Тема 7 конденсированные ароматические соединения

Ароматические системы – циклические системы, у которых все атомы принимают участие в образовании единой сопряженной системы, π-электроны которой образуют устойчивую электронную оболочку.

С теоретической точки зрения, для того, чтобы соединение было ароматичным в его молекуле должна содержаться циклическая система делокализованных π-электронов выше и ниже плоскости молекулы, более того, облако π-электронов должно насчитывать (4n + 2) π-электронов. Иначе говоря, для той степени устойчивости, ко­торая характерна для ароматических соединений, одной делокализации недостаточно. В молекуле должно содержаться строго определенное число π-электронов 2, 6, 10 и т. д. (4 n + 2 – правило Хюккеля).

Понятие "ароматический" возникло по отношению к производным бен­зола, а затем перенесено на нафталин, антрацен, фенантрен и т. д.

В бензоле все связи равны, аналогичным образом нет чередующих двойных и одинарных связей в нафталине, антрацене и т. д.

Для всех ароматических систем характерен общий ряд особен-ностей строения:

1) характер углерод – углеродных связей в цикле промежуточ-ный между простыми и двойными;

2) равноценность всех С–С -связей и эквивалентность атомов С;

3) плоское или близкое к плоскому строение;

4) поглощение света в области больших длин волн;

5) легкая поляризуемость и относительно высокие показатели μ;

6) анизотропия диамагнитной восприимчивости.

Нафталин нитруется легче, чем бензол:

NO₂

Н₂SО₄

.

Образуется α-нитронафталин (9 %).

Антрацен нитруется ацетилнитратом (CH₃CONO₂), при комнатной температуре образуя нитроантрацен с NO₂-группой в среднем кольце:

NO₂

Аналогично протекают реакции сульфирования.

В данной теме приведены особенности строения ароматических систем.

[1, с. 151−152; 3, с. 66−68; 5, с. 372−378; 6, с. 423−425].

Лабораторная работа 5

Цель работы: изучить свойства конденсированных ароматических углеводородов на примере нафталина.

Реактивы и посуда: нафталин, концентрированная серная кислота, вода, концентрированная азотная кислота, концентрированная азотная кислота, концентрированный раствор гидроксида натрия, этиловый спирт, 2 %-й раствор перманганата калия, газоотводная трубка, фарфоровая чашка, водяная баня, спиртовка, лед, спички, стакан на 50 мл, пробиркодержатель, пробирки, фильтр, воронка с гвоздиком, стеклянная палочка.

Методика выполнения лабораторной работы

Опыт № 1. Нитрование нафталина

В пробирку внесите 2 лопаточки нафталина, добавьте 1 мл концентрированной азотной кислоты. Смесь нагрейте на кипящей во­дяной бане в течение 5–10 мин, а затем вылейте в стаканчик с 10 мл холодной воды. При этом выделяются желтые шарики α-нитронафта­лина. Отфильтруйте α-нитронафталин на воронке с гвоздиком, высу­шите и определите температуру плавления (т. пл. α-нитронафталина 60 °С).

Задания: 1. Написать схему реакции нитрования нафталина.

2. Исходя из экспериментально полученного значения температу-ры плавления α-нитронафталина, оценить, требуется ли перекристаллизация с целью очистки продукта реакции.

Опыт № 2. Сульфирование нафталина

В пробирке поместите 1 лопаточку нафталина и нагрейте его до расплавления. После остывания добавьте к затвердевшему нафталину 10 капель концентрированной серной кислоты. Осторожно нагрейте пробирку над пламенем спиртовки, постоянно встряхивая до дости­жения полной однородности смеси. Охладите смесь до комнатной температуры, добавьте к ней 10 капель воды и снова слегка нагрейте. При охлаждении выделяются кристаллы β-нафталинсуль­фоновой кислоты.

Задания: 1. Написать схему реакции сульфирования нафталина (в усло­виях опыта реакция протекает при температуре 140–190 ^°С). Какой продукт образуется при сульфировании нафталина при температуре 80 ^°С?

2. На примере реакции сульфирования нафталина объяснить, что означают понятия кинетические и термодинамические контролируе­мые реакции.

Опыт № 3. Окисление нафталина

В пробирку поместите 1 лопаточку нафталина, 20 капель 2 %-го раствора перманганата калия, добавьте 1 мл и 10 капель концен­трированного раствора гидроксида натрия. Закройте пробирку проб­кой с прямой газоотводной трубкой. Нагрейте пробирку в пламени спиртовки, а затем продолжите нагревание на кипящей водяной бане. Отметьте исчезновение розовато-фиолетовой окраски раствора появление темного осадка. Если окраска перманганата калия полностью не исчезает, прибавьте несколько капель этилового спирта до обесцвечивания. Отфильтруйте бурый осадок оксида марганца (IV), фильтрат перенесите в фарфоровую чашку и упарьте на водяной бане. В фарфоровой чашке выпадает в осадок кристаллический продукт реакции.

Задания: 1. Написать, какое соединение получается в результате окисления нафталина.

2. Какие продукты образуются при окислении толуола и о-ксилола? Написать схемы этих реакций.

Результаты исследований занести в таблицу 1 (см. с. 13).