post

Арени. Бензен – бензеново ядро

Ароматните въглеводороди, чиито базов представител е органичното съединение бензен (C6H6), съдържат в молекулата си устойчиви пръстени съставени от 6 въглеродни атоми в sp2 – хибридно състояние. Те носят общото название арени, а пръстените им се наричат бензенови ядра (Аr).

Бензен – строеж

Както вече споменахме, най-простият представител на арените е бензенът. Първата му структурна формула е предложена от немския химик Фридрих Кекуле. Тя правилно отразява количествения и качествения състав на бензена, но има съществени недостатъци.

Делокализирана химична връзка при бензена

Делокализирана химична връзка при бензена

Въпреки наличието на двойни връзки (пи-връзки, π) във формулата на Кекуле, на практика бензенът проявява стабилност близка до тази на наситените въглеводороди. Това ще рече, че той е устойчив на силни окислители. За да се обяснят различията между класическата структурна формула на бензена и действителните му химични свойства е създадена съвременна теория за неговия строеж.

бензен - тримерен модел на молекулата

бензен – тримерен модел на молекулата

В нея двойните химични връзки между въглеродните атоми са делокализирани в следствие на страничното припокриване на p-AO под и над равнината на въглеродния пръстен. Това означава, че те не принадлежат само на атомите, които ги образуват, а на цялата молекула. Формира се ароматно ядро (бензеново ядро) от електронната плътност на π-връзките.

Разстоянията между въглеродните атоми са еднакви, както и всички валентни ъгли в същата равнина. От това следва, че ъглите са равни на 120 градуса. Спрягането (делокализцията) на пи-електроните намалява реактивоспособността на бензена и това е причината той да проявява свойства близки до ненаситените въглеводороди.

Онези въглеводороди, които могат да се разглеждат като произлезли от бензена, след заместване на един или повече водородни атоми в молекулата му с алкилови групи (R), се наричат алкилбензени. Алкилбензените  с един заместител е възможно да се подреждат в хомоложни редове, на които първият представител е бензенът.

Въглеводороди, в чиито молекули се съдържат ароматно ядро и мастни вериги, носят названието мастно-ароматни. Ароматните съединения могат да бъдат с кондензирани ядра като нафталена или с некондензирани ядра като бифенила.

молекули с две ядра

молекули с две ядра

Наименования и изомерия

По номенклатура на IUPAC наименованията на моноалкилбензените се формират като към названието на алкиловия остатък се добави думата бензен – например метилбензен, етилбензен, пропилбензен и т.н. Алкилбензените с повече алкилови заместители в бензеновото ядро се наименоват, като в азбучен ред се изреждат названията им и с числа пред всяко название се указва мястото на свързване на алкиловия радикал с бензеновото ядро и накрая отново се добавя думата бензен. Някои ароматни съединения са запазили тривиалните си наименования като толуен, нафтален и др. Ако разглеждаме бензеновото ядро като заместител то се нарича фенилов остатък – например 2-фенилпропан.

позиционни изомери - орто, мета и пара, бензен

позиционни изомери – орто, мета и пара

При алкилбензените може да се наблюдава както верижна така и позиционна изомерия. Верижната обикновено касае алкиловия остатък. Позиционната може да се наблюдава и в бензеновото ядро, когато имаме два или повече заместителя. Тя е резултат от разлики във взаимното разположение на заместителите.

Когато алкиловите остатъци са свързани с два съседни въглеродни атома имаме орто-изомер. Когато заместителите се намират през един въглероден атом в бензеновото ядро, се наблюдава мета-изомер. Когато заместителите са свързани с два срещуположни въглеродни атоми в бензеновото ядро, съединението е пара-изомер.

Физични свойства

При обикновени условия химичното вещество бензен е безцветна течност със силна миризма и отровни пари. Той е неразтворим във вода, добре разтворим в органични разтворители и самият се явява отличен разтворител на органични съединения както и на йод, фосфор и др.

Нафталенът също има силна специфична миризма, бифенилът слаба миризма, а висшите арени почти нямат мирис. Температурите на кипене и топене на алкилбензените се изменят правилно с нарастване на молекулната им маса, т.е. нарастват.

Химични свойства на бензен

1.) Заместителни реакции в бензеновото ядро. Заместването на водородни атоми протича по електрофилен механизъм. При всички заместителни реакции на бензена крайните продукти се запазват делокализираната пи-електронна връзка на ароматното ядро.

C6H6 + Br-Br → HBr + C6H5Br (бромобензен)

Освен халогениране, нитриране и сулфониране може да се извърши и алкилиране посредством синтеза на Фридел-Крафтс. То протича в присъствието на люисови киселини, които са съединения с незапълнен електронен октет при централния атом – например AlCl3,FeCl3 и др.

C6H6 + CH3Cl → HCl + C6H5-CH3 (толуен)

2.) Присъединителни реакции – при висока температура, налягане и в присъствие на катализатор към бензеновите ядра може да се присъединява водород до получаването на съответния циклоалкан. Например при пълното хидриране на бензен се получава циклохексан, а при нафталена се образува декалин.

редуциране на бензен до циклохексан

редукция на бензен до циклохексан

По радикалов механизъм може да се присъединява халоген. Пример за това е получаването на хексахлороциклохексана.

C6H6 + 3Cl2 → C6H6Cl6 (хексахлороциклохексан)

3.) Горене – както всички органични съединения и ароматните горят, като някои се прибавят към бензина и по този начин повишават октановото му число.

2C6H6 + 15О2 → 12CО2 + 6H2О

4.) Окисление. Тъй като бензеновото ядро е много устойчиво на окислители, окислителните реакции са характерни само за алкилбензените и то в алкиловия остатък. Окислението винаги протича при въглеродния атом, който е пряко свързан с бензеновото ядро.

окисление на алкилбензен

окисление на алкилбензен (толуен)

5.) Заместителните реакции в алкиловата група са възможни с халогени и протичат по верижно-радикалов механизъм и в присъствие на слънчева светлина.

C6H5-CH3 + Cl2 → C6H5-CH2Cl + HCl

Получаване, приложение и значение на арени

1.) Бензен може да се получи чрез тримеризация на етин или чрез дехидриране на хексан.

3H-C≡C-H → C6H6

C6H12 → C6H6 – 3H2

Получаването на алкилбензените може да стане както в промишлени условия при риформингпроцеси така и лабораторно.

2.) Синтез на Фридел-Крафтс (кат. AlCl3).

C6H6 + RCl → HCl + C6H5-R

3.) Синтез на Вюрц-Фитиг.
Ar-Br + 2Na + Br-R → Ar-R + 2NaBr

4.) Етилиране на бензен (кат. AlCl3).
C6H6 + HC2=CH2 → C6H5-CH2CH3

Арените и алкиларените намират широко приложение в органичния синтез, но те могат да бъдат и опасни химически замърсители. Като цяло са отровни вещества и дори в малки количества имат канценогенен ефект, а също могат да доведат до тежко отравяне или смърт.

Сходни Публикации

4 thoughts on “Арени. Бензен – бензеново ядро

  1. Моля отстранете грешката в наименованието на веществото в т.1 получаване на бензен . Бензен се получава , чрез дехидриране на циклохексан – С6Н12, а не от хексан, който има молекулна формула С6Н14.

    • Винаги ценим когато читателите откриват допуснатите от нас грешки, но в конкретния случай мисля, че сте се подвели зрително… Въпреки всичко благодарности за това, че обръщате внимание на детайлите!

  2. …и самият бензен е отличен разтворител на органични съединения като йод, фосфор… това ОРГАНИЧНИ съединения ли са според Вас?!

    • Тук, вие не сте прочели внимателно: не е „като“, а е „каКто и на“, но пак ви благодаря, че ни помагате да поправяме допуснатите грешки.

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *

Leave the field below empty!