Areny – maturitní otázka

 

Otázka: Areny

Předmět: Chemie

Přidal(a): I. Prokopová

 

3 podmínky:

• 1) uhlovodík musí být cyklický, všechny atomy musí být v jedné rovině
• 2) musí existovat minimálně dvě možnosti uspořádání π elektronů
• 3) počet π elektronů musí splňovat podmínku 2n+2

 

DELOKALIZAČNÍ ENERGIE – energie spojená se vznikem delokalizovaného π elektronového systému

• delokalizace π elektronového systému v molekule benzenu má za následek, že chem. vlastnosti benzenu se liší od chem. vlastností nenasyceného uhlovodíku

 

POLYCYKLY

• a) KONDENZOVANÉ (společná stěna)
• b) IZOLOVANÉ (propojenou společnou vazbou – bifenyl)

 

FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI

• MONOCYKLICKÉ – kapaliny (používají se jako nepolární rozpouštědla) nebo pevné látky, jsou hořlavé, s rostoucí mol. hmotností  roste teplota varu, charakteristické svojí vůní (toluen), karcinogenní účinky
• POLYCYKLICKÉ – vždy jsou to pevné látky (naftalen), stejná def. jako u mono.

 

CHEMICKÉ VLASTNOSTI

• typická reakce je substituce elektrofilní
• na začátku elektrofil, který velmi rychle reaguje s aromatickou sloučeninou a vzniká π komplex → vytvoření kovalentní vazby, vzniklý útvar nazýváme σ komplex

 

HALOGENACE – vnesení atomu chloru (popřípadě Br), katalyzátor halogenid železitý nebo hlinitý

NITRACE – používá se směs kyseliny dusičné a sírové, vznikají molekuly vody a nitrilového kationtu NO₂⁺

SULFOCHLORACE – zavádíme skupinu SO₃H, používáme kyselinu sírovou nebo oleum

ALKYLACE – používají se alkylhalogenidy, jako katalyzátory se uplatňují halogenidy kovů (halogenidy hlinité), reaktivita klesá od F k I

ALKYLACE ALKENY – katalyzátor silná kyselina (H₂SO₄) nebo Lewisova kyselina, v sousladu s Markovníkovým pravidlem

 

VLIV SUBSTITUENTŮ – dvě třídy:

A) substituenty 1. třídy řídí navázání dalšího substituentu do poloh ortho a para

B) substituenty 2. třídy řídí jeho vstup do polohy meta

 

1.      TŘÍDA	NH2	-OH	-OR	alkyl	halogen
2.      TŘÍDA	NO2	SO3H	CHO	COOH	CN

 

–substituenty 1. třídy – zvyšují elektronovou hustotu na aromatickém jádře, většinou má kladný mezomerní efekt

 

– pokud působí zde +M a k tomu +I efekt, dochází k dalšímu zvýšení elektronové hustoty (fenolátový anion)

 

– většina  substituentů této třídy však působí +M a –I efektem →oba efekty působí proti sobě

–substituenty 2. třídy – působí –M a –I efektem, tím snižují elektronovou hustotu, orientace do polohy meta

 

ADIČNÍ REAKCE MONOCYKLICKÝCH ARENŮ – jsou radikálové → zrušení aromatického charakteru

• HYDROGENACE – katalyzátor Raneyův nikl, při teplotě 200°C, produkt je cyklohexan
• CHLORACE – radikálově reakce iniciované UV zářením

 

OXIDACE – na aromatickém jádře nebo v jeho bočním řetězci, pokud je na aromatickém jádře přítomen boční řetězec oxiduje se jako první, vznikají karboxylové kyseliny

 

-samotné benzenové jádro se oxiduje poměrně obtížně; čím větší je aromaticita kruhu, tím obtížněji k oxidaci dochází

 

SUBSTITUČNÍ REAKCE NAFTALENU (polycyklické) – přednostně podléhá S_E v poloze α

HALOGENACE, NITRCE – bromace naftalenu probíhá účinkem samotného bromu, k provedení nitrace postačuje zředěná kyselina dusičná

SULFONACE – v poloze α probíhá rychle a je vratná, v poloze β probíhá pomalu a je prakticky nevratná, lze ovlivnit teplotou (vyšší teplota podporuje vznik β derivátu)

 

VLIV SUBSTITUENTŮ 1. TŘÍDY  – substituenty navázané v poloze 1 usměrňují další substituenty do poloh 2 a 4; pokud se substituent nachází v poloze 2, tak se další substituce řídí do polohy 1

 

VLIV SUBSTITUENTŮ 2. TŘÍDY – substituce probíhá vždy na vedlejším jádře v poloze 5 a 8 bez ohledu na polohu řídícího substituentu

 

ADIČNÍ REAKCE NAFTALENU –  radikálový mechanismus

HYDROGENACE – katalyzátor Pt, vzniká tetralin nebo dekalin

 

HALOGENACE – vnesení halogenu (Cl)

1,2,3,4,5,6-hexachlorcyklohexan (jako rozpouštědlo, výroba pesticidů

 

BENZEN C₆H₆

-bezbarvá kapalina, se vzduchem tvoří výbušnou směs, není rozpustný ve vodě, dobře rozpustný v org. rozpouštědlech, je karcinogenní

-výroba léčiv, barviv plastické hmoty

 

TOLUEN C₆H₅-CH₃

-dobré rozpouštědlo, méně jedovatý jak benzen (často jej nahrazuje), páry mají omamné účinky

 

VINYLBENZEN (styren) C₆H₅-CH=CH₂

-výchozí látka při výrobě polystyrenu a syntetického kaučuku, karcinogenní účinky

 

NAFTALEN C₁₀H₈

-bílé, lesklé krystalky, pronikavý zápach, dezinfekční účinky, proti molům

-výchozí surovina pro výrobu mnohých org. sloučenin (barviva)

 

PŘÍRODNÍ ZDROJE UHLOVODÍKŮ A JEJICH ZPRACOVÁNÍ

-rozdělujeme na fosilní a recentní

-fosilní: ropa, zemní plyn, uhlí

-recentní:dřevo, rostlinné plody, tuky apod.

-velký význam má ropa, zemní plyn a černouhelná dehet získaný z černého uhlí

 

ROPA

• hnědá až černá kapalina
• dělíme na:
  • a) alkalické (parafinické),
  • b) cyklanické (naftenické),
  • c) aromatické,
  • d) asfaltické

 

ZPRACOVÁNÍ:

-nejčastěji se zpracovává v rafinériích

–destilací: přehřátá ropa se dopravuje do trubkové pece

A  trubková pec                               4  petrolej

B  předehřívací kolona                   5  plynový olej

C  atmosférická kolona                  6  olejové destiláty

D  vakuová kolona                          7  mazut

• plynné uhlovodíky 8  vakuový plynový olej
• lehký benzín 9  lehké, střední a těžké oleje
• těžký benzín 10  asfalt

 

-rafinace (čištění): působení chem. činidel

-krakování (štěpení): dochází ke štěpení uhlíkatých řetězců

-odparafínování olejů (odstranění): používají se selektivní rozpouštědla

 

PRODUKTY:

–z plynných uhlovodíků (C₁ – C₄): methan, ethan…

– benzíny získané destilací ropy:

-kvalita mot. benzínu je dána především jeho chem. složením – ovlivňuje jeho tzv. antidetonační vlastnosti

– jakost benzínu udává tzv. oktanové číslo→ míra odolnosti paliva ve spalovacím motoru proti klepání

–petrolej (C₁₀ – C₁₈): část jako palivo leteckých motorů, dříve ke svícení a topení

–plynový olej (C₁₅ – C₂₄): motorová nafta (do vznětlivých motorů)

–olejové destiláty: jako mazací oleje, tuky, k hodnocení se používá tzv. viskózní index

–mazut: palivo, zpracovává se na olejové destiláty a asfalt

–asfalt: tmavá, pevná látka, obsahuje látky podobné pryskyřicím, k povrchovým úpravám, izolační materiál

 

UHLÍ

• pevná fosilní paliva, směs makromolekulárních látek
• prvky: C, H, O, N, S
• vznik popele po spálení
• hnědé, černé, antracit – chemicky se zpracovává především černé uhlí
• zpracovává se karbonizací (tepelný rozklad organických látek bez přístupu vzduchu), teplota kolem 1000°C → vznik koksu, surového koksárenského plynu a černouhelného dehetu
• koks: používá se při výrobě železa, acetylenu a vodního plynu, velmi kvalitní pevné palivo
• koksárenský plyn: čistý se využívá jako průmyslové palivo, je jedovatý
• černouhelný dehet: hustá, černohnědá, páchnoucí kapalina, zdroj monocyklických a polycyklických arenů (benzen, toluen, naftalen), zpracovává se frakční destilací

 

NÁZEV FRAKCE	TELOTA VARU (°C)	ZÍSKANÉ SLOUČENINY A JEJICH POUŽITÍ
lehký olej	do 150 °C	benzen, toluen, xyleny
karbolový olej	do 180 °C	fenoly, kresoly
naftalenový olej	do 215 °C	naftalen
prací olej	do 250 °C	-vypírání benzenu z koksárenského plynu -výroba impregnačních olejů
anthracenový olej	do 380 °C	anthracen
dehtová smůla	nad 380 °C	-výroba izolačních materiálů -pojivo při výrobě briket

 

ZEMNÍ PLYN

• směs uhlovodíků, převládá methan (60 – 97%)
• pokud je tvořen téměř čistým methanem → tzv. suchý zemní plyn
• když obsahuje větší množství uhlovodíků (za zvýšeného tlaku lze zkapalnit) → tzv. mokrý zemní plyn
• příměsi: sulfan, oxid uhličitý, dusík, helium