Scientia

Arenele sunt substanţe organice numite şi hidrocarburi aromatice, conţinând în molecula lor unul sau mai multe cicluri de 6 atomi de carbon (nucleul benzenic). Arenele sunt mononucleare sau polinucleare, în funcţie de numărul de cicluri din molecula lor.

Chimie organică - alchenele

CLASIFICARE:

I) mononucleare

II) polinucleare

- nuclee izolate

- nuclee condensate

STRUCTURA NUCLEULUI BENZENIC

Deşi formula moleculară a fost cunoscută de mult, prima formulă structurală a fost dată de Kekulé:

Structura Kekulé explică anumite proprietăţi ale benzenului, dar vine în contradicţie cu celelalte.

Dovezi experimentale care confirmă structura Kekulé:

- raportul 1:1 dintre C şi H;

- cei 6 atomi de H din molecula benzenului sunt echivalenţi între ei;

- în condiţii speciale, benzenul participă şi la reacţii de adiţie.

Dovezi experimentale care vin în contradicţie cu structura Kekulé:

- benzenul participă cu uşurinţă la reacţii de substituţie, asemănător compuşilor saturaţi;

- dacă molecula benzenului ar fi aşa de nesaturată, ar trebui să participe cu uşurinţă la reacţii de polimerizare, fapt neconstatat experimental;

- prevede la derivaţii di-substituiţi existenţa unor izomeri care nu au fost găsiţi în realitate;

- agenţii oxidanţi caracteristici alchenelor sunt fără acţiune asupra benzenului, molecula sa fiind stabilă la oxidare;

- ţinând cont de distanţele dintre atomi, în formularea dată de Kekulé laturile ar trebui să fie inegale; în realitate molecula benzenului este un hexagon regulat şi plan.

Pentru a realiza o concordanţă între proprietăţile benzenului şi structura sa, mecanica cuantică admite atomii de C ca având hibridizare sp2. Orbitalii p perpendiculari se contopesc, formând deasupra şi dedesubtul ciclului un orbital molecular extins în care electronii π se delocalizează, fenomen cunoscut şi sub numele de conjugare. Consecinţa conjugării este modificarea distanţelor interatomice.

S-a admis că acest fenomen de conjugare are loc cu degajarea unei energii de circa 36 kcal/mol, ceea ce determină o stabilitate mai mare pentru moleculele cu electroni π delocalizaţi. Reacţiile de adiţie la nucleul aromatic decurg în condiţii mai energice tocmai datorită acestei delocalizări a electronilor π şi necesităţii localizării lor în procesele de adiţie.

IZOMERIA DERIVAŢILOR POLISUBSTITUIŢI AI BENZENULUI

Derivaţii polisubstituiţi ai benzenului prezintă izomerie de poziţie.

- derivaţii disubstituiţi:

- derivaţii trisubstituiţi:

PROPRIETĂŢI FIZICE

Sunt substanţe solide şi lichide, cu miros specific, insolubile în apă, solubile în solvenţi organici. Arenele lichide sunt solvenţi pentru diverse substanţe organice.

PROPRIETĂŢI CHIMICE

1) Reacţii de substituţie: înlocuirea unui atom de hidrogen de pe nucleu aromatic cu alt element chimic sau grupă funcţională.

a) Halogenarea:

Br2       +   C6H6 -->  C6H5 ─ Br (bromobenzen)  +   HBr

Scrisă cu formule structurale, reacţia arată astfel:

b) Sulfonarea:

HOSO3H     +   C6H6  -->  C6H5 ─ SO3H (acid benzen-sulfonic)   +    H2O

Scrisă cu formule structurale, reacţia arată astfel:

c) Nitrarea:

HONO2       +   C6H6  -->   C6H5 ─ NO2 (nitrobenzen)     +     H2O

Scrisă cu formule structurale, reacţia arată astfel:

d) Alchilarea:

CH3Cl    +    C6H6  -->  C6H5 ─ CH3 (toluen)      +     HCl     , catalizator AlCl3.

CH3─CH2─Cl  +  C6H6  -->  C6H5─CH2─CH3  +   HCl     (etil – benzen)

Acest tip de reacţie se numeşte Friedel-Crafts şi se utilizează la obţinerea omologilor benzenului. Scrise cu formule structurale, reacţiile arată astfel:

C2H4          +    C6H6   -->    C6H5─C2H5   (etil – benzen)

Intermediar, se formează C2H5Cl:

AlCl3   +    3H2O    -->      Al(OH)3    +     3HCl

HCl     +   H2C ═ CH2  --> H3C ─ CH2 ─ Cl     (clorură de etil).

Al doilea substituent la nucleul aromatic, se orientează în funcţie de categoria din care face parte:

- substituenţi de ordinul I: ─CH3, ─OH, ─X, ─NH2, orientează al doilea substituent în poziţiile orto şi para (o, p);

- substituenţii de ordinul II: ─NO2, ─SO3H, ─COOH orientează al doilea substituent în poziţia meta.

2 ) Reacţia de oxidare:

C6H5 ─ CH3 (toluen)+     3[O]  --> C6H5 ─ COOH (acid benzoic) +    H2O, în prezenţă de KMnO4

3 ) Reacţia de adiţie:

- adiţia clorului:

- adiţia hidrogenului:

3H2   +    C6H6     -->  C6H12 (ciclohexan), în prezenţă de Ni şi Pt.

Bibliografie: manualele alternative de chimie pentru clasa a X-a.
Imaginile din articol provin de pe site-urile Wikipedia.org şi Scritube.com.