Презентация на тему: Арены

Арены
История
История изучения бензола
Строение бензола
Арены
Следствия сопряжения
Арены
Ароматичность
Ароматические соединения с конденсированными циклами
Номенклатура производных бензола
Физические свойства бензола
Реакции присоединения бензола
Реакции окисления бензола
Окисление гомологов бензола
Реакции электрофильного замещения ( S E )
Механизм S E для ароматических соединений
Нитрование бензола
Галогенирование бензола
Алкилирование бензола
Сульфирование бензола
Стадии сульфирования
Сравнение S E и А Е
Влияние заместителей в бензольном кольце на электрофильное замещение
Арены
Классификация заместителей
Электронные эффекты заместителей
Электронные эффекты заместителей
Различия между М и I
Типы заместителей
Арены
Арены
Арены
Природные источники бензола и его гомологов
Способы синтеза бензола и его гомологов
Способы синтеза бензола и его гомологов
1/35
Средняя оценка: 4.6/5 (всего оценок: 19)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (160 Кб)
1

Первый слайд презентации: Арены

11ен

Изображение слайда
2

Слайд 2: История

¾ всех органических веществ Ароматические (начало XIX в.) – имеющие приятный запах (ванилин, бензальдегид) Ароматичность – общие признаки строения и химических свойств, подобные бензолу

Изображение слайда
3

Слайд 3: История изучения бензола

Впервые получен в 1825 г. М. Фарадеем (из каменноугольной смолы) В 1834 г. – установлена молекулярная формула – С 6 Н 6 К 1930 г. – электронное строение молекулы с помощью рентгеноструктурного анализа

Изображение слайда
4

Слайд 4: Строение бензола

Молекула плоская УС – в виде правильного 6-угольника Валентные углы - 120 ˚ Атомы С – в sp 2 – гибридизации Каждый атом С – 2 сигма-связи с соседними атомами С и 1 сигма-связь с Н Негибридные орбитали всех 6 атомов С взаимно параллельны и перпендикулярны плоскости УС (бензольного кольца) р-р Сопряжение – образование общего электронного облака (выше и ниже плоскости кольца), по которому свободно перемещаются все 6 электронов, связывая 6 атомов С

Изображение слайда
5

Слайд 5

Изображение слайда
6

Слайд 6: Следствия сопряжения

Все СС связи имеют одинаковую длину (0,140 нм) (ароматическая связь) Многоцентровая пи-связь Резонансные структуры Устойчивость бензольного кольца (гидрирование бензола – 49,8 ккал/моль, циклогексена – 28,8 ккал/моль, циклогексадиена – 1,4 – 56,7 ккал/моль) Энергия сопряжения бензола – 36,6 ккал/моль (электроны идеально распределены среди всех атомов С, участвующих в образовании многоцентровой связи) Устойчивость пи-системы – каждый из входящих в нее электронов притягивается одновременно всеми 6 атомами С кольца Привлекательность пи-системы для электрофильных реагентов

Изображение слайда
7

Слайд 7

Изображение слайда
8

Слайд 8: Ароматичность

Это совокупность химических и физико-химических свойств, вызванных особой устойчивостью структуры Правило Хюккеля: химическое соединение обладает ароматическими свойствами, если: а) его молекула имеет циклическое строение; б) все атомы цикла – в одной плоскости; в) р-орбитали атомов цикла перекрываются друг с другом с образованием циклической системы пи-электронов выше и ниже плоскости молекулы; г) циклическая пи-система включает 4 n+2 электронов ( n=0, 1, 2, 3 …) Бензол – ароматическая система ( n= 1)

Изображение слайда
9

Слайд 9: Ароматические соединения с конденсированными циклами

Конденсированные – 2 бензольных кольца, имеющие 2 общих атома С Нафталин (C 10 Н 8 ): 2 бензольных кольца, sp 2 – гибридизация, 10 негибридных р-орбиталей перекрываются, образуя циклическую пи-систему, состоящую из 10 электронов ( n =2 ) Антрацен, фенантрен(С 14 Н 10 ): 3 конденсированных кольца, имеют пи-систему из 14 электронов ( n=3) Природные источники – каменный уголь (каменноугольная смола), нефть

Изображение слайда
10

Слайд 10: Номенклатура производных бензола

Название заместителя + «бензол» (хлорбензол, нитробензол) Тривиальные названия: толуол, анилин, фенол, бензойная кислота 3 изомера дизамещенных бензолов – приставки орто- (о-), мета- (м-), пара- (п-) (о -нитротолуол, м -нитрохлорбензол, п -бромфенол) Если с бензольным кольцом связано более 2-х заместителей, для обозначения их положения используют цифры (1,2,4-трибромбензол, 3-хлор-5-бром-нитробензол, 2,4,6-трибром-анилин) Если все заместители одинаковы, то положение каждого – цифрой, чтобы заместители получили возможно наименьшие номера Если заместители разные – заместитель при С 1 – последним, а остальные – получают соответствующие номера Если одна из групп в сочетании со словом «бензол» отвечает тривиальному названию вещества, то считается, что она находится в положении 1.

Изображение слайда
11

Слайд 11: Физические свойства бензола

Бесцветная жидкость Температура кипения - 80 ˚С Температура замерзания – 5,5˚С Слабый специфический запах Практически не смешивается с водой Хорошо растворим в органических растворителях Растворяет многие органические вещества Ядовит

Изображение слайда
12

Слайд 12: Реакции присоединения бензола

Не обесцвечивает раствор брома Не присоединяет галогеноводороды Гидрирование: кат – Ni, Pt, повышенная t и повышенное давление Н 2 : С 6 Н 6 + 3Н 2 → С 6 Н 12 ( t=100-200˚, 100атм) Хлорирование: УФ-облучение: С 6 Н 6 Cl 6 ( гексахлоран) Озонолиз: С 6 Н 6 +3О 2 → С 6 Н 6 О 6 (триозонид) + 3Н 2 О → 3С 2 О 2 Н 2 (глиоксаль) + 3Н 2 О 2

Изображение слайда
13

Слайд 13: Реакции окисления бензола

В обычных условиях – устойчив к действию сильных окислителей (К MnO 4, K 2 Cr 2 O 7 +H 2 SO 4, разбавленный раствор HNO 3 ) В промышленности – окисление кислородом воздуха при сильном нагревании, кат – V 2 O 5 → малеиновый ангидрид → малеиновая кислота Горение бензола – коптящее пламя

Изображение слайда
14

Слайд 14: Окисление гомологов бензола

Окисление алкилбензолов сильными окислителями (окисляются алкильные заместители, связанные с бензольным кольцом) → бензойная кислота Окисление диалкилбензолов → дикарбоновые кислоты

Изображение слайда
15

Слайд 15: Реакции электрофильного замещения ( S E )

Легко протекают Механизм – ионный (атака электрофильного реагента) Нитрование: небольшое нагревание, смесь концентрированных азотной и серной кислот (нитрующая смесь) → нитробензол Галогенирование: ( Cl 2, Br 2 ), кат – галогениды алюминия или железа ( III) → хлор- или бромбензол Сульфирование: олеум, комн. T, → бензолсульфокислота, обратимо, т.е. при действии горячего водяного пара → бензол + серная кислота Алкилирование: бензол + галогенопроизводные алканов → алкилбензол, кат – галогениды алюминия

Изображение слайда
16

Слайд 16: Механизм S E для ароматических соединений

Стадия 1 – образование пи-комплекса (не требует больших затрат энергии, протекает быстро) Стадия 2 – образование σ -комплекса (электрофильная частица отнимает у кольца пару электронов и образует σ -связь с одним из атомов С кольца; стадия протекает медленно и требует больших затрат энергии – лимитирующая стадия) Стадия 3 – распад σ -комплекса и образование продуктов реакции, восстановление ароматического кольца, отщепляющийся протон взаимодействует с нуклеофилом)

Изображение слайда
17

Слайд 17: Нитрование бензола

Электрофил – NO 2 +, нуклеофил – HSO 4 - Катализатор – серная кислота Протонирование азотной кислоты серной кислотой: H 2 SO 4 + HO-NO 2 → Распад протонированной азотной кислоты на воду и NO 2 + ( нитроний-катион) Нитроний – катион – сильный электрофил Атака молекулы бензола нитроний-катионом Образование пи-комплекса Образование σ -комплекса Отщепление протона, образование нитробензола. Восстановление катализатора (серной кислоты)

Изображение слайда
18

Слайд 18: Галогенирование бензола

Электрофилы- X +, нуклеофил – AlX 4 -, где Х – Cl, Br Катализаторы – галогениды алюминия AlX 3 + X:X → AlX 4 - + X + Атака бензольного кольца электрофилом – образование пи-комплекса Образование σ -комплекса Отщепление протона, образование продукта Н + + AlX 4 - → HX + AlX 3

Изображение слайда
19

Слайд 19: Алкилирование бензола

Электрофил – R +, нуклеофил – AlX 4 - AlX 3 + R:X → AlX 4 - + R + Атака элетрофила и образование пи-комплекса Образование σ -комплекса Отщепление протона, образование продуктов Восстановление катализатора

Изображение слайда
20

Слайд 20: Сульфирование бензола

Электрофил – SO 3, Нуклеофил – HSO 4 - Очень концентрированные растворы серной кислоты (С близка к 10 0%) Протонирование молекул воды серной кислотой H 2 SO 4 + H 2 O → H 3 O + +HSO 4 - Разложение серной кислоты H 2 SO 4 → SO 3 + H 2 O Суммарно: 2 H 2 SO 4 → H 3 O + + HSO 4 - + SO 3 Чем выше концентрация раствора H 2 SO 4, тем больше смещено равновесие в сторону образования SO 3,… В молекуле SO 3 все 3 связи SO поляризованы: электроны смещены от атома S к О. Положительный заряд на атоме серы делает SO 3 сильным электрофилом, способным присоединиться к бензольному кольцу с образованием связи С S

Изображение слайда
21

Слайд 21: Стадии сульфирования

Атака бензольного кольца молекулой SO 3 Образование пи- комплекса Образование σ -комплекса Взаимодействие σ -комплекса с HSO 4 - → образование аниона сульфокислоты и молекулы H 2 SO 4 Взаимодействие аниона сульфокислоты с H 3 O + → бензолсульфокислота (очень сильная, поэтому равновесие сильно смещено влево) + Н 2 О

Изображение слайда
22

Слайд 22: Сравнение S E и А Е

Сходство: атака электрофильного реагента, направленная на пи-элетронное облако образование пи- комплекса образование σ -комплекса Отличие: А Е - последующее присоединение нуклеофила S E – последующее отщепление протона и взаимодействие его с нуклеофилом (выгодно восстановление ароматичности, т.к. дает выигрыш в энергии)

Изображение слайда
23

Слайд 23: Влияние заместителей в бензольном кольце на электрофильное замещение

Монозамещенные производные бензола С 6 Н 5 Х (где Х = NO 2,, Cl, CH 3, OH, и др. ) могут подвергаться дальнейшему замещению Экспериментальные данные реакций замещения: нитрование толуола ( 58% о-нитротолуола, 4% м-нитротолуола, 38% п-нитротолуола); нитрование нитробензола (6,4% о-динитробензола, 93,3% м-динитробензола, 0,7% п-динитробензола)

Изображение слайда
24

Слайд 24

Скорость и ориентация замещения определяется заместителем, уже имеющимся в кольце Активирующие заместители – повышают реакционную способность бензольного кольца по отношению к S Е ( кольцо становится более активным) Дезактивирующие заместители – делают кольцо менее активным, чем кольцо бензола О- и п- ориентанты – связанные с бензольным кольцом заместители, направляющие вновь поступающую группу в о- и п- положения кольца М- ориентанты - связанные с бензольным кольцом заместители, направляющие вновь поступающую группу в м- положение кольца

Изображение слайда
25

Слайд 25: Классификация заместителей

Активирующие о-, п. ориентанты: -СН 3 и др. алкилы (+ I) -OH, -OR, -NH 2, -NHR, NR 2 (+M >> -I) Дезактивирующие м-ориетанты: -CF 3, -CCl 3 (-I) -COH, -COR, -COOH, -COOR (-M) -NO 2, -SO 3 H, -CN (-M, -I) Дезактивирующие о-, п-ориентанты: -Cl, Br, -I (+M=-I)

Изображение слайда
26

Слайд 26: Электронные эффекты заместителей

Электронный эффект заместителя – воздействие, которое оказывает заместитель на распределение электронной плотности в молекуле I – эффект – способность заместителя вызывать смещение электронных пар 2-хцентровых связей в молекуле (электроны смещаются от менее к более ЭО атому) - I – оттягивание электронной плотности от С к более ЭО атому + I – отталкивание электронной плотности от менее ЭО атома к атому С

Изображение слайда
27

Слайд 27: Электронные эффекты заместителей

М – эффект заместителя – смещение пи-электронов многоцентровой связи, происходящее под действием заместителя. Проявляется, когда р-орбитали одного или нескольких атомов заместителя принимают участие в сопряжении. +М – заместители отдают свои электроны в общую сопряженную пи-систему -М – заместители вытягивают электронную плотность из пи-системы

Изображение слайда
28

Слайд 28: Различия между М и I

I – эффекты характерны для соединений любых типов, а М – эффекты проявляются только в соединениях с многоцентровыми пи- связями (где есть сопряжение) I – эффект заместителя намного слабее, чем М – эффект того же заместителя I – эффекты передаются только на сравнительно небольшие расстояния, М-эффекты могут сильно сказываться на удаленных от заместителя атомах С

Изображение слайда
29

Слайд 29: Типы заместителей

Электронодонорные заместители – суммарное электронное влияние - повышение электронной плотности на др. атомах (группах атомов) в молекуле Электроноакцепторные заместители - суммарное электронное влияние – уменьшение электронной плотности на др. атомах (группах атомов) в молекуле Электронодонорные заместители – алкильные группы (+I), группы: -ОН, OR, -NH 2, -NHR, -NR 2 (+M) Электроноакцепторные заместители - -CF 3, -CCl 3 (-I), -COH, -COR, -COOH, -COOR (-M), -NO 2, -SO 3 H, -CN (-M, -I) Электроноакцепторное влияние может иметь место всегда, когда атом, при помощи которого заместитель непосредственно соединен с кольцом, связан кратной связью с еще более электроотрицательным атомом

Изображение слайда
30

Слайд 30

Промежуточное положение между электронодонорными и электроноакцепторными заместителями – заместители – галогены (- Cl, -Br, -I) -I – эффект р-орбиталь атома Г, содержащая неподеленную пару электронов, перекрывается с пи- системой (+М) +М-эффект Г намного слабее, чем у группы –ОН и др. +М и – I компенсируют друг друга, суммарное электронное влияние Г не является ни электронодонорным, ни электроноакцепторным

Изображение слайда
31

Слайд 31

Электронодонорные заместители повышают устойчивость промежуточных карбркатионов, образующихся при взаимодействии замещенных производных бензола с электрофилом, скорость реакции производных больше, чем у самого бензола Донорное влияние заместителей особенно сильно проявляется тогда, когда электрофил вступает в о- или п- положение, поэтому о- и п- изомеры образуются быстрее и в больших количествах, чем м- изомеры.

Изображение слайда
32

Слайд 32

Электроноакцепторные заместители уменьшают устойчивость карбокатионов, поэтому такие производные бензола реагируют медленнее, чем бензол. Акцепторное влияние заместителя особенно сильно проявляется тогда, когда электрофил вступает в о- или п- положение, поэтому эти изомеры образуются медленнее и в меньших количествах, чем м-изомер Заместители-галогены: делают кольцо менее активным ( -I), способствуют образованию о- и п- изомеров (+М)

Изображение слайда
33

Слайд 33: Природные источники бензола и его гомологов

Природные источники – уголь и нефть При нагревании угля до 1000 º С →каменноугольная смола При перегонке каменноугольной смолы – ароматические соединения (бензол, толуол, фенол, нафталин и т.д.)

Изображение слайда
34

Слайд 34: Способы синтеза бензола и его гомологов

Дегидрирование циклогексана и его гомологов Циклогексан ( Pt, Pd, 300 ºC)→ бензол +3Н 2 (Зелинский, 1912) Дегидроциклизация алканов Алканы с > 6 атомами С ( Pt, 300ºC) → бензол или его гомологи + Н 2 Каталитический риформинг нефти

Изображение слайда
35

Последний слайд презентации: Арены: Способы синтеза бензола и его гомологов

Диспропорционирование циклоалкенов и циклоалкадиенов 3 циклогексен ( Pt, комн. t) → бензол + 2 циклогексан 3 циклогексадиен – 1,3 ( Pt) → 2 бензол + циклогексан Циклотримеризация ацетилена 3 С 2 Н 2 (С акт, 450 º С) → С 6 Н 6 Алкилирование бензола С 6 Н 6 + RCl → C 6 H 5 Cl + HCl

Изображение слайда