Ароматические соединения

метки: Ароматический, Производство, Пестицид, Применение, Система, Углеводород, Электрон, Реакция

— циклические органические соединения, которые имеют в своём составе ароматическую систему связей. Они могут иметь насыщенные или ненасыщенные боковые цепи.

К наиболее важным ароматическим углеводородам относятся бензол С₆ Н₆ и его гомологи: толуол С₆ Н₅ СН_з , ксилол С₆ Н₄ (СН_з )₂ и др.; нафталин C₁₀ H₈ , антрацен С₁₄ Н₁₀ и их производные. Отличительные химические свойства — повышенная устойчивость ароматического ядра и склонность к реакциям замещения. Основным источником получения ароматических углеводородов служат каменноугольная смола, нефть и нефтепродукты. Большое значение имеют синтетические методы получения. Ароматические углеводороды — исходные продукты для получения кетонов, альдегидов и кислот ароматического ряда, а также многих других веществ.

Существуют также гетероциклические арены, среди которых чаще всего встречаются в чистом виде и в виде соединений — пиридин, пиррол, фуран и тиофен, индол, пурин, хинолин.

Также ароматичностью обладает боразол («неорганический бензол»), но его свойства заметно отличаются от свойств органических аренов.

1. Критерии ароматичности

Единой характеристики, позволяющей надежно классифицировать соединение как ароматическое или неароматическое не существует. Основными характеристиками ароматических соединений являются:

• склонность к реакциям замещения, а не присоединения (определяется легче всего, исторически первый признак, пример — бензол, в отличие от этилена не обесцвечивает бромную воду)
• выигрыш по энергии, в сравнении с системой несопряженных двойных связей. Также называется Энергией Резонанса (усовершенствованный метод — Энергией Резонанса Дьюара) (выигрыш настолько велик, что молекула претерпевает значительные преобразования для достижения ароматичного состояния, например циклогексадиен легко дегидрируется до бензола, двух и трехатомные фенолы существуют преимущественно в форме фенолов (енолов), а не кетонов и.т.д.).

• наличие кольцевого магнитного тока (наблюдение требует сложной аппаратуры), этот ток обеспечивает смещение хим-сдвигов протонов, связанных с ароматическим кольцом в слабое поле (7-8 м.д. для бензольного кольца), а протонов расположенных над/под плоскостью ароматической системы — в сильное поле (спектр ЯМР).
  4 стр., 1730 слов

  Гипс, его свойства, виды, марки

  ... называемый - медицинский гипс, который чаще используется: в стоматологии, для получения оттиска, модели челюсти; в качестве формовочного материала; ... Кроме того, гипс является безопасным в применении материалом, то есть экологически чистым товаром. Гипс имеет уникальное свойство - ... материалы менялся внешний вид декоративных рельефов. Высеченные в мраморе или отлитые в гипсе, вырезанные из дерева ...

• наличие самой плоскости (минимально искаженной), в которой лежат все (либо не все — гомоароматичность) атомы образующие ароматическую систему. При этом кольца пи-электронов, образующиеся при сопряжении двойных связей (либо электронов входящих в кольцо гетероатомов) лежат над и под плоскостью ароматической системы.
• практически всегда соблюдается Правило Хюккеля: ароматичной может быть лишь система, содержащая (в кольце) 4n+2 электронов (где n = 0, 1, 2, …).

  Система, содержащая 4n электронов является антиароматичной (в упрощенном понимании это обозначает избыток энергии в молекуле, неравенство длин связей, низкая стабильность — склонность к реакциям присоединения).

  В то же время, в случае пери-сочленения (есть атом(ы), принадлежащий(е) одновременно 3 циклам, то есть возле него нет атомов водорода или заместителей), общее число пи-электронов не соответствует правилу Хюккеля (фенален, пирен, коронен).

  Также предсказывается, что если удастся синтезировать молекулы в форме ленты Мёбиуса (кольцо достаточно большого размера, дабы закручивание в каждой паре атомных орбиталей было мало), то для таких молекул система из 4n электронов будет ароматичной, а из 4n+2 электронов — антиароматичной.

2. Получение

• Каталитическая дегидроциклизация алканов, то есть отщепление водорода с одновременной циклизацией. Реакция осуществляется при повышенной температуре с использованием катализатора, например оксида хрома.
• Каталитическое дегидрирование циклогексана и его производных. В качестве катализатора используется палладиевая чернь или платина при 300 °C. (Н. Д. Зелинский)
• Циклическая тримеризация ацетилена и его гомологов над активированным углем при 600 °C. (Н. Д. Зелинский)
• Алкилирование бензола галогенопроизводными или олефинами. (Реакция Фриделя — Крафтса)

3. Классификация

В общих чертах ароматические углеводороды можно классифицировать следующим образом:

Системы с 2 π-электронами.

Представлены производными катиона циклопропенилия и дикатион циклобутадиена. Например перхлорат циклопропенилия.

Системы с 6 π-электронами.

1. Бензол и его гомологи (бесконечно распространены в природе, обязательно входит в состав любых живых белковых организмов).

2. Циклопентадиенил анион (легко образуется из самого циклопентадиена)
3. Циклогептатриенил катион (определенную ароматичность сохраняют встречающиеся в природе трополоны)
4. Дианион циклобутадиена, дикатион циклооктатетраена (системы столь же оригинальные, как и системы с 2 пи-электронами)
5. Пяти- и шестичленные циклы, содержащие один или несколько гетероатомов, обычно азота, кислорода или серы. Наиболее распространены в природе и химическом «быту» пиррол, фуран, тиофен, пиридин.

Системы с 10 π-электронами.

1. Нафталин. Широко встречается в природе, конденсированные бензольные кольца.
2. Азулен. Изомер нафталина, содержит в себе 5 и 7-членное кольца. Встречается в эфирных маслах (распространенность гораздо меньше, чем у бензола и нафталина).
   8 стр., 3852 слов

   Содержание Введение Глава Современные электронные системы управления ...

   ... маршрутизация, с параллельным и последовательным выполнением работ. Данные системы применяются, прежде всего, для автоматизации документооборота и рутинных многошаговых офисных операций. Технологии организации электронного взаимодействия исполнителей на основе постоянного обмена документами . Системы, ...

3. Дианион циклооктатетраена, анион циклононатетраена, азонин, 1,6-замещенные-[10]-аннулены (мостиковые), прочие моноциклические редкости.
4. Индол, хинолин, изохинолин, хиназолин, хиноксалин, другие системы, основанные на бензольном кольце, конденсированном с другим кольцом, в котором находится гетероатом. Широко распространены в природе.
5. Хинолизидин, пирролизидин, пурин, птеридин (их аналоги) — бициклические производные пиррола, пиридина и т. д. Содержат атомы азота (реже — кислорода в точке сопряжения либо несколько гетероатомов, в обоих кольцах).

   Широко распространены в природе. Далее соединения классов 4 и 5 не рассматриваются.

Системы с 14 π-электронами.

1. Антрацен, фенантрен, в определенном смысле — фенален — конденсированные бензольные кольца. Соединения такого типа называют полиаценами (следующий — тетрацен).

2. [14]-аннулены. Как сам по себе, так и его мостиковые вариации (транс-15,16-диметилгидропирен, син-1,6:8,13-бисоксидо[14]аннулен).

   Также ароматичен дегидро[14]аннулен.

Системы с более чем 14 π-электронами.

1. 18-Аннулен, кекулен (теоретически может быть представлен как две системы: [30]-аннулен и [18]-аннулен, практически представляет собой, по данным ЯМР, систему конденсированных бензольных колец).^[1] .
2. Коронен — ароматически полициклический углеводород, содержащий 24 π-электрона, что означает по правилу Хюккеля его антиароматичность. Однако π-электронная система коронена состоит из двух концентрических колец, содержащих 18 (внешнее) и 6 (внутреннее) электронов.^[2]

Гомоароматичные системы

Один из атомов кольца, которое не может расположиться в плоскости, резко выведен из этой плоскости, сохраняет sp³ гибридизацию и не участвует в сопряжении. Так при растворении циклооктатетраена в серной кислоте образуется гомотропилиевый ион. Аналогичную структуру имеет трисгомоциклопропенильный катион

Сидноны

И прочие мезоионные соединения. Принадлежность сиднонов к ароматическим соединениям так и не была однозначно принята всеми учеными (Предлагал В.Бекер).

Впрочем единственный протон, связанный с углеродом, вступает во многие реакции, характерные для аренов (нитрование, сульфирование, хлорирование, меркурирование и.т.д.), а сам сиднон содержит циклическую систему пи-орбиталей.

Спироароматические системы

Представитель — [4,2]спирарен. Подчиняется правилу Хюккеля.

4. Свойства

Все ароматические соединения — твердые или жидкие вещества. Отличаются от алифатических и алициклических аналогов высокими показателями преломления и поглощения в близкой УФ и видимой области спектра. Для ароматических соединений характерны реакции замещения, как электрофильного (галогенирование, нитрование, сульфирование, алкилирование, ацилирование, др.), так и нуклеофильного (по различным механизмам).

Возможны реакции присоединения, окисления (для аренов бензойного ряда — в весьма жестких условиях и/или с катализаторами).

Этилен и его производные в промышленном органическом синтезе

... показатели нефтехимических производств. Из этилена получают более 200 ценных соединений, важнейшими из ... многих природных соединений, содержащих органические вещества. Процесс пиролиза для получения этилена осуществляется в ... повышением температуры реакции. Для торможения цепной реакции замещения при хлорировании этилена и ... хлороводорода, после чего выводятся из системы. Из сборника 2 дихлорэтан- ...

Примечания , Литература

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/na-temu-primenenie-aromaticheskih-uglevodorodov/

• Дж. Марч. Органическая Химия. Реакции, механизмы и структура. 1 том.
• Керри. Сандберг. Органическая химия. Механизмы реакций. 1 том.
• Химическая Энциклопедия в 5 томах. ред. И. Л. Кнунянц. 1 том.

Данный реферат составлен на основе .