21. Areny

21. ARENY

• aromatické uhlovodíky
• typickým příkladem aromacity je benzenové jádro
• vyskytuje se v černouhelném dehtu nebo ropě

PODMÍNKY AROMACITY
• planární (rovinná) cyklická molekula
• konjugovaný system π-elektronů
• Hückelovo pravidlo: počet π-elektronů je 4n+2; n je nula nebo celé kladné číslo

STRUKTURA BENZENU
• šestičlenný kruh uhlovodíkových atomů ležících v jedné rovině
• vazby mezi jednotlivými atomy uhlíků nejsou ani jednoduché, ani dvojné, protože π-elektrony jsou delokalizované ( = rovnoměrně rozloženy po celém řetězci and a pod rovinou kruhu), toto rozložení dává arenům stálost
• sloučeniny s delokalizovanými π-elektrony jsou energeticky chudší, než by byly sloučeniny s lokalizovanými π-elektrony, jejich rozdíl nazýváme delokalizační energie (čím je větší, tím je sloučenina stálejší)
• vazby mezi atomy uhlíku jsou všechny stejně dlouhé (delší než u dvojných vazeb, ale kratší než u jednoduchých vazeb)
• nepodstupuje snadno adičním reakcím, jsou pro něj častější substituční reakce, v jejichž průběhu aromatický system zaniká jen dočasně a je znovu obnovován
• strukturu benzenu objasnil Kekule (sen o opicicích)

DĚLENÍ ARENŮ
1. MONOCYKLICKÉ
• obsahují pouze jeden aromatický kruh
• př. benzen, styren, toluen

2. POLYCYKLICKÉ
• více aromatických kruhů

a) kondenzované
- aromatické kruhy jsou u sebe (sdílejí dva uhlíkové atomy)
- př. naftalen, anthracen

b) izolované
- aromatické kruhy jsou odděleně (nesdílejí žádný atom uhlíku)
- př. bifenyl, tolan

VLASTNOSTI
• benzen, toluen a xylen jsou kapaliny
• naftalen, anthracen a fenanthracen jsou pevné látky
• nerozpustné ve vodě, rozpustné v organických rozpouštědlech
• mají typický zápach, jsou jedovaté nebo karcinogenní• hoří čadivým plamenem (čím je menší poměr atomu uhlíku a vodíku v molekule, tím je plamen čadivější

CHARAKTERISTIKA VAZBY
• reakcí na aromatickém jádře se účastní π-elektronový system

REAKCE

ELEKTROFILNÍ SUBSTITUCE
• π-elektrony reagují s elektrofilními činidly, aromatický character produktu zůstává zachován
• má čtyři faze:

1. elektrofilní činidlo reaguje s π-elektronovým systémem a vzniká π1-komplex

2. elektrofilní činidlo se váže na jeden uhlíkový atom, aromatické jádro je porušeno, vzniká
σ-komplex

3. vodík z uhlíku, na němž je vázáno elektrofilní činidlo, reaguje s π-elektronovým systémem a vzniká π2-komplex

4. odštěpí se proton a aromatický character je obnoven

• elektrofilní substituce arenů mohou probíhat různými způsoby:

A) NITRACE
• nitrace benzenu se provádí působením nitriniového iontu na benzen za vzniku nitrobenzenu (nitrační směs: HNO3 + H2SO4)

B) HALOGENACE
• halogenace se provadí halogeny za katalýzy příslušného bezvodého halogenidu hlinitého či železitého (Lewisovy kyseliny)