antracen

d. Reactii de alcalinare Friedel Crafts:

e. Reactia de polimerizare 3 CH ≡ C – CH 3

f. Reactia Fittig - Wurtz

Proprietăţi fizice Numele de aromatice se datorează atât mirosului caracteristic al unor reprezentanţi cât şi faptului că erau extrase din materiale vegetale parfumate. Benzenul şi omologii lui sunt substanţe lichide, incolore cu densitate mai mică decât a apei. Arenele polinucleare sunt solide. Toate arenele sunt insolubile în apă, solubile în diferiţi solvenţi organici. Un solvent caracteristic este dioxidul de sulf lichid. Atât benzenul cât şi toluenul sunt utilizaţi ca solvenţi pentru numeroase substanţe organice. Un dezavantaj major al utilizării benzenului este toxicitatea lui. Naftalina este o substanţă solidă, albă, insolubilă în apă; prezintă proprietatea de a sublima. Majoritatea arenelor au acţiune cancerigenă.

Proprietăţi chimice Se pot împărţi în două categorii: A. Proprietăţile nucleului aromatic B. Proprietăţile catenei laterale

A. Proprietăţile nucleului aromatic I. Reacţii de substituţie la nucleul aromatic 1. Substituţia la benzen Ar – rest de hidrocarbură aromatică

a) Halogenarea benzenului: se realizează în condiţii catalitice. Clorurarea benzenului duce la formarea unor compuşi mono- şi policloruraţi. b) Nitrarea benzenului: are loc în prezenţa amestecului sulfo-nitric (HNO 3 + H 2 SO 4) şi se formează nitrobenzen.

c) Sulfonarea benzenului: rezultă acid benzensulfonic d) Alchilarea benzenului

e) Acilarea benzenului: reacţia prin care atomul de hidrogen se substituie cu grupa acil în prezenţa Al. Cl 3. Produşii reacţiei de acilare a arenelor sunt compuşi carbonilici.

2. Substituţia la omologii şi derivaţii benzenului Introducerea unui substituent face ca trei poziţii din nucleu să nu mai fie echivalente orto, meta, para. Următorul substituent va intra într-o poziţie determinată numai de natura primului substituent. După natura lor, substituenţii sunt de oridnul I şi ordinul II.

S este de ordinul I: orto şi para Radicali alchil: - R Halogeni: - F, - Cl, - Br, - I Grupări hidroxil: - CH Grupări amino: - NH 2 S este de ordinul II: meta grupare aldehidă: - CHO grupare carboxil: - COOH grupare sulfonică: - SO 3 H grupare nitro: - NO 2 grupare nitril: - CN

II. Reacţia de adiţie 1. Hidrogenarea ¬ condiţii: 100 -180 o. C, catalizator Ni tetrahidronaftalină (tetrolina) decahidronaftalină (decalina)

2. Halogenarea

III. Oxidarea 1. Cu agenţi oxidanţi: s-a constatat că oxidarea cui agenţi oxidanţi la nucleu are loc doar în cazul hidrocarburilor aromatice cu multe nuclee condensate. antracen antrachinonă

2. Cu oxigen molecular: ¬ oxidarea benzenului (500 o. C, V 2 O 5) oxidarea naftalinei (350 o. C, V 2 O 5)

B. Reacţii chimice ale catenei laterale I. Halogenarea fotochimică a toluenului toluen clorofenilmetan dicloroform tricloroform (clorură de benzil) (clorură de benziliden)

II. Dehidrogenarea catalitică III. Oxidarea: conduce la acizi ftalici acid ftalic

acid tereftalic

(acetofenonă) (acid benzoic)

hidroperoxid de cumen fenol propanonă (acetonă)