2.4 AROMATICKÉ UHLOVODÍKY

Podobné dokumenty
Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

Škola: Gymnázium, Brno, Slovanské náměstí 7 III/2 - Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Inovace výuky na GSN prostřednictvím ICT

UHLOVODÍKY ALKANY (...)

Nerozvětvené (atomy C jsou spojeny maximálně s dvěma dalšími C) Rozvětvené (atomy C jsou spojeny s více než dvěma dalšími C)

ARENY. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: devátý

1)uhlovodík musí být cyklický, všechny atomy musí být v jedné rovině

Aromacké uhlovodíky reakce

Inovace bakalářského studijního oboru Aplikovaná chemie

Fyzikální vlastnosti. Chemické vlastnosti

Herní otázky a jejich řešení:

H H C C C C C C H CH 3 H C C H H H H H H

1. nitrosloučeniny R-NO 2 CH 3 -NO aminosloučeniny R-NH 2 CH 3 -NH 2

16.IZOMERIE a UHLOVODÍKY 1) Co je to izomerie a jak se dělí? 2) Co je konstituce, konfigurace a konformace? 3) V čem se izomery shodují a v čem liší?

CYKLICKÉ UHLOVODÍKY O

ANORGANICKÁ ORGANICKÁ

ALKOHOLY, FENOLY A ETHERY. b. Jaké zdroje cukru znáte a jak se nazývají produkty jejich kvašení?

HYDROXYDERIVÁTY. Alkoholy Fenoly Bc. Miroslava Wilczková

Charakteristika Teorie kyselin a zásad. Příprava kyselin Vlastnosti + typické reakce. Významné kyseliny. Arrheniova teorie Teorie Brönsted-Lowryho

Vlastnosti. Pozor! H 3 C CH 3 H CH 3

Gymnázium Jana Pivečky a Střední odborná škola Slavičín Mgr. Veronika Prchlíková III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ITC

Aromáty. Aromáty. Jak bylo uvedeno v kapitole o názvosloví, jinak nakreslená molekula není jiná látka, tj. Všechny uvedené obrázky jsou TOLUEN

Alkeny. Alkeny. Největšíprůmyslový význam majíethen (ethylen) a propen (propylen) jako suroviny pro další přeměny nebo pro polymerace

16.UHLOVODÍKY A IZOMERIE ORGANICKÝCH SLOUČENIN IZOMERIE:

Příklady k semináři z organické chemie OCH/SOCHA. Doc. RNDr. Jakub Stýskala, Ph.D.

Karboxylové kyseliny a jejich funkční deriváty

Kyslíkaté deriváty. 1) Hydroxyderiváty: a) Alkoholy b) Fenoly. řešení. Dle OH = hydroxylová skupina

Autor: Tomáš Galbička Téma: Alkany a cykloalkany Ročník: 2.

Organická chemie (KATA) rychlý souhrn a opakování

Rozdělení uhlovodíků

Alkany a cykloalkany

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

c. Jakým způsobem mohou být odděleny jednotlivé složky ropy?

Reakce alkanů 75. mechanismem), iniciované světlem nebo radikálovými iniciátory: Oxidace kyslíkem, hoření, tvorba hydroperoxidů.

VY_32_INOVACE_29_HBENO5

Hydroxysloučeniny Tento výukový materiál vznikl za přispění Evropské unie, státního rozpočtu ČR a Středočeského kraje Únor

Jednou z nejdůležitějších skupin derivátů uhlovodíků jsou sloučeniny obsahující jednovazné hydroxylové skupiny OH, proto hydroxyderiváty:

Jméno autora: Mgr. Ladislav Kažimír Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_06_Ch_OCH

Masarykova střední škola zemědělská a Vyšší odborná škola, Opava, příspěvková organizace

EU peníze středním školám digitální učební materiál

Substituce na aromatickém jádře S E Ar, S N Ar. Elektrofilní aromatická substituce S E Ar

CHEMIE - Úvod do organické chemie

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/

ORGANICKÉ SLOUČENINY DUSÍKU

Ukázky z pracovních listů

Úvod Obecný vzorec alkoholů je R-OH.

Základní škola a mateřská škola Hutisko Solanec. žák uvede základní druhy uhlovodíků, jejich použití a zdroje. Chemie - 9. ročník

2.3 CHEMICKÁ VAZBA. Molekula bílého fosforu P 4 a kyseliny sírové H 2 SO 4. Předpona piko p je dílčí jednotkou a udává velikost m.

Aminy a další dusíkaté deriváty

Řešené příklady k procvičení

HETEROCYKLICKÉ SLOUČENINY

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

ORGANICKÁ CHEMIE I pro bakalářský stud. program (Varianta A) Jméno a příjmení... Datum... Kroužek/Fakulta.../... Zápočet udělil(a)...

OCH/OC2. Karbonylové sloučeniny 1

2016 Organická chemie testové otázky

3. V nádobách na obrázku č. 2 jsou látky, které můžeme mít doma. Některé z nich jsou anorganické

EU peníze středním školám digitální učební materiál

Organická chemie 3.ročník studijního oboru - kosmetické služby.

Názvosloví uhlovodíků

Otázka: Vodík. Předmět: Chemie. Přidal(a): Ivana K. Značka: H. El. konfigurace: 1s 2. Elektronegativita: 2,2. 3 Izotopy:

Acetylen. Tlakové láhve s acetylenem. Toxicita acetylenu

CH 2 = CH 2 ethen systematický název propen CH 2 = CH CH 3 but-1-en CH 2 = CH CH 2 CH 3 but-2-en CH 3 CH = CH CH 3 buta-1,3-dien CH 2 = CH CH = CH 2

CH 3 -CH 3 -> CH 3 -CH 2 -OH -> CH 3 -CHO -> CH 3 -COOH ethan ethanol ethanal kyselina octová

Oxidace. Radikálová substituce alkanů. Elektrofilní adice. Dehydrogenace CH 3 CH 3 H 2 C=CH H. Oxygenace (hoření)

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

6. Vyberte látku, která má nepolární charakter: 1b. a) voda b) diethylether c) kyselina bromovodíková d) ethanol e) sulfan

Alkyny. C n H 2n-2 (obsahuje jednu trojnou vazbu) uhlíky v sp hybridizaci

VLASTNOSTI ALKANŮ 2. RADIKÁLOVÁ SUBSTITUCE 3. ELIMINAČNÍ REAKCE VÝZNAMNÉ ALKANY. Substituční reakce. Sulfochlorace alkanů. Termolýza.

KARBOXYLOVÉ KYSELINY C OH COOH. řešení. uhlovodíkový zbytek. KARBOXYLOVÝCH funkčních skupin. - obsahují 1 či více

Téma : Uhlovodíky Areny Toluen a naftalen Název : Vlastnosti toluenu a naftalenu

Reakce aldehydů a ketonů s N-nukleofily

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Organická chemie. názvosloví acyklických uhlovodíků

Názvosloví Konformace Isomerie. Uhlíky: primární (1 o ) sekundární (2 o ) terciární (3 o ) kvartérní (4 o )

ALKANY. ený. - homologický vzorec : C n H 2n+2 2 -

Škola: Gymnázium, Brno, Slovanské náměstí 7 III/2 - Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Inovace výuky na GSN prostřednictvím ICT

SEMINÁRNÍ PRÁCE. Jméno: Obor: 1. Pojmenujte následující sloučeniny:

Ch - Uhlovodíky VARIACE

Opakování učiva organické chemie Smart Board

Chemie - 3. ročník. přesahy, vazby, mezipředmětové vztahy průřezová témata. očekávané výstupy RVP. témata / učivo. očekávané výstupy ŠVP.

CHE NÁRODNÍ SROVNÁVACÍ ZKOUŠKY KVĚTNA Datum konání zkoušky: 1. května Max. možné skóre: 30 Počet řešitelů testu: 242

Karboxylové kyseliny

Učební osnovy Vzdělávací oblast: Člověk a příroda Vzdělávací obor: Chemický kroužek ročník 6.-9.

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Repetitorium anorganické a organické chemie Ch51 volitelný předmět pro 4. ročník

AROMATICKÉ SLOUČENINY - REAKTIVITA TYPICKÉ REAKCE AROMATICKÝCH SLOUČENIN - SUBSTITUCE ELEKTROFILNÍ AROMATICKÁ

Škola: Gymnázium, Brno, Slovanské náměstí 7 III/2 - Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Inovace výuky na GSN prostřednictvím ICT

1. ročník Počet hodin

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

Chemie. 5. K uvedeným vzorcům (1 5) přiřaďte tvar struktury (A D) jejich molekuly. 1) CO 2 2) SO 2 3) SO 3 4) NH 3 5) BF 3.

Teploty tání a varu jsou měřítkem čistoty organické sloučeniny Čisté sloučeniny tají, nebo vřou při malém teplotním rozmezí (1-2 C) a celkem vysoké

ORGANICKÁ CHEMIE I pro bakalářský stud. program (Varianta A) Jméno a příjmení... Datum... Kroužek/Fakulta.../... Vyučující na semináři...

17. DUSÍKATÉ DERIVÁTY, EL. POSUNY

Učební osnovy předmětu. Chemie

Základní chemické pojmy

Aromatické uhlovodíky

Organická chemie 1 - sylabus

MATURITNÍ OTÁZKY Z CHEMIE

Transkript:

2.4 AROMATICKÉ UHLOVODÍKY Označení aromatické uhlovodíky sice historicky souvisí s charakteristickým zápachem mnohých z nich (např. benzen páchne po dehtu, toluen zapáchá jako toluánský balzám či benzaldehyd má vůni třešní), nyní se toto označení používá pro širokou skupinu sloučenin, které splňují následující kritéria: a) jejich molekuly jsou cyklické a planární (všechny atomy uhlíku v cyklu leží v jedné rovině), b) v molekulách je přítomno 4n+2 (n = 0, 1, 2,...) valenčních π elektronů, které se podílí na tvorbě konjugovaných vazeb (tzv. Hückelovo pravidlo), c) vzorec konkrétní aromatické sloučeniny lze zakreslit více ekvivalentními způsoby, tzv. rezonančními strukturami. Pravidla aromaticity nesplňují pouze elektroneutrální molekuly, ale také mnohé ionty, které se dle toho nazývají aromatické ionty. Nejjednodušším aromatickým uhlovodíkem je benzen C 6 H 6. Ten byl sice izolován již v roce 1825 Michaelem Faradayem z ropy, avšak přesná struktura a rozložení elektronů ve struktuře této sloučeniny bylo delší dobu záhadou. Na obrázku 2.5 jsou znázorněny některé návrhy toho, jak si tehdejší vědci představovali strukturu benzenu. Obr. 2.5 Představy o struktuře benzenu Strukturu benzenu správně popsal v roce 1865 německý chemik Friedrich August von Stradonitz Kekulé. Ten navrhl, že benzen má šestiuhlíkatou cyklickou strukturu, ve které existuje systém konjugovaných dvojných vazeb. Tuto strukturu lze zakreslit pomocí rezonančních struktur, ve kterých se v pravidelném šestiúhelníku střídají jednoduché a dvojné vazby, případně je v tomto šestiúhelníku zakreslena čárkovaný kružnice. K myšlence skutečné struktury benzenu měl Kekulé dojít údajně na základě jeho snu o hadovi majícím zakousnutý svůj ocas, či šesti opicích, kdy si každá z nich držela svůj banán a ostatními třemi končetinami se držela se dvěma ostatníma opicemi. Na základě této představy pak jen zaměnil každou opici za atom uhlíku a končetinu každé z nich za vazby. Friedrich August von Stradonitz Kekulé (1829 1896), německý chemik Obr. 2.6 Představy Kekulého o struktuře benzenu 45

Rozložení valenčních π elektronů ve struktuře benzenu nad a pod rovinou uhlíkatého skeletu. Ačkoliv se na první pohled může zdát, že jsou aromatické uhlovodíky zástupci cykloalkenů, jejich chemické vlastnosti jsou zcela odlišné. Neprobíhají u nich při laboratorních podmínkách například adiční reakce (např. roztok bromu se neodbarví) či reakce s oxidačními činidly (např. manganistanem draselným). Ve struktuře benzenu se ve skutečnosti nestřídají pravidelně jednoduché a dvojné vazby, ale mezi jednotlivými atomy uhlíku jsou rovnocenné vazby s řádem 1,5. Tomu odpovídá například délka této vazby (139 pm), přičemž jednoduchá vazba C-C má délku 154 pm a dvojná vazba C=C má délku 134 pm. Valenční π elektrony jsou delokalizované, což zvyšuje stálost cyklu, a nachází se nad a pod rovinou uhlíkatého skeletu. To, že je vzniklý benzen stabilnější, než by byl cyklohexa-1,3,5-trien, vypovídá také hydrogenační teplo, jak je patrné ze schématu 2.7. Rozdíl oproti očekávanému hydrogenačnímu teplu mezi benzenem a teoretickým cyklohexa-1,3,5-trienem je 150 kj/mol. Obr. 2.7 Hydrogenační tepla šestiuhlíkatých cyklických uhlovodíků NÁZVOSLOVÍ AROMATICKÝCH UHLOVODÍKŮ Pro základní uhlovodíky se používají jejich triviální názvy. Pro substituované aromatické uhlovodíky se používají jejich systematické či triviální názvy. 46

Při číslování řetězců se uvažuje jejich případná symetrie, lokanty se přiřazují tak, aby byly co nejnižší, přičemž přednost mají ty substituenty, které jsou v abecedě dříve. Od některých aromatických uhlovodíků jsou rovněž odvozeny názvy také jejich substituentů podle toho, z jakého atomu uhlíku byl odštěpen vodíkový atom. Uhlovodíkové zbytky odvozené od arenů se nazývají aryly. KLASIFIKACE AROMATICKÝCH UHLOVODÍKŮ Aromatické uhlovodíky se dělí na monocyklické a polycyklické. Polycyklické dále na ty s kondenzovaným a izolovaným benzenovým jádrem. FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI AROMATICKÝCH UHLOVODÍKŮ Aromatické uhlovodíky jsou za běžných podmínek kapaliny, ty s vyšší molekulovou hmotností jsou pevné látky. Tyto sloučeniny jsou nerozpustné ve vodě, ale dobře mísitelné s polárními rozpouštědly. Mnohé z nich jsou navíc zdraví škodlivé či dokonce karcinogenní. 47

PŘÍPRAVA AROMATICKÝCH UHLOVODÍKŮ Průmyslově se areny vyrábí z ropy a černouhelného dehtu. Jinou možností jejich přípravy je Wurtzova-Fittigova syntéza založená na reakci roztoku arylbromidu a alkylbromidu v etheru se sodíkem: Charles Adolphe Wurtz (1817 1884), francouzský chemik CHEMICKÉ VLASTNOSTI AROMATICKÝCH UHLOVODÍKŮ Typickou reakcí arenů jsou substituce elektrofilní S E. Halogenace aromatických uhlovodíků probíhají v prostředí Lewisovy kyseliny jako katalyzátoru: Kyselina sírová H 2 SO 4 je silnější kyselinou, než kyselina dusičná HNO 3, a tak při reakci těchto kyselin odštěpuje proton H + právě kyselina sírová za vzniku aniontu hydrogensíranového HSO 4-. Kyselina sírová se při reakci obnovuje, a tak funguje jako katalyzátor. Nitrace se provádí pomocí kyseliny dusičné HNO 3 v přítomnosti kyseliny sírové H 2 SO 4 (nitrační směs) mechanismem, při kterém vzniká nitroniový ion NO 2+ : Při nitraci toluenu vstupují substituenty přednostně do poloh 1,2- (ortho, o-) a 1,4- (para-, p-), jak je patrné z následujícího schématu: Pro sulfonaci se používá kyselina sírová H 2 SO 4 či oxid sírový SO 3 z olea. Produktem těchto reakcí jsou sulfonové kyseliny A r -SO 3 H. 48

Friedel-Craftsova alkylace se provádí působením alkylhalogenidů v přítomnosti Lewisovy kyseliny: Friedel-Craftsova acylace se realizuje pomocí halogenkyselin: Nitraci toluenu lze provádět také mechanismem radikálové substituce S R v přítomnosti UV záření. V tomto případě je pak substituován atom vodíku methylové skupiny: Adičním mechanismem probíhá například katalytická hydrogenace benzenu na cyklohexan. Jako katalyzátor se obvykle používá platina: Obdobně lze provádět adici chloru na benzen v přítomnosti UV záření: Působením silných oxidačních činidel (např. oxidu chromového CrO3 v prostředí kyseliny octové CH3COOH) lze oxidovat benzen na anhydrid kyseliny maleinové, toluen na kyselinu benzoovou a naftalen (či o-xylen) na ftalanhydrid. Oxidací p-xylenu vzniká kyselina tereftalová a anthracenu anthrachinon. 49 Charles Friedel (1832-1899), francouzský chemik James Crafts (1839-1917), americký chemik

Aromatické uhlovodíky hoří čadivým plamenem, přičemž vznikají saze. To je způsobeno jak nízkým počtem atomů vodíku, které připadají na atomy uhlíku (obdobně je tomu u alkynů), tak podobnosti uhlíkaté struktury benzenového jádra s grafitem. ZÁSTUPCI AROMATICKÝCH UHLOVODÍKŮ Benzen C 6 H 6 je hořlavá kapalina s teplotou varu 80 C, silně láme světlo. Páry benzenu poškozují kostní dřeň a způsobují chudokrevnost. Tato sloučenina se používá jako rozpouštědlo či jako surovina pro výrobu chemikálií. Získává se z ropy. Methylbenzen C 6 H 5 CH 3 (toluen) se používá na výrobu kyseliny benzoové či trinitrotoluenu TNT. Tato látka se používá jako ředidlo. Komerčně dostupná lahev s toluenem Vinylbenzen C 6 H 5 CH=CH 2 (styren) vzniká katalytickou dehydrogenací ethylbenzenu za zvýšené teploty. Styren je monomerem pro výrobu polystyrenu (PS). Isopropylbenzen C 6 H 5 CH(CH 3 ) 2 (kumen) je výchozí surovinou pro výrobu fenolu a acetonu. Xyleny C 6 H 4 (CH 3 ) 2 se používají jako rozpouštědla či výchozí látky pro výrobu anhydridu kyseliny ftalové (o-xylen) či tereftalové (p-xylen). Naftalen C 10 H 8 je bílá krystalická látka obsažená v dehtu. Po zahřání sublimuje. Používá se jako odpuzovač molů. Kuličky naftalenu používané na odpuzování molů. Benzopyren C 20 H 12 je silně karcinogenní látka.. OTÁZKY A ÚLOHY 1. Pojmenujte následující uhlovodíky: a) b) c) 2. Dohledejte a porovnejte disociační energii vazeb mezi dvěma atomy uhlíku, které mají postupně řád 1, řád 1,5 a řád 2. 3. Navrhněte možnosti přípravy: a) benzylbromidu z toluenu b) 2-nitronaftalenu z naftalenu c) chlorbenzenu z benzenu c) styrenu z benzenu 4. Jaké jsou možnosti a produkty oxidace aromatických uhlovodíků? 50