Бензен та його гомологи

Бензен. Молекулярна формула. Електронна будова бензену, схеми ζ- і

π- зв’язків. Квантовохімічні підходи до будови бензену: метод валентних зв’язків. π,π -Кон’югація та енергія кон’югації молекули бензену. Поняття про ароматичні властивості бензену та інших органічних речовин. Метод МО: Діамагнітне дезекранування ароматичних протонів – головна ознака арома- тичності. Правило ароматичності Хюккеля. Поняття про ароматичність, антиароматичність, неароматичність.

Хімічні способи синтезу бензену: дегідрування циклоалканів, дегідро-

циклізація алканів, циклотримеризація ацетилену. Природні джерела добування ароматичних вуглеводнів. Хімічні властивості бензену.

Ароматичні властивості бензену: здатність до реакцій електрофільного

заміщення (SE2-механізм), особливі умови для реакцій приєднання, стійкість до дії окисників. Реакції електрофільного заміщення: галогенування, нітрування, сульфування, алкілювання, ацилювання, бензену. Механізм електрофільного заміщення в молекулі бензену (SE2): утворення π- комплексу, ζ- комплексу, відщеплення протону і відновлення ароматичної системи. Мезомерні структури, мезоформула ζ -комплексу. Відсутність реакцій нуклеофільного заміщення в бензені та її причина. Реакції приєднання (AR-механізм): гідрування, хлорування на світлі.

Гомологічний ряд ароматичних вуглеводнів ряду бензену, їх загальна

формула. Номенклатура моно-, ди- і тризаміщених гомологів бензену. Ізомерія моно-, ди- і тризаміщених гомологів бензену з однаковими і різними

алкільними замісниками. Способи добування гомологів бензену: реакція

Вюрца –Фіттіга (побічні продукти реакції), алкілювання бензену за реакцією

Фріделя–Крафтса, алкілюючі реагенти (алкілгалогеніди, спирти і алкени), механізм реакції (SE2). Добування ароматичних вуглеводнів у промисловості із вугілля і нафти. Фізичні властивості ароматичних вуглеводнів ряду бензену. Толуен: електронна будова (+І, +М –ефекти), мезомерні структури і мезоформула толуену. Вплив метильної групи на реакційну здатність бензенового ядра і вплив ядра бензену на реакційну здатність метильної групи. Хімічні властивості толуену. Подібність властивостей толуену та інших гомологів бензену до властивостей бензену і алканів. Реакції електрофільного заміщення в ароматичному ядрі толуену: галогенування, нітрування, сульфування, алкілювання. Реакції радикального заміщення в бічному ланцюзі толуену. Гідрування толуену. Окиснення толуену та інших алкілбензенів. Добування бензойної і терефталевої кислот. Дегід рування етилбензену і добування стирену. Полістирен, добування, застосування.

Правила орієнтації для реакцій електрофільного заміщення в ядрі бензену

Замісники першого та другого роду. Порівняння сили впливу

індукційних та мезомерних ефектів для замісників І та II роду. Статичний підхід. Електронна будова монозаміщених похідних бензену з замісниками, які мають вільну електронну пару (орто -, пара- орієнтанти); мезомерні структури, мезоформули. Особливість атомів галогену як замісників першого роду. Електронна будова монозаміщених похідних бензену з замісниками другого роду (мета -орієнтанти): мезомерні структури, мезоформула. Порівняння реакційної здатності монозаміщених похідних бензену з замісниками першого і другого роду з реакційною здатністю бензену. Динамічний підхід. Мезомерні структури ζ -комплексів при орто -, мета - і пара -заміщенні. Орієнтація замісників першого роду: орто -, пара -заміщення. Орієнтація замісників другого роду: мета -заміщення. Узгоджена і неузгоджена орієнтація.

Багатоядерні ароматичні сполуки з конденсованими ядрами бензену

Нафтален. Електронна будова, мезомерні структури, порядки і довжини

зв’язків, енергія кон’югації. Нерівномірність розподілу електронної густини в a - і b - положеннях нафталенового ядра. Квазіароматичні властивості нафталену. Реакції заміщення, приєднання, окиснення нафталену. Біологічне значення похідних 1,4-нафтохінону (вітаміни групи К). Найважливіші похідні нафталену: метилнафталени, нафтоли, нафтиламіни, галогено- нафталени, нафталенсульфокислоти, нафтіонова кислота, їх властивості в порівнянні з властивостями аналогічних похідних бензену.

Антрацен. Електронна будова, ароматичний і ненасичений характер антрацену, порядки зв’язків, енергія кон’югації. Причина підвищеної хімічної активності положень 9, 10. Реакції приєднання, заміщення. Порівняння ароматичних властивостей бензену, нафталену, антрацену. Реакції окиснення антрацену. Антрахінон. Алізарин, будова, добування. Алізаринові барвники, протравне фарбування.

Фенантрен. Електронна будова. Реакції заміщення, приєднання:. Пергідрофенантрен. Циклопентанпергідрофенантреновий цикл у природних сполуках. Вищі поліциклічни ароматичні вуглеводні. Канцерогенні ароматичні вуглеводні – стійкі органічні забруднювачі.

Багатоядерні ароматичні сполуки з ізольованими ядрами бензену

Дифеніл, добування. Фенілметани. Синтез трифенілметану (реакція

Фріделя-Крафтса) і його властивості. Трифенілхлорометан, трифеніл- карбінол, їх добування, властивості. Кислотно-основні властивості трифенілкарбінолу. Електронна будова і забарвлення трифенілметильних радикалів, катіонів і аніонів. Порівняння стійкості алкільних, алільних, бензильних і трифенілметильних радикалів. Барвники трифенілметанового ряду. Амінопохідні трифенілметану. Малахітовий зелений, кристалічний фіолетовий, їх синтез. Гідроксипохідні трифенілметанового ряду. Фенолфталеїн, його добування. Причини виникнення забарвлення в лужному середовищі, знебарвлення при дії на фенолфталеїн надлишку лугу.

3. ФУНКЦІОНАЛЬНІ ПОХІДНІ ВУГЛЕВОДНІВ