Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, 566 01 Vysoké Mýto
H3C
CH3
CH3
CH3
Vymezení arenů V aromatickém cyklu dochází k průniku orbitalů kolmých k rovině cyklu. Vzniká tzv. delokalizovaná vazba π. Stabilita benzenu je umožněna uvolněním delokalizační energie. U benzenu je to 151 kJ/mol oproti 1,3,5-cyklohexatrienu. Areny jsou cyklické uhlovodíky s delokalizovanou vazbou π splňující Hückelovo pravidlo aromaticity. Aromatické uhlovodíky mají 4n+2 π elektronů. Kde n je malé celé číslo. Když n=1 jedná se například o benzen s šesti π elektrony. Když n=2 je to například naftalen s 10 π elektrony.
Delokalizovaná vazba π v molekule benzenu Pz orbitaly atomů uhlíku
Průnik pz orbitalů vytvářející delokalizovanou vazbu π
Šestičlenný cyklus uhlíkových atomů v benzenu
Vzorce a názvy významných arenů CH3
benzen
naftalen
bifenyl
H3C
CH3
o-xylen
CH3
CH3
kumen m-xylen CH3
antracen CH2
CH3
CH3
toluen
styren
p-xylen CH3
Modely molekul některých arenů
benzen
antracen
styren
naftalen
Výskyt a výroba arenů Areny se vyskytují v ropě a černouhelném dehtu. Dehet se získává karbonizací černého uhlí*. Z těchto základních surovin se získávají areny destilací. Název
Bod tání
Bod varu
benzen
5,5
80,1
toluen
-93
110,6
naftalen
80
218
p-xylen
13,3
140
*Karbonizace
je zahřívání uhlí bez přístupu vzduchu. Produkty karbonizace jsou koks, dehet a karbonizační plyn.
Vlastnosti arenů Oxidace Hoření probíhá za vzniku velkého množství sazí.
2C 6 H 6 3O 2 12C 6H 2 O
Oxidace jádra chemickými činidly vede ke vzniku anhydridů. Z benzenu vzniká anhydrid kyseliny maleinové, z naftalenu anhydrid kyseliny ftalové. Oxidací vedlejšího řetězce toluenu vznikne benzaldehyd a další oxidací kyselina benzoová. Oxidací p-xylenu vznikne kyselina tereftalová. O
O
CH3 O) (
benzaldehyd
OH
O) (
kyselina benzoová
Elektrofilní substituce vodíku na aromatickém jádře. Chlorace benzenu Cl
chlórbenzen
Cl 2 AlCl 3 HCl
Nitrace benzenu
O N O
HNO 3 H 2 O H 2SO 4 konc.
Sulfonace benzenu H 2 SO 4 H 2 O
nitrobenzen
O HO S O
kyselina benzensulfonová
Alkylace benzenu CH3
toluen
CH 3 Cl AlCl 3 HCl H3C
CH3
CH 3 CHClCH 3 AlCl 3 HCl
kumen (izopropylbenzen)
Acylace benzenu CH3
CH 3 COCl HCl
O
fenylmetylketon
Vliv substituentů na aromatickém jádře na další substituci 1. Substituenty první třídy zvyšují elektronovou hustotu v jádře a řídí vstup dalšího substituentu do polohy ortho a para 2. Substituenty druhé třídy snižují elektronovou hustotu v jádře a řídí vstup dalšího substituentu do polohy meta.
Substituenty 1. třídy
NH2
OH
OR
R
X
Substituenty 2. třídy
NO2
SO3H
CHO
COOH
CN
Příklady vlivu substituentů na vstup dalšího substituentu do polohy ortho a para Nitrace toluenu CH3
NO2
CH3
NO2 2,4,6-trinitrotoluen
2SO 4 konc. 3HNO 3 H 3H 2 O
NO2
meta Nitrace nitrobenzenu NO2 2SO 4 konc. HNO 3 H H 2 O
NO2
NO2 1,3-dinitrobenzen
Radikálové adice arenů Hydrogenace Ni 3H 2
cyklohexan
Ni 5H 2
dekalin (dakahydronaftalen)
Chlorace Cl Cl
Cl
Cl
Cl
3Cl 2 UV
Cl
1,2,3,4,5,6-hexachlorcyklohexan HCH
Využití arenů Benzen Je hořlavá, bezbarvá ve vodě nerozpustná kapalina. Je rozpustný v organických rozpouštědlech a sám se také používá jako rozpouštědlo organických látek. Je jedovatý a má karcinogenní účinky. Získává se z produktů karbonizace uhlí nebo dehydrogenací cyklohexanu. Jako surovina se používá k výrobě etylbenzenu, fenolu, anilinu a anhydridu kyseliny maleinové. Toluen Je známě rozpouštědlo barev a laků ale také surovina k výrobě kyseliny benzoové, sladidla sacharínu a výbušniny trinitrotoluenu TNT. Páry toluenu jsou jedovaté a mají vliv na CNS. Styren Získává se katalytickou dehydrogenací etylbenzenu a je to monomer pro výrobu polystyrenu. Kumen Vyrábí se reakcí propenu s benzenem a je surovinou pro výrobu fenolu a acetonu. Naftalen Je obsažen v černouhelném dehtu. Sublimuje a zapáchá. Používá se jako dezinfekční činidlo, k ochraně oděvů proti molům, k výrobě barviv.
Použitá literatura MAREČEK, Aleš a Jaroslav HONZA. Chemie pro čtyřletá gymnázia. 3., přeprac. vyd. Olomouc: Nakladatelství Olomouc, 2005, 227 s. ISBN 80-7182-141-1
Registrační číslo projektu Šablona
CZ.1.07/1.5.00/34.0951 III/2 INOVACE A ZKVALITNĚNÍ VÝUKY PROSTŘEDNICTVÍM ICT
Autor
Ing. František Paseka
Název materiálu / Druh
10. Areny/ prezentace
Ověřeno ve výuce dne
25. 04. 2014
Předmět
Chemie
Ročník
Druhý
Klíčová slova
Areny, Hückelovo pravidlo aromaticity, delokalizovaná vazba π, výskyt a výroba arenů, chemické vlastnosti arenů, oxidace, elektrofilní substituce- chlorace, nitrace, sulfonace, alkylace a acylace. Benzen, naftalen, toluen, styren, kumen .
Anotace
Úvodem se vymezuje skupina arenů. Vysvětluje se vznik delokalizovné vazby π . Na dalším snímku jsou základní způsoby výroby arenů. Z chemických vlastností je popsána oxidace, elektrofilní substituce s příklady a adice. U substituce je vysvětlen vliv prvního substituentu na další substituci. Závěrem jsou uvedeny nejvýznamnější areny, jejich význam a použití.
Metodický pokyn
prezentace je určena jako výklad do hodiny i jako materiál určený k samostudiu
Celková velikost / počet stran
16
Pokud není uvedeno jinak, použitý materiál je z vlastních zdrojů autora.
