Arene

AreneDobrot RobertDefiniieHidrocarburile aromatice sau arenele sunt hidrocarburile care conin mai multe duble legturi conjugate continuu n molecul, ceea ce le confer aa-numitul caracter aromatic. Acesta implic proprieti diferite de cele ale compuilor cu legturi duble sau triple, determinate n principal prin predominana reaciilor de substituie n locul celor de adiie.

ClasificareArenele se clasific dup numrul nucleelor benzenice din molecul n: - hidrocarburi aromatice monociclice; - hidrocarburi aromatice policiclice -cu nuclee benzenice izolate

-cu nuclee benzenice condensate

StructuraKekul a fost primul care a sugerat o structur sensibil pentru benzen. Carbonii sunt aranjai n form de hexagon, i el a sugerat alternana legturilor simple i duble ntre ei. Fiecare atom de carbon are un atom de hidrogen ataat.Aceast diagram e deseori simplificat, nescriind nici un atom de H sau de C.n acest tip de diagram, exist cte un atom de C la fiecare col. Trebuie numrate legturile rmase la fiecare carbon pentru a ne da seama ci atomi de H sunt ataai acelui atom de carbon.n acest caz, fiecare carbon are trei legturi cu atomii vecini de acelai fel. Deoarece atomii de carbon sunt tetra-valeni, fiecare dintre ei are ataat cte un atom de hidrogen.

Probleme ale structurii kekula. Probleme cu reaciile chimiceDin cauza celor trei legturi duble, ne-am atepta ca benzenul s dea reacii asemntoare etenei. Etena sufer reacii de adiie n care legtura dubl dintre doi atomi de carbon se rupe, transformndu-se n legtura simpl, electronii rmai fiind folosii pentru legarea cu atomii adiionali. n cazul benzenului, acest lucru se petrece foarte rar. n schimb, acesta sufer reacii de substituie, n care unul din atomii de hidrogen este nlocuit de alt atom.Probleme cu formaBenzenul este o molecula plan, i structura Kekul nu contrazice acest lucru. Problema este c legturile simple C-C i cele duble C=C au lungimi diferite:

Legtura C-C are o lungime de 0.154 nm

Legtura C=C are o lungime de 0.134 nm

Ar nsemna c hexagonul ar fi neregulat dac ar avea structura Kekul, cu laturi mai scurte i mai lungi alternnd. La benzenul real toate legturile sunt exact la fel cu o lungime ntre valorile celor de C-C si C=C, de 0.139 nm. Benzenul real este o molecula cu forma unui hexagon perfect regulat.

Fiecare atom de carbon trebuie s se lege de ali trei atomi( un H si doi C) i n-are destui electroni pe orbitalul 2p pentru a satisface numrul de legturi, deci trebuie s treac unul din electronii 2s2in orbitalul p, formnd astfel structura cuantic, cu toi cei 3 electroni ai orbitalului 2p avnd acelai spin. Acelai lucru se ntmpl ntotdeauna cnd carbonul formeaz legturi.Deoarece carbonul se leag doar cu trei ali atomi, cnd atomii de carbon hibridizeaz orbitalii extremi naintea formrii legturilor, este suficient s hibridizeze doar trei din orbitali, nu toi patru. Pentru legturi folosescdoar doi din cei trei electroni 2p i pe cel 2s rmas, unul din cei trei electroni 2p rmnnd neschimbat.

Modelul orbital al moleculei de benzenOrbitalii astfel formai se numeschibrizisp2, deoarece sunt alctuii dintr-un electron s i doi electroni p, dup rearanjare. Orbitalii hibrizi sp2se aranjeaz la maxim deprtare unul de cellalt, adic la 120 unul de cellalt, ntr-un plan. Orbitalul p este perpendicular pe planul celor trei.Exact astfel se ntmpl i la eten. La benzen, diferena este c fiecare atom de carbon se unete cu doi atomi similari de carbon, nu doar cu unul. Fiecare atom de carbon folosete hibrizii sp2 pentru a forma legturi sigma cu ali doi atomi de carbon si un atom de hidrogen. Modelul orbital al moleculei de benzen

De observat ca electronul p de la fiecare carbon se suprapune cu cei din ambele pri ale sale. Aceste suprapuneri laterale produc un sistem de legturi pi, ce sunt situate pe tot inelul de atomi de carbon. Deoarece electronii nu mai sunt n preajma a doar doi atomi de carbon, ci sunt mprtiai pe tot inelul de carboni, electronii sunt numii delocalizai. Cei ase electroni delocalizai intra n trei orbitali moleculari cte doi n fiecare. Modelul orbital al moleculei de benzenMetode de obinere1. Din gudroanele rezultate la distilarea uscat a carbunilor. 2. Din petrol : a) extracie cu solvent selectiv. b) reformare catalitic alcani si cicloalcani cu 6 -8 atomi de carbon sunt ciclizati si aromatizati,prin dehidrogenare H3C CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 C6 H12 + H2 C6H12 C6H6 + 3 H2 3. Reactia Friedel Crafts se obtin omologi superiori ai benzenului. a) Alchilarea cu derivati halogenati ( AlCl3, anhidr): C6H6 + CH3 Cl C6H5 CH3 + HCl b) Alchilarea cu alchen (acizi tari, sau AlCl3/urme de ap): C6H6 + H2C = CH2 C6H5 CH2 CH3 4. Trimerizarea alchinelor3 CHCH C6H6

Metode de obinereProprieti fizice Moleculele arenelor sunt slab polare sau nepolare i au mase moleculare mari. ntre molecule se exercit legturi Van der Waals . Puncte de fierbere i topire- Benzenul i toluenul (arenele mononucleare) sunt lichide. Pf-cresc cu masa. Arenele polinucleare sun solide, cristalizate la temperatur normal. Naftalina sublimeaz uor i se evapor repede la temeratura camerei. Solubilitate-insolubile n ap, solubile n hidrocarburi. Densitatea Benzenul i alchilbenzenii au densitatea mai mic dect apa, dar mai mari ca hidrocarburile cu acelai numr de atomi de C. Proprieti organoleptice Miros aromatic. Vaporii de benzen sunt toxici. Este o substan cancerigen pentru om i animale, la fel ca arenele polinucleare condensate.Proprieti chimice1) Reacii de substituie: nlocuirea unui atom de hidrogen de pe nucleu aromatic cu alt element chimic sau grup funcional.a) Halogenarea:Br2 + C6H6 C6H5 Br (bromobenzen) + HBrb) Sulfonarea:HOSO3H + C6H6 C6H5 SO3H (acid benzen-sulfonic) + H2Oc) Nitrarea:HONO2 + C6H6 C6H5 NO2 (nitrobenzen) + H2O

d) Alchilarea:CH3Cl + C6H6 C6H5 CH3 (toluen) + HCl, catalizator AlCl3.CH3CH2Cl + C6H6 C6H5CH2CH3 + HCl (etil benzen) C2H4 + C6H6 C6H5 CH2CH3 (etil benzen)Intermediar, se formeaz C2H5Cl:AlCl3 + 3H2O Al(OH)3+ 3HClHCl + CH2 CH2 H3C CH2 Cl (clorur de etil). Proprieti chimiceAl doilea substituent la nucleul aromatic, se orienteaz n funcie de categoria din care face parte:- substitueni de ordinul I: CH3, OH, X, NH2, orienteaz al doilea substituent n poziiile orto i para (o, p);- substituenii de ordinul II: NO2, SO3H, COOH orienteaz al doilea substituent n poziia meta. 2 ) Reacia de oxidare:C6H5 CH3 (toluen) +3[O] C6H5 COOH (acid benzoic) + H2O, n prezen de KMnO4Proprieti chimice3 ) Reacia de adiie:adiia clorului: C6H6 + 3Cl2 C6H6Cl6 ( hexaclorociclohexan )- adiia hidrogenului: C6H6 + 3H2 C6H12 (ciclohexan), n prezen de Ni i Pt.

Proprieti chimiceUtilizrinainte de anii 1920 benzenul era utilizat frecvent ca solveni industrial,mai ales pentru degresarea metalelor ns din cauza toxicitii sale ridicate a fost nlocuit cu alisolveni.Principala santrebuinareeste cea de reactiv intermediar pentru sinteza altorcompui chimici. Derivaii benzenului care se produc n cantiti importante sunt stirenul,utilizat n fabricarea polimerilor i a materialelor plastice, fenol, din care se prepar rini i adezivi, ciclohexanul, folosit pentru prepararea nylonului.

Cantiti mai mici de benzen sunt utilizate la fabricarea pneurilor, lubrifianilor, coloranilor, detergenilor, medicamentelor, explozibililor sau pesticidelor. Ca aditiv al benzinei, benzenul i mrete cifra octanic i reduce detonaia. n consecin, aceasta coninea adesea benzen n cantiti importante nainte de anii 1950,cnd s-a introdus tetra-etilul de plumb ca anti-detonator n ultimii ani, ca urmare a scderii produciei de benzin cu plumb, s-a reintrodus benzenul ca adiii. n Statele Unite,din cauza efectului negativ asupra sntii i pentru diminuarea riscului polurii pnzei freatice cu aceast substan, s-a impus o emisie maxim admisibil de aproximativ 1% de benzen. Aceeai cifr se ntlnete i n standardele Uniunii Europene.

UtilizriBenzenul este o substan foarte inflamabil, amestecul vaporilor si cu aerul fiind exploziv. Reacioneaz violent cu oxidanii, acidul azotic, acidul sulfuric i halogenii, cauznd incendii. Atac plasticul i cauciucul. Poate fi inhalat, ingerat sau poate ptrunde prin piele. Odat intrat n organism, se concentreaz n grsimi i n mduva osoas, pentru care este toxic, blocnd formarea globulelor sangvine n aceasta. Benzenul irit ochii, pielea i cile respiratorii. nghiirea lichidului poate cauza aspirarea sa n plmni, acest lucru conducnd la pneumonii chimice i la corodarea mucoasei digestive. Substana poate afecta sistemul nervos central, provocnd ameeli prin excitarea i apoi deprimarea lui.UtilizriToluenul este un lichid incolor, cu miros asemntor benzenului. Calea de ptrundere este n special respiratorie. Se bio-transform n proporie de 80% n ficat. Eliminarea se face n proporie de 80% ca metabolii (acidul hipuric a fost primul metabolit identificat n urin, de ctre Keller n 1842) la nivel renal, i restul de 20% ca atare, prin expiraie. Naftalina este o substan solid, cristalin, alb cu miros caracteristic ptrunztor, cu formula chimic C10H8 care sublimeaz la temperatura camerei. Ea este o hidrocarbur aromatic cu dou nuclee ciclice, fiind o substan duntoare sntii i mediului nconjurtor.

Utilizrin trecut naftalina era un produs de combatere a moliilor, azi din cauza gustului neplcut este nlocuit de alte substane. Azi se cunoate faptul c naftalina aproape c nu are nici un efect insecticid. La nceputul secolului XX era folosit ca i gaz de iluminat, dezavantajul era c nfunda conductele. Cu toate c este toxic a fost folosit n trecut n medicin ca dezinfectant intestinal. Naftalina este utilizat n special la sinteza unor diluani, colorani sau adezivi n industria de mase plastice ca PVC, la elaborarea insecticidelor din grupa carbamailor, ca i la fabricarea spunurilor.

Utilizri