Занятие № 3 взаимное влияние атомов в молекулах органических соединений. Реакционная способность ароматических углеводородов

Мотивация цели. Взаимное влияние атомов в молекулах определяет реакционную способность органических соединений. Такие важные понятия, как сопряжение, ароматичность, электронные эффекты, будут использоваться при изучении всех остальных тем. Детальное изучение ароматических углеводородов вызвано тем, что они являются структурной основой большого количества биологически активных соединений.

Цель самоподготовки. Необходимо усвоить понятия «сопряжение», «ароматичность», научиться определять электронные эффекты заместителей и прогнозировать реакционную способность ароматических углеводородов в связи с электронными эффектами.

План изучения темы

1. Сопряжённые системы с открытой цепью сопряжения.

   1. Понятие π,π-сопряжения (на примере бутадиена-1.3).

   2. Понятие p,π-сопряжения (на примере хлорвинила, виниламина, метилвинилового эфира, аллил-катиона, аллил-аниона).

   3. Причина повышенной устойчивости сопряжённых систем. Энергия сопряжения.

2. Замкнутые сопряжённые системы.

   1. Электронное строение бензола как замкнутой π,π-сопряжённой системы. Сравнение энергии сопряжения открытых и замкнутых сопряжённых систем.

   2. Определение понятия «ароматические свойства». Критерии ароматичности.

   3. Строение нафталина, антрацена, фенантрена.

3. Электронные эффекты заместителей в органических молекулах.

   1. Индуктивный эффект. Определение. Обозначение в формуле. Примеры заместителей, проявляющих положительный и отрицательный индуктивный эффект.

   2. Мезомерный эффект. Определение. Необходимое условие для его проявления. Обозначение в формуле. Положительный и отрицательный мезомерный эффект. Примеры.

   3. Электронодонорные и электроноакцепторные заместители (на примере влияния заместителей на ароматическое кольцо в молекулах толуола, хлорбензола, нитробензола, анилина, фенола, бензойной кислоты).

4. Реакции электрофильного замещения в бензоле.

   1. Общая характеристика реакционной способности бензола, исходя из его электронного строения.

   2. Механизм реакции электрофильного замещения в общем виде. Лимитирующая стадия реакции.

   3. Механизм реакции нитрования. Роль концентрированной серной кислоты.

   4. Механизм реакции галогенирования. Роль катализатора (кислоты Льюиса).

   5. Механизм реакции алкилирования (реакция Фриделя-Крафтса). Роль катализатора (кислоты Льюиса) в образовании электрофильной частицы.

   6. Механизм реакции сульфирования (олеумом).

5. Реакции электрофильного замещения в производных бензола.

   1. Влияние электронодонорных и электроноакцепторных заместителей на скорость реакций электрофильного замещения. Примеры.

   2. Механизм ориентирующего влияния заместителей в ароматическом ядре. Заместители 1 и 2 рода. Примеры.

6. Реакции электрофильного замещения в конденсированных аренах.

   1. Ароматические свойства нафталина. Распределение электронной плотности в молекуле.

   2. Реакции нитрования, галогенирования нафталина. Преимущественный продукт реакции.

   3. Особенность реакции сульфирования нафталина. Зависимость продукта реакции от её условий.

7. Реакции окисления алкилпроизводных бензола (окисление боковых цепей).

Рекомендуемая литература

А – 36-47, 135-142, 144-146, 220

А* - с. 37-38, 40-46, 49-50, 134-144.

А** - с. 35-38, 42-45, 142-154.

Б – Тема 1.6, обучающая задача 1 (с. 69-70).

Вопросы для самоконтроля (задания, обозначенные*, обязательны для выполнения в письменном виде)

1. Укажите тип сопряжения и количество сопряжённых делокализованных электронов в следующих соединениях:

2. Сравните стабильность следующих соединений: гексадиен-1,3; гексадиен-1,4; гексатриен-1,3,5; бензол.

3. Рассмотрите влияние заместителей на скорость и направление реакций S_E в следующих соединениях: толуол, бромбензол, бензойная кислота, бензальдегид, фенол, анилин, нитробензол, метоксибензол (метилфениловый эфир).

4*. Сравните активность соединений в реакциях электрофильного замещения:

• бензол, фенол, бензойная кислота;

• бензол, хлорбензол, анилин;

• бензол, анилин, нитробензол;

• бензол, толуол, нитробензол.

5*. Какие продукты могут быть получены при хлорировании толуола в различных условиях? Приведите схемы соответствующих реакций и назовите их механизм.

План работы на предстоящем занятии

1. Определение исходного уровня знаний (тестовый контроль).

2. Разбор основных вопросов темы.

3. Выполнение лабораторной работы:

- Образование триброманилина.

4. Оформление лабораторного журнала, контроль выполнения лабораторной работы.

Лабораторная работа

Образование триброманилина

В пробирку поместите 1 каплю анилина и 5-6 капель воды, хорошо встряхните и прибавьте несколько капель бромной воды до появления осадка. Напишите схему протекающей реакции. Объясните влияние аминогруппы на ход реакции бромирования в ароматическом кольце.

Блок информации

Граф 7

Классификация ароматических углеводородов

Граф 8

Свойства моноядерных ароматических углеводородов

Cl_2, Fe

H₂

HNO₃

H₂SO₄

H₂SO₄

(SO₃)

[O]

RCl,AlCl₃

Cl₂,

свет

RCOCl

AlCl₃

Таблица 10