13.9. Представники багатоядерних аренів

Найважливішими представниками конденсованих аренів є на фтален, антрацен і фенантрен.

13.9.1. Нафтален

Уперше нафтален було виділено з кам'яновугільної смол в 1819 році. Елементний склад його молекули встановив росій­ський хімік О. А. Воскресенський 1838 року, а будову довів ні­мецький хімік К. Гребе 1898 року.

Фізичні властивості. Нафтален — безбарвна тверда речовина з характерним запахом, виявляє високу леткість (т. пл. 80,3 °С). Добре розчиняється в органічних розчинниках, погано — у воді. Нафтален використовують у виробництві фталевого ангідриду, те­траліну, декаліну, барвників, лікарських засобів. Застосовується як інсектицид.

Нафтален, його монометильні та деякі похідні в промисловос­ті отримують звичайно з кам'яновугільної смоли (вміст нафталену в кам'яновугільній смолі становить близько 10 %) або синтетич­но—з ацетилену, пропускаючи його через нагріті трубки (700— 800 °С) з активованим вугіллям. При цьому утворюється суміш бензену та нафталену.

+ Н,

5НС=СН

•/>:>'

Слід зазначити, що в молекулі нафталену, на відміну від бен­зену, атоми Карбону нерівнозначні. Атоми Карбону в положеннях 1, 4, 5, 8 відрізняються від атомів Карбону в положеннях 2, 3, 6, 7. Зважаючи на це, чотири рівнозначні положення в молекулі наф­талену — 1, 4, 5, 8 — прийнято позначати літерою а й називати а-положенням, а чотири інші рівнозначні між собою положен­ня — 2, 3, 6, 7 — позначати літерою Р і називати Р-положення.

Унаслідок нерівнозначності положень однозаміщені нафтале-ни існують у вигляді двох ізомерів — а- та Р-:

СН,

р-метилнафтален, 2-метилнафтален

сн,

а-метилнафтален, 1 -метилнафтален

Будова нафталену. Електронна будова нафталену схожа з будо­вою бензену. Аналогічно бензену молекула нафталену планарна (плоска). Усі атоми Карбону знаходяться в $р²-гібридизації. Кож­ний з десяти атомів Карбону надає /?-атомну орбіталь для утворен­ня замкненої спряженої системи, яка охоплює всі атоми Карбону

(рис. 13.3).

Загальна кількість я-електронів (10е~) у спряженій системі від­повідає правилу ароматичності Хюккеля (див. розд. 13.1). Проте ступінь ароматичності в нафталену нижчий, ніж у бензену. Тому нафтален легший за бензен, вступає в реакції заміщення, приєд­нання, окиснення та відновлення.

Для зображення молекули нафталену в хімічній літературі за­стосовують структурні формули:

176

Ненасичені вуглеводні. Глава із

Хімічні властивості. Для нафталену, як і для бензену, характер­ні реакції електрофільного заміщення, приєднання, відновлення та окиснення.

Окиснення супроводжується утворенням фталевого ангідриду:

О

О

о

Ю]у₂05

13.9.2. Антрацен

Молекула антрацену складається з трьох лінійно конденсова­них бензенових циклів. Нумерацію атомів Карбону виконують як показано на структурній формулі (нумеруються лише атоми Кар­бону, які несуть Гідроген):

Рис. 13.3. Схема утворення замкненої л-електронної системи в молекулі нафталену

Нітрування ($е). Нафтален досить легко нітрується нітруючо сумішшю з утворенням а-нітронафталену:

N0,

Н₂5Р₄; 60 °С

+ Н₂0

+ н>ю,

а-нітронафтален

Відновлення (реакція приєднання). У присутності каталізатора (№) нафтален значно легше за бензен приєднує водень. Процес гідрування нафталену відбувається ступінчасто. Спочатку при тем­пературі 150 °С утворюється 1,2,3,4-тетрагідронафтален (тетралін), який при 200 °С гідрується далі з утворенням декагідронафталену (декаліну):

тетралін

декалін

Н₂/Мі 150 °С

Положення 1, 4, 5, 8 у молекулі антрацену називають а-поло-женням, 2, 3, 6, 7 — (3-положенням, а 9 і 10 — у- або м- (мезо — середній) положеннями.

Молекула антрацену плоска. Усі атоми Карбону знаходяться в 5р²-гібридизації. Кількість тс-електронів (140 відповідає прави­лу Хюккеля. Але електронна густина в молекулі розподілена ще більш нерівномірно, ніж у нафталену.

Антрацен вперше було виділено з кам'яновугільної смоли в 1832 році французькими хіміками Ж. Дюма та О. Лораном.

У лабораторних умовах антрацен можна здобути реакцією Фріделя—Крафтса, виходячи з бензену і 1,1,2,2-тетраброметану:

[лТІІгт-СН-ІВґ Щ

Н ВН-СН-нВг Н)

Фізичні властивості. Антрацен — прозора кристалічна речови­на, т. пл. 217-°С, розчинна в бензені, етерах; нерозчинна у воді.

178

Ненасичені вуглеводні. Глава 13

Хімічні властивості. Антрацен, на відміну від бензену і нафта-лену має менш виражену ароматичність, а тому для нього більш. характерні реакції приєднання.

Відновлення:

ГЛАВА

ГЛАВА

Н Н

н н

9,10-дигідроантрацен

N1

■

н

н н

пергідроантрацен

Окиснення антрацену нітратною кислотою або хромовою су­мішшю супроводжується утворенням жовтої кристалічної речови­ни — антрахінону:

[О]

нїчо₃

*А 9,10-антрахінон Антрацен широко використовується для виробництва барвників.

ПРИРОДНІ ДЖЕРЕЛА ВУГЛЕВОДНІВ

Вуглеводні, розглянуті в попередніх главах, цікаві не лише як сполуки, на прикладі яких можна вивчати деякі теоретичні питан­ня органічної хімії. Вони є також важливим видом сировини для добування практично усієї продукції сучасної промисловості ор­ганічного синтезу й використовуються в енергетиці.

Основні джерела вуглеводнів — це природний та попутний нафтовий гази, нафта, кам'яне вугілля.