Arene | chimie-organica

ARENELE

Arenele (cunoscute și ca hidrocarburi aromatice) sunt hidrocarburi care conțin în molecula lor unul sau mai multe cicluri de 6 atomi de carbon (acesta fiind numit nucleu benzenic). Atunci când molecula arenelor este formată dintr-un singur ciclu se numesc arene mononucleare, iar atunci când molecula cuprinde două sau mai multe cicluri se numesc arene polinucleare sau policiclice.

Clasificare:

a) arene mononucleare:

TOLUEN IZOPROPILBENZEN ETILBENZEN

CUMEN

b) arene polinucleare

i) arene izolate : --bifenil

--difenilmetan

ii) arene condensate :

NAFTALINA FENANTREN TETRACEN

Structura si nomenclatura :

La hidrocarburile aromatice mononucleare capul seriei este benzenul C6H6, omologul superior fiind metilbenzenul (toluen),urmand apoi în seria omologă etilbenzenul, n propilbenzenul, izopropilbenzenul (cumen). Pentru derivații substituiți ai benzenului există 3 tipuri de izomeri: orto (1,2), meta (1,3) para (1,4).

STRUCTURA NUCLEULUI BENZENIC:

Deşi formula moleculară a fost cunoscută de mult, prima formulă structurală a fost dată de Kekulé. Structura Kekulé explică anumite proprietăţi ale benzenului, dar vine în contradicţie cu celelalte.

Dovezi experimentale care confirmă structura Kekulé:

- raportul 1:1 dintre C şi H;

- cei 6 atomi de H din molecula benzenului sunt echivalenţi între ei;

- în condiţii speciale, benzenul participă şi la reacţii de adiţie.

Dovezi experimentale care vin în contradicţie cu structura Kekulé:

- benzenul participă cu uşurinţă la reacţii de substituţie, asemănător compuşilor saturaţi;

- dacă molecula benzenului ar fi aşa de nesaturată, ar trebui să participe cu uşurinţă la reacţii de polimerizare, fapt neconstatat experimental;

- prevede la derivaţii di-substituiţi existenţa unor izomeri care nu au fost găsiţi în realitate;

- agenţii oxidanţi caracteristici alchenelor sunt fără acţiune asupra benzenului, molecula sa fiind stabilă la oxidare;

- ţinând cont de distanţele dintre atomi, în formularea dată de Kekulé laturile ar trebui să fie inegale; în realitate molecula benzenului este un hexagon regulat şi plan.

Pentru a realiza o concordanţă între proprietăţile benzenului şi structura sa, mecanica cuantică admite atomii de C ca având hibridizare sp2. Orbitalii p perpendiculari se contopesc, formând deasupra şi dedesubtul ciclului un orbital molecular extins în care electronii π se delocalizează, fenomen cunoscut şi sub numele de conjugare. Consecinţa conjugării este modificarea distanţelor interatomice.

S-a admis că acest fenomen de conjugare are loc cu degajarea unei energii de circa 36 kcal/mol, ceea ce determină o stabilitate mai mare pentru moleculele cu electroni π delocalizaţi. Reacţiile de adiţie la nucleul aromatic decurg în condiţii mai energice tocmai datorită acestei delocalizări a electronilor π şi necesităţii localizării lor în procesele de adiţie.

PROPRIETĂŢI FIZICE:

Sunt substanţe solide şi lichide, cu miros specific, insolubile în apă, solubile în solvenţi organici. Arenele lichide sunt solvenţi pentru diverse substanţe organice.

PROPRIETĂŢI CHIMICE

1) Reacţii de substituţie: înlocuirea unui atom de hidrogen de pe nucleu aromatic cu alt element chimic sau grupă funcţională.

a) Halogenarea:

Br2 + C6H6 --> C6H5 ─ Br (bromobenzen) + HBr

Scrisă cu formule structurale, reacţia arată astfel:

b) Sulfonarea:

HOSO3H + C6H6 --> C6H5 ─ SO3H (acid benzen-sulfonic) + H2O

Scrisă cu formule structurale, reacţia arată astfel:

c) Nitrarea:

HONO2 + C6H6 --> C6H5 ─ NO2 (nitrobenzen) + H2O

Scrisă cu formule structurale, reacţia arată astfel:

d) Alchilarea:

CH3Cl + C6H6 --> C6H5 ─ CH3 (toluen) + HCl , catalizator AlCl3.

CH3─CH2─Cl + C6H6 --> C6H5─CH2─CH3 + HCl (etil – benzen)

Acest tip de reacţie se numeşte Friedel-Crafts şi se utilizează la obţinerea omologilor benzenului. Scrise cu formule structurale, reacţiile arată astfel:

C2H4 + C6H6 --> C6H5─C2H5 (etil – benzen)

Intermediar, se formează C2H5Cl:

AlCl3 + 3H2O --> Al(OH)3 + 3HCl

HCl + H2C ═ CH2 --> H3C ─ CH2 ─ Cl (clorură de etil).

Al doilea substituent la nucleul aromatic, se orientează în funcţie de categoria din care face parte:

- substituenţi de ordinul I: ─CH3, ─OH, ─X, ─NH2, orientează al doilea substituent în poziţiile orto şi para (o, p);

- substituenţii de ordinul II: ─NO2, ─SO3H, ─COOH orientează al doilea substituent în poziţia meta.

2 ) Reacţia de oxidare:

C6H5 ─ CH3 (toluen)+ 3[O] --> C6H5 ─ COOH (acid benzoic) + H2O, în prezenţă de KMnO4

3 ) Reacţia de adiţie:

- adiţia clorului:

- adiţia hidrogenului:

3H2 + C6H6 --> C6H12 (ciclohexan), în prezenţă de Ni şi Pt.