Wglowodory aromatyczne areny cz I struktura arenw i

Węglowodory aromatyczne – areny (cz. I) Ø struktura arenów i ich homlogi oraz nazewnictwo: ü struktura arenów o pierścieniach skondensowanych, ü struktura węglowodorów o wielu pierścieniach benzenowych połączonych bezpośrednio, ü struktura węglowodorów o wielu pierścieniach benzenowych połączonych łańcuchem węglowym, ü podstawnik fenylowy i benzylowy, ü struktura benzenu ü homologi benzenu i naftalenu, Ø właściwości fizyczne arenów, Ø metody otrzymywania arenów,

Struktura benzenu : : H— H C— H— — — C— H — C C— H C— — : H H — C — : C: C — — : C — : H C C — H : : : : H : C — v Struktura i wzory benzenu – C 6 H 6: H H — 3 pary elektronów zdelokalizowanych (3 wiązania π) – sekstet elektronowy

Struktura arenów o pierścieniach skondensowanych 3/β — 4/α 6 5 5 — — — 3 4 — — — 6 2 — — 7 1 2 3 — 4 Ø Piren – C 16 H 10 10 — 8 1 — 10 — Ø Fenantren – C 14 H 10 9 — — 7 — — 2/β 9 — — 5/α 8 — 6/β — — 7/β 1/α — 8/α Ø Antracen – C 14 H 10 — Ø Naftalen – C 10 H 8

Struktura arenów o pierścieniach skondensowanych Ø Trifenylen – C 18 H 12 Ø Pentacen – C 22 H 14 — — — — — — — Ø Naftacen – C 18 H 12 —

Struktura arenów o pierścieniach skondensowanych Ø 3, 4 -benzopiren – C 20 H 12 Ø Perylen – C 20 H 12 — — — — —

Struktura węglowodorów o wielu pierścieniach benzenowych połączonych bezpośrednio — — — Ø 1, 3, 5 -trifenylobenzen – C 24 H 18 — Ø Bifenyl – C 12 H 10

Struktura węglowodorów o wielu pierścieniach benzenowych połączonych łańcuchem węglowym v. W przypadkach związków, w których z pierścieniem aromatycznym są połączone złożone grupy aklilowe, to związek traktuje się jako łańcuchowy, a układ aromatyczny jako podstawnik. Ø fenyl: - C 6 H 5 Ø benzyl: - CH 2 – C 6 H 5 — — CH 2 —

Struktura węglowodorów o wielu pierścieniach benzenowych połączonych łańcuchem węglowym Ø fenyloetyn C ≡ CH — — Ø styren: fenyloeten / winylobenzen CH = CH 2 — Ø kumen: 2 -fenylopropan Ø 1, 2 -difenyloetan H 3 C– CH 3 — CH 2 – CH 2 —

Struktura arenów v Struktura benzenu: Ø cząsteczka jest układem płaskim, w którym atomy węgla tworzą sześciokąt foremny, Ø długość wiązania jest pośrednią wiązania pojedynczego (154 pm) i wiązania podwójnego (134 pm), Ø każdy atom węgla jest związany z jednym atomem wodoru wiązaniem o długości 109 pm, Ø przyjmuje się, że atomy węgla znajdują się stanie hybrydyzacji sp 2, Ø każdy atom węgla tworzy 3 wiązania σ ułożone w jednej płaszczyźnie, z czego: ü dwa wiązania powstają przez nałożenie się z zhybrydyzowanymi orbitalami sp 2 sąsiednich atomów węgla, ü jedno wiązanie tworzy się przez nałożenie się z ortbitalem 1 s atomu wodoru, wszystkie wiązanie σ tworzą kąty 120 o,

Struktura arenów v Struktura benzenu cd. : Ø pozostałych sześć elektronów jest zdelokalizowanych symetrycznie na skutek nałożenia się orbitali pz sześciu atomów węgla, każdy Ø orbital pz pokrywa się z dwoma takimi samymi sąsiednimi orbitalami, Ø układ benzenu z sześcioma zdelokalizowanymi elektronami (sekstet elektronowy) wykazuje niską energię wewnętrzną i tym dużą trwałość, Ø równoważne wzory uproszczone benzenu: — — —

Struktura – homologi benzenu 1 6 5 4 — — v. Lokanty: 1/2 i 6 – orto; 1/4 – para; 1/3 i 5 - meta Ø Metylobenzen / toluen Ø Etylobenzen CH 3 CH 2 – CH 3 2 6 3 5 6 5 1 4 2 3 —CH 3 4 2 3 Ø 1, 3 – dimetylobenzen (m-ksylen) CH 3 — — Ø 1, 2 – dimetylobenzen (o-ksylen) CH 3 1 6 5 1 4 2 3 — CH 3

Struktura – homologi benzenu 6 5 1 4 — — Ø 1, 4 -dimetylobenzen (p-ksylen) Ø 1, 3, 5 -trimetylobenzen CH 3 2 6 3 — H 3 C — CH 3 — H 3 C 5 4 2 3 — 6 1 CH 3 4 2 3 — CH 3 Ø 2 -fenylopropan / kumen CH 3 – CH 3 — — Ø 1 -etylo-2, 5 -dimetylobenzen CH 2 – CH 3 5 1 6 5 1 4 2 3

Struktura – homologi naftalenu v. Lokaty w cząsteczce naftalenu: Ø lokanty 1, 4, 5, 8 są równocenne stąd pozycja – α; Ø lokanty 2, 3, 6, 7 są równocenne stąd – pozycja β, Ø atomy węgla, α i β są różnocenne, stąd metylonaftalen posiada dwa izomery, Ø w przypadku homologów antracenu i fenantrenu liczba różnocennych atomów węgla jest większa i stąd większa liczba izomerów homologów tych związków. — 4/α 3/β 6/β — — — 2/β 7/β — — 5/α — 6/β — 8/α 1/α 5/α 1/α — 7/β CH 3 — 8/α Ø 2 -metylonaftalen (β-metylo) — Ø 1 -metylonaftalen (α-metylo) CH 3 2/β 3/β — 4/α

Właściwości fizyczne arenów v Ogólne właściwości fizyczne: Ø w temperaturze pokojowej ciała ciekłe (benzen, toluen) lub ciała stałe (naftalen, antracen), Ø ciała bezbarwne (benzen, toluen, naftalen) lub barwne w przypadku o trzech i więcej pierścieni skondensowanych liniowo (naftacen – żółty, pentacen – niebieski) Ø bardzo trudno rozpuszczalne w wodzie, Ø lotne areny są łatwopalne – spalają się jasnym, silnie kopcącym płomieniem, Ø temperatury wrzenia wzrastają wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej, Ø temperatury topnienia zależą od masy cząsteczkowej oraz w dużej mierze od symetrii cząsteczki: ü p-ksylen posiada znacznie wyższą temperaturę topnienia niż jego izomery o-ksylen i m-ksylen,

Właściwości fizyczne arenów Aren Ø benzen Ø toluen Ø etylobenzen Ø o-ksylen Ø m-ksylen Ø p-ksylen Ø 1, 3, 5 -trimetylobenzen (mezytylen) Ø naftalen Ø antracen Ø fenantren Tt [o. C] 5, 5 - 94 Tw [o. C] 80 111 136 - 25 - 47 13 - 50 80 216 101 144 139 138 165 218 340

Metody otrzymywania arenów v. Wyodrębniane w procesie destylacji z produktów ubocznych przemysłu koksowniczego (gaz i smoła pogazowa) oraz gazowniczego (smoła). v Piroliza alkanów i alkenów w podwyższ. temp. (> 800 o. C) v Odwodorowanie (dehydrogenacja) alkanów lub cykloalkanów w podwyższ. temp. w obecności kataliz. : 300 o. C/Pt na Al 2 O 3 + 3 H 2 Ø cykloheksan benzen + wodór v Trimeryzacja acetylenu (etynu) w podwyższonej temp. i obecności węgla aktywnego: T/Caktw. Ø 3 HC ≡ CH C 6 H 6

Metody otrzymywania arenów v. Kondensacja acetonu (propanonu) w obecności stężonego kawasu siarkowego(VI): — — H 3 C CH 3 OC H 2 SO 4(stęż. ) — — CO CH 3 OC H 3 C — 6 5 1 4 2 3 + 3 H 2 O — CH 3 — H 3 C CH 3 — — H 3 C CH 3 Ø aceton 1, 3, 5 -trimetylobenzen

Metody otrzymywania arenów v. Reakcja Fittiga: działanie w podwyższonej temperaturze metalicznym sodem na mieszaninę halogenoalkanu i halogenoarenu, otrzymuje się alkilowe pochodne arenów: Br CH 2 – CH 3 — — + Br – CH 2 – CH 3 + 2 Na. Br — — Øbromobenzen + bromoetan + sód etylobenzen v. Rakcja Friedela-Craftsa: alkilowanie benzenu w obecności chlorku glinu, powstają alkilowe pochodne arenów: CH 2 – CH 3 H Al. Cl 3 + Cl – CH 2 – CH 3 + HCl