15. ARENY

15. Areny

Charakteristika aromatického stavu

Areny jsou cyklické uhlovodíky s delokalizovaným systém elektronů π. Řadíme zde benzen (C6H6) a uhlovodíky od něj odvozené. Musí splňovat pravidla aromaticity:

• Molekuly jsou cyklické

• Molekuly jsou planární (v jedné rovině)

• Obsahují konjugovaný systém vazeb (střídání π a σ vazeb)

• Hybridizace uhlíků v benzenu (bez substituentů) je sp2

• Hückelovo pravidlo: počet π elektronů ve sloučenině musí být roven číslu 4n+2 ,n je celé nezáporné číslo (pro benzen n=1)

Přesnou pozici π a σ nejsme schopni určit, vazby jsou stejně dlouhé kratší než jednoduché a delší než dvojné to znamená, že elektronová hustota je delokalizovaná. U delokalizovaného systému klesá celková energie, areny jsou méně reaktivní než nenasycené sloučeniny.

Benzen a jeho homology (člen skupiny sloučenin stejného typu a podobných vlastností)

Benzen je základním členem homologické řady, jejímiž dalšími členy jsou toluen (methylbenzen) a ethylbenzen. Ten je izomerní se třemi různými xyleny (dimethyl benzeny).

Benzen Toluen ethylbenzen

1,2-dimethyl benzen 1,3-dimethyl benzen 1,4-dimethyl benzen

o- xylen m-xylen p-xylen (vysvětlit ortho, meta a para)

Benzen (C6H6) je jedovatá kapalina a zároveň nejvýznamnější aren. Je surovinou pro výrobu mnoha léčiv, barviv a dalších chemických produktů. Užívá se jako rozpouštědlo mnoha organických látek, ale je třeba s ním pracovat opatrně pro jeho karcinogennost.

Toluen (C6H5CH3) má podobné vlastnosti jako benzen, ale je mnohem méně karcinogenní. Je významnou surovinou chemického průmyslu, protože slouží mimo jiné k výrobě kyseliny benzoové a je též užívaným rozpouštědlem.

Xyleny (C6H4(CH3)2) se dnes získávají výhradně z ropy. Z o-xylenu se vyrábí kyselina ftalová z p-xylenu kyselina tereftalová.

Elektrofilní substituce u arenů – nitrace, sulfonace, halogenace, alkylace, acylace

Charakteristickou reakcí pro areny je jejich schopnost podstupovat elektrofilní substituce. Jejich podstatou je napadání elektronů π aromatického cyklu činidly, jako jsou například kyselina dusičná a sírová nebo halogeny chlor a brom.

• Halogenace:

Halogeny musí být nejprve pro reakci aktivovány Lewisovskou kyselinou. Takto generovaná částice X+atakuje benzenové jádro. Jako Lewisovská kyselina slouží halogenidy hlinité, nebo železité.

• Nitrace:

Obecně pojato, nitrace je reakce, kde se do molekuly zavádí skupina NO2. Používá se „nitrační směs“ – směs kyseliny dusičné a sírové. Generovaná částice NO2+ atakuje aromatický kruh. Role kyseliny sírové spočívá v dehydrataci kyseliny dusičné. Produktem reakce jsou nitrosloučeniny (např. nitrobenzen)

• Alkylace:

Slouží k přípravě arenů. Známe dva typy alkylace:

1. Friedel-Craftsovy alkylace, kde se jako alkylační činidla se používají halogenderiváty, alken nebo alkoholy a katalyzátory látky typu FeCl3, AlCl3.

2. Wurtz-Fittigovy alkylace, kde probíhá reakce dvou halogenderivátů se sodíkem v prostředí etheru