Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с ароматического углеводорода )
Перейти к навигации Перейти к поиску
«Арене» перенаправляется сюда. Для использования в других целях, см Арен (значения) .

Ароматические соединения - это те химические соединения (чаще всего органические ), которые содержат одно или несколько колец с π-электронами, делокализованными вокруг них. В отличие от соединений, которые проявляют ароматичность , алифатические соединения лишены этой делокализации. Термин «ароматический» был присвоен до того, как был открыт физический механизм, определяющий ароматичность , и относился просто к тому факту, что многие такие соединения имеют сладкий или приятный запах; однако не все ароматические соединения имеют сладкий запах, и не все соединения со сладким запахом являются ароматическими. Ароматические углеводороды или арены, представляют собой ароматические органические соединения, содержащие только атомы углерода и водорода. Конфигурация из шести атомов углерода в ароматических соединениях называется «бензольным кольцом» после простого ароматического соединения бензола или фенильной группой, если она является частью более крупного соединения.

Не все ароматические соединения основаны на бензоле; ароматичность также может проявляться в гетероаренах , которые следуют правилу Хюккеля (для моноциклических колец: когда число его π-электронов равно 4 n  + 2, где n  = 0, 1, 2, 3, ...). В этих соединениях по крайней мере один атом углерода заменен одним из гетероатомов кислорода , азота или серы . Примерами небензольных соединений с ароматическими свойствами являются фуран , гетероциклическое соединение с пятичленным кольцом, которое включает один атом кислорода, и пиридин , гетероциклическое соединение с шестичленным кольцом, содержащим один атом азота. [1]

Модель бензольного кольца [ править ]

Бензол
Основная статья: Ароматичность

Бензол , является наименее сложным ароматическим углеводородом, и он был первым назван так. Природу этой связи впервые осознал Август Кекуле в 19 ​​веке. Каждый атом углерода в гексагональном цикле имеет четыре общих электрона. Один идет к атому водорода, а по одному - к каждому из двух соседних атомов углерода. Это оставляет один электрон делиться с одним из двух соседних атомов углерода, таким образом создавая двойную связь с одним углеродом и оставляя одинарную связь с другим, вот почему некоторые представления молекулы бензола изображают ее в виде шестиугольника с чередующимися одинарными и двойные связи.

Другие изображения структуры изображают шестиугольник с кругом внутри, чтобы указать, что шесть электронов плавают по делокализованным молекулярным орбиталям размером с само кольцо. Это представляет собой эквивалентную природу шести углерод-углеродных связей, все порядка 1,5; эквивалентность объясняется резонансными формами . Электроны визуализируются плавающими над и под кольцом, а генерируемые ими электромагнитные поля действуют, чтобы кольцо оставалось плоским.

Общие свойства ароматических углеводородов:

  1. Они проявляют ароматичность
  2. Отношение углерод – водород высокое.
  3. Они горят сильным дымчатым желтым пламенем из-за высокого отношения углерода к водороду.
  4. Они претерпевают реакции электрофильного замещения и нуклеофильного ароматического замещения.

Круглый символ ароматичности был введен сэром Робертом Робинсоном и его учеником Джеймсом Армитом в 1925 году [2] и популяризирован, начиная с 1959 года, в учебнике Моррисона и Бойда по органической химии. Правильное использование символа обсуждается: некоторые публикации используют его для любой циклической π-системы, в то время как другие используют его только для тех π-систем, которые подчиняются правилу Хюккеля . Дженсен [3] утверждает, что в соответствии с первоначальным предложением Робинсона использование символа круга должно быть ограничено моноциклическими 6 π-электронными системами. Таким образом, символ круга для шестицентровой шестиэлектронной связи можно сравнить с символом Y для трехцентровой двухэлектронной связи .

Синтез арена [ править ]

Реакция, при которой образуется ареновое соединение из ненасыщенного или частично ненасыщенного циклического предшественника, просто называется ароматизацией . Существует множество лабораторных методов органического синтеза аренов из предшественников, не являющихся аренами. Многие методы основаны на реакциях циклоприсоединения . Тримеризация алкинов описывает [2 + 2 + 2] циклизацию трех алкинов, в реакции Дёца реагентами являются алкин, монооксид углерода и комплекс карбена хрома. Дильс-Альдер из алкин с пироном или cyclopentadienone с высылкой двуокиси углеродаили окись углерода также образуют ареновые соединения. При циклизации Бергмана реагентами являются енин плюс донор водорода.

Другой набор методов - это ароматизация циклогексанов и других алифатических колец: реагенты - это катализаторы, используемые при гидрировании, такие как платина, палладий и никель (обратное гидрирование), хиноны и элементы сера и селен . [4]

Реакции [ править ]

Ароматические кольцевые системы участвуют во многих органических реакциях.

Ароматическая замена [ править ]

При ароматическом замещении один заместитель в ареновом кольце, обычно водород, заменяется другим заместителем. Двумя основными типами являются электрофильное ароматическое замещение, когда активным реагентом является электрофил, и нуклеофильное ароматическое замещение, когда реагент является нуклеофилом. При радикально-нуклеофильном ароматическом замещении активным реагентом является радикал. Примером электрофильного ароматического замещения является нитрование салициловой кислоты : [5]

Сопутствующие реакции [ править ]

В реакциях сочетания металл катализирует сочетание двух формальных радикальных фрагментов. Обычные реакции сочетания с аренами приводят к образованию новых углерод-углеродных связей, например, алкиларенов, виниларенов, бирарилов, новых углерод-азотных связей (анилины) или новых углерод-кислородных связей (арилокси-соединения). Примером может служить прямое арилирование перфторбензолов [6]

Гидрирование [ править ]

Гидрирование аренов создает насыщенные кольца. Соединение 1-нафтол полностью восстанавливается до смеси изомеров декалин- ол . [7]

Соединение резорцин , гидрированное никелем Ренея в присутствии водного гидроксида натрия, образует енолят, который алкилируется метилиодидом до 2-метил-1,3-циклогександиона: [8]

Cycloadditions [ править ]

Реакции циклоприсоединения встречаются нечасто . Необычная термическая реакционная способность аренов Дильса – Альдера может быть обнаружена в реакции Вагнера-Яурегга . Другие реакции фотохимического циклоприсоединения с алкенами протекают через эксимеры .

Деароматизация [ править ]

В реакциях деароматизации ароматичность реагента безвозвратно теряется.

Бензол и производные бензола [ править ]

Производные бензола имеют от одного до шести заместителей, присоединенных к центральному бензольному ядру. Примерами бензольных соединений только с одним заместителем являются фенол с гидроксильной группой и толуол с метильной группой. Когда в кольце присутствует более одного заместителя, их пространственное соотношение становится важным, для чего разрабатываются паттерны замещения аренов орто , мета и пара . Например, для крезола существует три изомера, потому что метильная группа и гидроксильная группа могут быть расположены рядом друг с другом ( орто), одна позиция удалена друг от друга ( мета ), или две позиции удалены друг от друга ( параграф ). Ксиленол имеет две метильные группы в дополнение к гидроксильной группе, и для этой структуры существует 6 изомеров.

  • Типичные ареновые соединения

  • Толуол

  • Этилбензол

  • п- ксилол

  • м- ксилол

  • Мезитилен

  • Durene

  • 2-фенилгексан

  • Бифенил

  • Фенол

  • Анилин

  • Нитробензол

  • Бензойная кислота

  • Аспирин

  • Парацетамол

  • Пикриновая кислота

Кольцо арена имеет способность стабилизировать заряды. Это видно, например, в феноле (C 6 H 5 -OH), который является кислым у гидроксила (OH), поскольку заряд этого кислорода (алкоксид -O - ) частично делокализован в бензольном кольце.

Другие моноциклические ароматические углеводороды [ править ]

Другие моноциклические ароматические углеводороды включают циклотетрадекагептаен или циклооктадеканонаен .

Полициклические ароматические углеводороды [ править ]

Гексабензокоронен - крупный полициклический ароматический углеводород.
Основная статья: полициклический ароматический углеводород

Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) являются ароматическими углеводородами, состоящие из конденсированных ароматических колец и не содержат гетероатомы или нести заместитель . [9] Нафталин - простейший пример ПАУ. ПАУ встречаются в месторождениях нефти , угля и гудрона и образуются как побочные продукты сгорания топлива (будь то ископаемое топливо или биомасса). Как загрязнители, они вызывают озабоченность, поскольку некоторые соединения были идентифицированы как канцерогенные , мутагенные и тератогенные.. ПАУ также содержатся в приготовленной пище. Исследования показали, что высокие уровни ПАУ обнаруживаются, например, в мясе, приготовленном при высоких температурах, таком как приготовление на гриле или барбекю, а также в копченой рыбе. [10] [11] [12]

Они также встречаются в межзвездной среде , в кометах и метеоритах и являются молекулами-кандидатами на роль основы для самых ранних форм жизни . В графене мотив ПАУ распространяется на большие 2D-листы.

См. Также [ править ]

  • Ароматические заместители: арил , арилокси и Arenediyl
  • Асфальтен
  • Гидродеалкилирование
  • Простые ароматические кольца
  • Оксид родия-платины , катализатор, используемый для гидрирования ароматических соединений.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Энциклопедия HighBeam: ароматическое соединение .
  2. ^ Армит, Джеймс Уилкинс; Робинсон, Роберт (1925). «Полиядерные гетероциклические ароматические типы. Часть II. Некоторые ангидрониевые основания». J. Chem. Soc. Пер. 127 : 1604–1618.
  3. ↑ Дженсен, Уильям Б. (апрель 2009 г.). «Круглый символ ароматичности» (PDF) . J. Chem. Educ. 86 (4): 423–424. Bibcode : 2009JChEd..86..423J . DOI : 10.1021 / ed086p423 .
  4. Перейти ↑ March, Jerry (1985), Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure (3 ed.), New York: Wiley, ISBN 0-471-85472-7
  5. ^ Уэбб, К .; Сеневиратне В. (1995). «Мягкое окисление ароматических аминов». Буквы тетраэдра . 36 (14): 2377–2378. DOI : 10.1016 / 0040-4039 (95) 00281-G .
  6. ^ Lafrance, M .; Rowley, C .; Ву, Т .; Фагну, К. (2006). «Каталитическое межмолекулярное прямое арилирование перфторбензолов». Журнал Американского химического общества . 128 (27): 8754–8756. CiteSeerX 10.1.1.631.607 . DOI : 10.1021 / ja062509l . PMID 16819868 .  
  7. ^ Мейерс, AI; Beverung, WN; Голт Р. «1-Нафтол» . Органический синтез . 51 : 103.; Коллективный объем , 6
  8. ^ Noland, Wayland E .; Бауде, Фредерик Дж. «Этилиндол-2-карбоксилат» . Органический синтез . 41 : 56.; Коллективный объем , 5
  9. ^ Fetzer, JC (2000). «Химия и анализ крупных полициклических ароматических углеводородов». Полициклические ароматические соединения . Нью-Йорк: Вили. 27 (2): 143. DOI : 10,1080 / 10406630701268255 . ISBN 0-471-36354-5.
  10. ^ «Полициклические ароматические углеводороды - присутствие в пищевых продуктах, диетическое воздействие и влияние на здоровье» (PDF) . Европейская комиссия, Научный комитет по пищевым продуктам. 4 декабря 2002 г.
  11. ^ Ларссон, BK; Зальберг, врач-терапевт; Eriksson, AT; Буск, Л.А. (1983). «Полициклические ароматические углеводороды в блюдах, приготовленных на гриле». J. Agric. Food Chem . 31 (4): 867–873. DOI : 10.1021 / jf00118a049 . PMID 6352775 . 
  12. ^ «Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ)» . Агентство регистрации токсичных веществ и заболеваний. 1996 г.

Внешние ссылки [ править ]

  • СМИ, связанные с ароматическими веществами, на Викискладе?