Скачать презентацию E-mail irkrav 66 gmail com Основы органической химии Семинар-10 Скачать презентацию E-mail irkrav 66 gmail com Основы органической химии Семинар-10

Seminar-10.pptx

  • Количество слайдов: 69

E-mail: irkrav 66@gmail. com Основы органической химии Семинар-10. Углеводороды. Арены (ароматические углеводороды) лектор: проф. E-mail: irkrav 66@gmail. com Основы органической химии Семинар-10. Углеводороды. Арены (ароматические углеводороды) лектор: проф. Рохин Александр Валерьевич

АРЕНЫ (ароматические углеводороды) § соединения, молекулы которых содержат устойчивые циклические группы атомов (бензольные ядра) АРЕНЫ (ароматические углеводороды) § соединения, молекулы которых содержат устойчивые циклические группы атомов (бензольные ядра) с особым характером химических связей. § Общая формула аренов: 2 09. 02. 2018

Простейшие представители Одноядерные арены: С 6 Н 6 – бензол С 7 Н 8 Простейшие представители Одноядерные арены: С 6 Н 6 – бензол С 7 Н 8 – толуол (метилбензол). 3 09. 02. 2018

Простейшие представители Многоядерные арены: С 10 Н 8 – нафталин С 14 Н 10 Простейшие представители Многоядерные арены: С 10 Н 8 – нафталин С 14 Н 10 – антрацен и др. 4 09. 02. 2018

Арены § Ароматичность молекулы означает ее повышенную устойчивость, обусловленную делокализацией pэлектронов в циклической системе. Арены § Ароматичность молекулы означает ее повышенную устойчивость, обусловленную делокализацией pэлектронов в циклической системе. § Термин "ароматические соединения" возник давно в связи с тем, что некоторые представители этого ряда веществ имеют приятный запах. 5 09. 02. 2018

Критерии ароматичности аренов: § Атомы углерода в sp 2 -гибридизованном состоянии образуют циклическую систему. Критерии ароматичности аренов: § Атомы углерода в sp 2 -гибридизованном состоянии образуют циклическую систему. § Атомы углерода располагаются в одной плоскости (цикл имеет плоское строение). § Замкнутая система сопряженных связей содержит 4 n+2π-электронов (n – целое число) 6 09. 02. 2018

Строение бензола § Бензол С 6 Н 6 – родоначальник ароматических углеводородов. Каждый из Строение бензола § Бензол С 6 Н 6 – родоначальник ароматических углеводородов. Каждый из шести атомов углерода в его молекуле находится в состоянии sp 2 гибридизации. 7 09. 02. 2018

Строение бензола § Валентные углы между каждой парой sсвязей равны 120°. § скелет σ-связей Строение бензола § Валентные углы между каждой парой sсвязей равны 120°. § скелет σ-связей представляет собой правильный шестиугольник, в котором все атомы углерода и все σ-связи С-С и С-Н лежат в одной плоскости: 8 09. 02. 2018

Строение бензола § р-Электроны всех атомов углерода взаимодействуют между собой путем бокового перекрывания соседних Строение бензола § р-Электроны всех атомов углерода взаимодействуют между собой путем бокового перекрывания соседних 2 р-АО, расположенных перпендикулярно плоскости σ-скелета бензольного кольца. 9 09. 02. 2018

Строение бензола § Они образуют единое циклическое πэлектронное облако, сосредоточенное над и под плоскостью Строение бензола § Они образуют единое циклическое πэлектронное облако, сосредоточенное над и под плоскостью кольца: 10 09. 02. 2018

Строение бензола § Все связи С-С в бензоле равноценны, их длина равна 0, 140 Строение бензола § 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): 11 09. 02. 2018

Номенклатура аренов § Гомологи бензола – соединения, образованные заменой одного или нескольких атомов водорода Номенклатура аренов § Гомологи бензола – соединения, образованные заменой одного или нескольких атомов водорода в молекуле бензола на углеводородные радикалы (R). 12 09. 02. 2018

Номенклатура аренов § Широко используются тривиальные названия (толуол, ксилол, кумол и т. п. ). Номенклатура аренов § Широко используются тривиальные названия (толуол, ксилол, кумол и т. п. ). § Систематические названия строят из названия углеводородного радикала (приставка) и слова бензол (корень): 13 09. 02. 2018

Номенклатура аренов § Если радикалов два или более, их положение указывается номерами атомов углерода Номенклатура аренов § 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: 14 09. 02. 2018

Номенклатура аренов § Для дизамещенных бензолов R-C 6 H 4 -R используется также и Номенклатура аренов § Для дизамещенных бензолов R-C 6 H 4 -R используется также и другой способ построения названий, при котором положение заместителей указывают перед тривиальным названием соединения приставками: орто- (о-); мета- (м-); пара- (п-) 15 09. 02. 2018

Номенклатура аренов § орто- (о-) заместители у соседних атомов углерода кольца, т. е. 1, Номенклатура аренов § 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 -): 16 09. 02. 2018

Номенклатура аренов § Ароматические одновалентные радикалы имеют общее название Номенклатура аренов § Ароматические одновалентные радикалы имеют общее название "арил". § Из них наиболее распространены в номенклатуре органических соединений два: §C 6 H 5 - (фенил) §C 6 H 5 CH 2 - (бензил) 17 09. 02. 2018

Назовите следующие арены: § по номенклатуре ИЮПАК и тривиальным названиям: 18 09. 02. 2018 Назовите следующие арены: § по номенклатуре ИЮПАК и тривиальным названиям: 18 09. 02. 2018

Структурная изомерия аренов 1. положения заместителей для ди-, три- и тетра-замещенных бензолов (например, о-, Структурная изомерия аренов 1. положения заместителей для ди-, три- и тетра-замещенных бензолов (например, о-, м- и п-ксилолы): 19 09. 02. 2018

Структурная изомерия аренов 2. углеродного скелета в боковой цепи, содержащей не менее 3 -х Структурная изомерия аренов 2. углеродного скелета в боковой цепи, содержащей не менее 3 -х атомов углерода: 20 09. 02. 2018

Структурная изомерия аренов 3. изомерия заместителей R, начиная с R = С 2 Н Структурная изомерия аренов 3. изомерия заместителей R, начиная с R = С 2 Н 5. Например, молекулярной формуле С 8 Н 10 соответствует 4 изомера: три ксилола CH 3 -C 6 H 4 -CH 3 (о-, м-, п-) и этилбензол C 6 H 5 -C 2 H 5. 21 09. 02. 2018

Структурная изомерия аренов 4. Межклассовая изомерия с непредельными соединениями: формуле С 6 Н 6 Структурная изомерия аренов 4. Межклассовая изомерия с непредельными соединениями: формуле С 6 Н 6 соответствует сразу несколько соединений: 22 09. 02. 2018

Пространственная изомерия аренов § Пространственная изомерия относительно бензольного кольца в алкилбензолах отсутствует 23 09. Пространственная изомерия аренов § Пространственная изомерия относительно бензольного кольца в алкилбензолах отсутствует 23 09. 02. 2018

Физические свойства аренов § Бензол и его ближайшие гомологи – бесцветные жидкие вещества, нерастворимые Физические свойства аренов § Бензол и его ближайшие гомологи – бесцветные жидкие вещества, нерастворимые в воде, но хорошо растворяющиеся во многих органических жидкостях. § Легче воды. § Огнеопасны. § Бензол токсичен (вызывает заболевание крови – лейкемию). 24 09. 02. 2018

Физические свойства аренов § Температуры кипения и плавления : 25 09. 02. 2018 Физические свойства аренов § Температуры кипения и плавления : 25 09. 02. 2018

Химические свойства аренов § Отличаются от предельных и непредельных углеводородов. Это объясняется особенностями строения Химические свойства аренов § Отличаются от предельных и непредельных углеводородов. Это объясняется особенностями строения бензольного кольца. § Делокализация шести p-электронов в циклической системе понижает энергию молекулы, что обусловливает повышенную устойчивость (ароматичность) бензола и его 26 гомологов. 09. 02. 2018

Химические свойства аренов § арены не склонны вступать в реакции присоединения или окисления, которые Химические свойства аренов § арены не склонны вступать в реакции присоединения или окисления, которые ведут к нарушению ароматичности. § наиболее характерны реакции, идущие с сохранением ароматической системы, а именно, реакции замещения атомов водорода, связанных с циклом. 27 09. 02. 2018

Химические свойства аренов § Наличие областей повышенной pэлектронной плотности с двух сторон плоского ароматического Химические свойства аренов § Наличие областей повышенной pэлектронной плотности с двух сторон плоского ароматического цикла ведет к тому, что бензольное кольцо является нуклеофилом и в связи с этим склонно подвергаться атаке электрофильным реагентом. 28 09. 02. 2018

Химические свойства аренов § для ароматических соединений наиболее типичны реакции электрофильного замещения: § Другие Химические свойства аренов § для ароматических соединений наиболее типичны реакции электрофильного замещения: § Другие реакции (присоединение, окисление) идут с трудом. 29 09. 02. 2018

Химические свойства аренов § Механизм электрофильного замещения обозначается символом SЕ (по первым буквам английских Химические свойства аренов § Механизм электрофильного замещения обозначается символом SЕ (по первым буквам английских терминов: §S – substitution [замещение], §E – electrophil [электрофил]). 30 09. 02. 2018

Галогенирование (присоединение галогенов) § Замещение атома водорода в бензольном кольце на галоген происходит в Галогенирование (присоединение галогенов) § Замещение атома водорода в бензольном кольце на галоген происходит в присутствии катализаторов (кислот Льюиса): 31 09. 02. 2018

Нитрование (присоединение азотной кислоты) § Бензол реагирует с нитрующей смесью (смесью концентрированных азотной и Нитрование (присоединение азотной кислоты) § Бензол реагирует с нитрующей смесью (смесью концентрированных азотной и серной кислот): 32 09. 02. 2018

Алкилирование § Замещение атома водорода в бензольном кольце на алкильную группу (алкилирование) происходит под Алкилирование § Замещение атома водорода в бензольном кольце на алкильную группу (алкилирование) происходит под действием алкилгалогенидов или алкенов в присутствии катализаторов (кислот Льюиса) или алкенов тремя путями. 33 09. 02. 2018

Алкилирование § 1. реакция Фриделя-Крафтса: 34 09. 02. 2018 Алкилирование § 1. реакция Фриделя-Крафтса: 34 09. 02. 2018

Алкилирование § 2. реакция с алкенами: 35 09. 02. 2018 Алкилирование § 2. реакция с алкенами: 35 09. 02. 2018

Алкилирование § 3. Ацилирование (реакция с ацетильной группой: 36 09. 02. 2018 Алкилирование § 3. Ацилирование (реакция с ацетильной группой: 36 09. 02. 2018

Замещение в алкилбензолах § Получение тринитротолуола (при нитровании толуола С 6 Н 5 CH Замещение в алкилбензолах § Получение тринитротолуола (при нитровании толуола С 6 Н 5 CH 3 (70°С) происходит замещение не одного, а трех атомов водорода с образованием 2, 4, 6 -тринитротолуола): 37 09. 02. 2018

Реакции присоединения § В реакции присоединения, приводящие к разрушению ароматической структуры бензольного кольца, арены Реакции присоединения § В реакции присоединения, приводящие к разрушению ароматической структуры бензольного кольца, арены могут вступать с большим трудом: §реакции гидрирования §реакции хлорирования 38 09. 02. 2018

Реакции присоединения §реакции гидрирования (присоединение водорода к бензолу и его гомологам происходит при повышенной Реакции присоединения §реакции гидрирования (присоединение водорода к бензолу и его гомологам происходит при повышенной температуре и давлении в присутствии катализаторов): 39 09. 02. 2018

Реакции присоединения §реакции хлорирования: §Практическое значение имеет радикальное хлорирование бензола для получения Реакции присоединения §реакции хлорирования: §Практическое значение имеет радикальное хлорирование бензола для получения "гексахлорана" (средство борьбы с вредными насекомыми) 40 09. 02. 2018

Реакции присоединения §реакции радикального хлорирования (В условиях радикальных реакций (ультрафиолетовый свет, повышенная температура) возможно Реакции присоединения §реакции радикального хлорирования (В условиях радикальных реакций (ультрафиолетовый свет, повышенная температура) возможно присоединение галогенов к ароматическим соединениям. ): 41 09. 02. 2018

Окисление аренов § Бензол не окисляется даже под действием сильных окислителей (KMn. O 4, Окисление аренов § Бензол не окисляется даже под действием сильных окислителей (KMn. O 4, K 2 Cr 2 O 7 и т. п. ). § Поэтому он часто используется как инертный растворитель при проведении реакций окисления других органических соединений. § В отличие от бензола его гомологи окисляются довольно легко. 42 09. 02. 2018

Окисление аренов § 1. При действии раствора KMn. O 4 и нагревании в гомологах Окисление аренов § 1. При действии раствора KMn. O 4 и нагревании в гомологах бензола окислению подвергаются только боковые цепи: 43 09. 02. 2018

Окисление аренов § Окисление других гомологов (этилбензол, пропилбензол и т. д. ) также приводит Окисление аренов § Окисление других гомологов (этилбензол, пропилбензол и т. д. ) также приводит к образованию бензойной кислоты. § Разрыв связи при этом происходит между двумя ближайшими к кольцу атомами углерода в боковой цепи: 44 09. 02. 2018

Окисление аренов § 2. Бензол и его гомологи на воздухе горят коптящим пламенем, что Окисление аренов § 2. Бензол и его гомологи на воздухе горят коптящим пламенем, что обусловлено высоким содержанием углерода в их молекулах: § Бензол и его летучие гомологи образуют с воздухом и кислородом взрывоопасные смеси 45 09. 02. 2018

Окисление аренов § 3. получение фенола и ацетона из кумола: 46 09. 02. 2018 Окисление аренов § 3. получение фенола и ацетона из кумола: 46 09. 02. 2018

Получение ароматических углеводородов § I. При коксовании каменного угля образуется каменноугольная смола, из которой Получение ароматических углеводородов § I. При коксовании каменного угля образуется каменноугольная смола, из которой выделяют бензол, толуол, ксилолы, нафталин и многие другие органические соединения. § 47 09. 02. 2018

Получение ароматических углеводородов § II. Ароматизация нефти: § а) дегидроциклизация (дегидрирование и циклизация) алканов Получение ароматических углеводородов § II. Ароматизация нефти: § а) дегидроциклизация (дегидрирование и циклизация) алканов в присутствии катализатора: § 48 09. 02. 2018

Получение ароматических углеводородов § II. Ароматизация нефти: § б) дегидрирование циклоалканов : § 49 Получение ароматических углеводородов § II. Ароматизация нефти: § б) дегидрирование циклоалканов : § 49 09. 02. 2018

Получение ароматических углеводородов § III. Алкилирование бензола галогеналканами или алкенами в присутствии безводного хлорида Получение ароматических углеводородов § III. Алкилирование бензола галогеналканами или алкенами в присутствии безводного хлорида алюминия: 50 09. 02. 2018

Получение ароматических углеводородов § IV. Тримеризация алкинов над активированным углем (реакция Зелинского): § 51 Получение ароматических углеводородов § IV. Тримеризация алкинов над активированным углем (реакция Зелинского): § 51 09. 02. 2018

Получение ароматических углеводородов § V. Сплавление солей ароматических карбоновых кислот со щёлочью (лабораторный метод): Получение ароматических углеводородов § V. Сплавление солей ароматических карбоновых кислот со щёлочью (лабораторный метод): § 52 09. 02. 2018

Применение аренов § Бензол С 6 Н 6 используется как исходный продукт для получения Применение аренов § Бензол С 6 Н 6 используется как исходный продукт для получения различных ароматических соединений – нитробензола, хлорбензола, анилина, фенола, стирола и т. д. , применяемых в производстве лекарств, пластмасс, красителей, ядохимикатов и многих других органических веществ. 53 09. 02. 2018

Применение аренов § Наибольшее практическое значение имеет бензол: 54 09. 02. 2018 Применение аренов § Наибольшее практическое значение имеет бензол: 54 09. 02. 2018

Применение аренов § Толуол С 6 Н 5 -СН 3 применяется в производстве красителей, Применение аренов § Толуол С 6 Н 5 -СН 3 применяется в производстве красителей, лекарственных и взрывчатых веществ (тротил, тол). § Ксилолы С 6 Н 4(СН 3)2 в виде смеси трех изомеров – технический ксилол – применяется как растворитель и исходный продукт для синтеза многих органических соединений. 55 09. 02. 2018

Применение аренов § Изопропилбензол (кумол) С 6 Н 4 -СН(СН 3)2 – исходное вещество Применение аренов § Изопропилбензол (кумол) С 6 Н 4 -СН(СН 3)2 – исходное вещество для получения фенола и ацетона. § Винилбензол (стирол) C 6 H 5 -CН=СН 2 используется для получения ценного полимерного материала полистирола 56 09. 02. 2018

1. Контрольная работа 1. Какие из приведенных на рисунке структур соответствуют бензолу? 57 09. 1. Контрольная работа 1. Какие из приведенных на рисунке структур соответствуют бензолу? 57 09. 02. 2018

2. Контрольная работа Дайте названия следующих ароматических углеводородов: 58 09. 02. 2018 2. Контрольная работа Дайте названия следующих ароматических углеводородов: 58 09. 02. 2018

3. Контрольная работа Какой тип гибридизации характерен для атомов углерода в молекуле бензола? Ответ 3. Контрольная работа Какой тип гибридизации характерен для атомов углерода в молекуле бензола? Ответ 1: 2: 3: 4: 59 sp 3 sp sp 3 d sp 2 09. 02. 2018

4. Контрольная работа Какие арены изомерны другу: а) орто-ксилол; б) этилбензол; в) метилбензол; г) 4. Контрольная работа Какие арены изомерны другу: а) орто-ксилол; б) этилбензол; в) метилбензол; г) 1 -метил-3 -этилбензол; д) мета-ксилол; е) изопропилбензол ? Ответ 1: Ответ 2: Ответ 3: Ответ 60 4: а, а, б, а, б, г, в, в, д е г е 09. 02. 2018

5. Контрольная работа Нарисуйте структурную формулу бензола и: 61 09. 02. 2018 5. Контрольная работа Нарисуйте структурную формулу бензола и: 61 09. 02. 2018

6. Контрольная работа Нарисуйте следующие соединения: 62 09. 02. 2018 6. Контрольная работа Нарисуйте следующие соединения: 62 09. 02. 2018

7. Контрольная работа Массовая доля выхода бензола при тримеризации ацетилена составляет 42%. Чему равна 7. Контрольная работа Массовая доля выхода бензола при тримеризации ацетилена составляет 42%. Чему равна масса ацетилена, необходимого для получения бензола количеством вещества 1 моль? Напишите уравнение реакции. Ответ 1: 2: 3: 4: 63 120, 3 202, 4 185, 7 360, 5 г г 09. 02. 2018

8. Контрольная работа Какое вещество из образующихся в приведенной схеме превращений (X, Y или 8. Контрольная работа Какое вещество из образующихся в приведенной схеме превращений (X, Y или Z) используется как средство борьбы с вредными насекомыми? Назовите это соединение. Ответ 1: 2: 3: 4: 64 X Y Z Z – – уксусная кислота бензол гексахлорциклогексан гексахлорбензол 09. 02. 2018

§ Напишите уравнения реакций, проанализировав видеоролики из папки «Лабораторные опыты» . 65 09. 02. § Напишите уравнения реакций, проанализировав видеоролики из папки «Лабораторные опыты» . 65 09. 02. 2018

Получение аренов § Получение и свойства бензола. § Напишите уравнение реакции: § (видеоролик exp Получение аренов § Получение и свойства бензола. § Напишите уравнение реакции: § (видеоролик exp 6. exe в папке лабораторные опыты) 66 09. 02. 2018

Свойства аренов § Напишите уравнение реакции: § (видеоролик exp 7. exe в папке лабораторные Свойства аренов § Напишите уравнение реакции: § (видеоролик exp 7. exe в папке лабораторные опыты) 67 09. 02. 2018

Свойства аренов § Напишите уравнение реакции: § (видеоролик exp 8. exe в папке лабораторные Свойства аренов § Напишите уравнение реакции: § (видеоролик exp 8. exe в папке лабораторные опыты) 68 09. 02. 2018

Горение аренов § Напишите уравнение реакции: § С 6 Н 6 +О 2 → Горение аренов § Напишите уравнение реакции: § С 6 Н 6 +О 2 → § С 6 Н 5 -СН 3 +О 2 → 69 09. 02. 2018