Реферат:Ароматические соединения ,строение аренов, первые синтезы
ПЕРВЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЯХ
Напомним, что ароматические соединения (или арены) - это вещества, молекулы которых содержат одну или несколько циклических групп атомов углерода с особым характером связи. Самыепростые представители этого класса (например, бензол) содержат 6 атомов углерода, причем во многих реакциях замещения эти атомы сохраняются.
[sms]
Своим названием ароматические углеводороды обязаны тем, что первые из их были получены из ароматных природных веществ. Да и сами они имеют характерные, иногда очень приятные запахи.
Простейшим представителем класса аренов является бензол С6Н6:
Впервые это соединение было обнаружено в 1825г. англиским учёным Майклом Фарадеем . Получить бензол в чистом виде удалось Митчерлиху в 1833 г.После того как в 1845 г. Гофман обнаружил бензол в каменноугольной смоле и получил его, в арсенале химиков появился отличный способ получения бензола в больших количествах. Этот способ применяется для промышленного получения бензола до сих пор.
Фенол (С6Н5ОН) - производное бензола, обнаружен в 1834 г. Ф. Ф.Рунге. Состав фенола был установлен несколько позже - в 1841 г., хотя первоначально считали, что это - кислота (отсюда второе название фенола - карболовая кислота):
Анилин (C6H5NH2) - простейший ароматический амин:
Анилин был впервые выделен в 1826 г., а его строение установил Гофман в 1843 г.
КЕКУЛЕ - РОДОНАЧАЛЬНИК ТЕОРИИ СТРОЕНИЯ АРЕНОВ
Несмотря на то что бензол был получен еще в 1833 г., его строение удалось установить только в 1866 г., т. е. через 33 года. Все это время учены исследования, одна за другой рождались теории, но ни одна из них не приближала химиков к истине.
Следует напомнить, что в XIX в. вопрос о валентности, т. е. о способности атомов образовывать связи, еще оставался нерешенным. Да и теория химической связи еще не была разработана в совершенстве. Можно представить, с какими сложностями сталкивался ученый, поставивший себе задачу установить строение соединения. Он мог использовать только данные анализа или сведения о реакционной способности вещества, а эта информация является далеко не исчерпывающей. Несмотря на нехватку знаний о свойствах атомов и отсутствие твердых доказательств своих теорий, немецкому ученому Августу Фридриху Кекуле удалось установить верное строение бензола.
Скажем несколько слов о жизни и деятельности этого выдающегося учёного. Родился Кекуле в 1829 г. в Дармштадте. Его учителем был знаменитый Либих. Кекуле в течение жизни активно занимался изучением органических соединений, результатом чего стал труд под названием «Учебник органической химии», состоящий из 3 томов. Много сил и энергии Кекуле посвятил изучению природы химической связи и свойств атомов, позволяющих эту связь осуществлять. Ему удалось установить валентность ряда элементов и установить строение многих органических соединений. В своем «Учебнике..." Кекуле рассматривает строение и свойства органических соединении с позиции сделанных ученым открытий.
После смерти Кекуле (1896) один из его учеников - выдающийся химикР.Аншюц - воздвиг своему гениальному учителю монумент в Бонне и издал двухтомный биографический труд «Август Кекуле.Жизнь и деятельность".
Одним из важнейших открытий Кекуле считается установленная им формула бензола. На самом деле значение этого открытия огромно - оно позволило установить строение не только производных бензола, но и соединений с конденсированными циклами (например,
Разработанная Кекуле теория получила название теории строения аренов ; она нашла настолько мощные подтверждения, что до сих пор является базовой теорией в этом разделе химии.
Согласно автобиографическим запискам самого Кекуле, идея о том, как могут располагаться атомы углерода в молекуле бензола, посетила ученого во сне. Погруженный в полудрему, он наблюдал скачущие перед глазами атомы, видел соединяющие их связи. Полученные цепочки извивались и распрямлялись ,пока одна из них не замкнулась. Кекуле мгновенно очнулся - его пронзила догадка.Именно этотсон и подтолкнул его к открытию . Но не стоит думать ,что достижение Кекуле далось легко:между днём открытия формулы бензола и моментом , когда Кекуле начал свои исследования по этому вопросу, промежуток почти в 30 лет длиной.
Занимаясь проблемами валентности, Кекуле установил, что шесть четырехвалентных атомов углерода в молекуле бензола соединены с шестью атомами водорода. Для того чтобы описать структуру молекулы бензола, Кекуле пытался применить геометрические фигуры. После долгих поисков, отвергая одну идею за другой, Кекуле наконец останавливается на правильном шестиугольнике, вершинами которого являются атомы углерода.
Как видно из формулы, все атомы в молекуле бензола равноценны. Поэтому можно с уверенностью сказать, что монозамещенный бензол имеет только одну формулу
Говорят, что бензол имеет только одно монозамещенное производное.
Рассмотрим двузамещенные производные или бензол. Если одно из положений заместителя принять за начало отсчета и пронумеровать атомы в молекуле относительно его, то получим шесть различных производных:
Долгое время учёные спорили , являются соединения I и V идентичными или это изомеры. Действительно , в соединение I замещённые атомы углерода соединены одинарной связью , а в соединение V - двойной. Можно ли такие молекулы считать равноценными? Относительно соединений II и IV этот вопрос также поднимался.
Кекуле разрешил сомнения , высказав предположение, что двойные связи в молекуле бензола не являютя фиксированными. Это значит, что в один и тот же момент времени возможны два положения кратных связей :
являются различными формами записи одного соединения . Положения 2 и 6 заместителя Y относительно заместителя X обозначаются приставкой орто ( о-):
ортонитротолуол
(о-нитротолуол)
Положение 3 и 5 заместителя Y обозначаются приставкой мета ( м-):
метанитротолуол
(м- нитротолуол)
Положение 4 заместителя Y обозначается приставкой пара (п-):]
паранитротолуол
(п- нитротолуол)
Таким образом, двузамешенный бензол имеет 3 изомера. Теория Кекуле находила постоянные экспериментальные подтверждения. Очень скоро химики поняли, какое важное «оружие» дал им Кекуле. На основе его теории можно было не только изучать ароматические соединения, но и осуществлять синтез необходимых веществ ароматического ряда.
АРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Отцом органического синтеза аренов по праву считается Марселей Бертло. Ему принадлежит открытие способа синтеза простейшего соединения этого класса - бензола.
Изучая свойства ацетилена, Бертло исследовал изменения, которые претерпевает ацетилен при нагревании. Он нашел, что нагревание ацетилена сопровождается образованием твердых и жидких углеводородов. Одним из компонентов жидкой фазы был бензол. Этот синтез был впервые осуществлен в 1866 г. Этот год считается началом химии синтеза аренов.
Реакция получения бензола из ацетилена описывается следующим уравнением:
ЗС2Н2 >С6Н6
Одним из важнейших производных бензола является нитробензол
Реакция нитрования ароматических соединений - это реакция замещения. Изучением реакций этого типа активно занимался Митчерлих. В 1834 г. он разработал общий способ нитрования органических соединений. На примере бензола реакция нитрования выглядит следующим образом:
С6Н6 + HON02 -»C6H5N02 + Н2О
Нитробензол - одно из важнейших производных бензола . Это соединение является исходным реагентом для многих синтезов . в частности , из него получают главный реагент химии органических красителей - анилин.
Впервые получение анилина из нитробензола былог осуществлено в 1842 г. русским химиком Н.Н. Зининым ( сегодня эта реакция носит его имя ).
Реакция получения анилина из нитробензола заключается в восстановлении последнего. В качестве восстановителей используются цинк, олово, водород . Реакция протекает согласно следующему уравнению:
С6Н5NO2->С6Н5NH2
ХИМИЯ АРЕНОВ СЕГОДНЯ
Ароматические углеводороды сегодня являются незаменимой частью жизни. Они входят в состав лекарственных препаратов и синтетических волокон, пластмасс и горюче-смазочных материалов. Однако даже сейчас, когда химическая промышленность, казалось бы, максимально использует результаты исследований в области ароматических соединений, можно с уверенностью говорить о том, что мы и наполовину не исчерпываем «потенциал» этих веществ. Новые синтетические материалы и продукты питания, идентичные натуральным, более совершенные лекарственные препараты и многое другое еще предстоит получить, и не последнее место в этих исследованиях займут ароматические соединения.[/sms]
