Vlastnosti a reakce obdobné jako alkany (při hydrogenacích a halogenacích dochází ke štěpení cyklu)
Cyklopropan a cyklobutan – plyny, rovinné molekuly
Od cyklopentanu – kapaliny
Cyklohexan
Z ropy
Surovina pro výrobu plastů (silon)
Nepolární rozpouštědlo
Katalytickou dehydrogenací → benzen
Konformace cyklohexanu
Areny
Aromatické uhlovodíky
Delokalizace e– se týká vždy π e–
Struktura benzenu:
August Kekulé popsal molekulu benzenu C6H6 takto: 3 dvojné vazby
„Teorie aromatického stavu“ – systém konjugovaných π vazeb
ALE: v případě dvojných vazeb by na benzenu měly probíhat adiční reakce, jenže neprobíhají!
VYSVĚTLENÍ: benzen neobsahuje regulérní dvojné vazby, ale dochází k delokalizaci elektronů, které rotují po kruhu, a vznikne řád vazby 1,5
ZÁVĚR: na benzenu špatně probíhají adiční reakce, protože jádro je velmi nestabilní, naopak dobře probíhají SE+, protože na aromatickém jádře je zvýšená elektronová hustota
Hoření benzenu: vznikají saze, protože poměr C:H je velmi malý (1:1)
Názvosloví některých arenů:
Vlastnosti arenů
Skupenství (za normálních podmínek):
l – benzen, toluen, xyleny – typický pach, čiré a těkavé
s – naftalen, anthracen, fenanthren, bifenyl – tuhé, bezbarvé
Nerozpustné ve vodě, rozpustné v organických nepolárních rozpouštědlech
Jedovaté a karcinogenní
Hoří čadivým plamenem (saze)
Získávají se z ropy
Chemické reakce arenů (benzenu)
Elektrofilní substituce
Aromatický charakter zůstává zachován
Elektrofil nejdříve na okamžik napadne delokalizované elektrony, pak teprve vodík
a) Nitrace
nitrobenzen
konc. → dehydratuje
+
b) Sulfonace
benzensulfonová kyselina
+
c) Bromace
brombenzen
d) Alkylace
e) Acylace
Vnášení zbytku karboxylové kyseliny R-CO- (např. CH3COOH)
– Substituční pravidla
Je jedno, který vodík nahradíme při substituci 1. stupně
Při substituci do 2. a 3. stupně je pevně určena charakterem prvního substituentu
o Substituenty I. řádu
Mají nevazebný elektronový pár (volný)
Řídí další substituci do polohy ortho- a para-
Urychlují reakce na jádře
-OH, -NH2, -X, -R (např. -CH3)
o Substituenty II. řádu
Mají násobné vazby
Řídí další substituci do polohy meta-
Zpomalují reakce na jádře
-NO2, -SO3H, -COOH
– Mezomerní efekt
= posun π elektronů
Vysvětlení řádu substituentů
o +M-efekt
Skupiny s volným elektronovým párem mají tendence přidat e– do jádra
Substituenty I. řádu
o –M-efekt
Skupiny s násobnými vazbami odčerpávají e– z jádra
Substituenty II. řádu
Nitrace fenolu
Chlorace nitrobenzenu
Radikálová adice
Mizí aromatický charakter
Reakce probíhají neochotně → kat., ↑t nebo UV záření
a) Hydrogenace benzenu
b) Chlorace benzenu
Oxidace
Oxidace benzenového jádra pouze za drastických podmínek (↑t, ↑p, kat.)
Vznikají anhydridy
Pokud aren obsahuje boční řetězec, proběhne oxidace přednostně na něm
Zástupci arenů
Benzen
Čirá, těkavá, hořlavá kapalina
Karcinogenní účinky
Nerozpustná ve vodě
Zisk: z ropy a dehtu (při karbonizaci uhlí)
Užití: rozpouštědlo, výroba derivátů
Toluen
Čirá, těkavá, hořlavá kapalina
Zdraví škodlivá
Nerozpustná ve vodě
Užití: rozpouštědlo (ředidlo), výroba TNT nebo umělého sladidla sacharinu
