1 Związki aromatyczne Cl NO 2 CH 2 CH 3 benzen chlorobenzen nitrobenzen etylobenzen CH 3 NH 2 OH CN toluen anilina fenol benzonitryl CHO CCH 3 O COOH CH CH 2 styren kwas benzoesowy benzaldehyd acetofenon
1
Związki aromatyczne
Cl NO2 CH2CH3
benzen chlorobenzen nitrobenzen etylobenzen
CH3 NH2 OH CN
toluen anilina fenol benzonitryl
CHO CCH3O
COOH CH CH2
styrenkwasbenzoesowy
benzaldehyd acetofenon
2
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
orto-ksylen meta-ksylen para-ksylen1,2-dimetylobenzen 1,3-dimetylobenzen 1,4-dimetylobenzen
CH3
CH3H3C
mezytylen bifenyl naftalen
3
C6H5 fenyl
C6H5 , Ph , Φ , Ar
benzylCH2
benzylidenCH
4
CHCH2CH2CH2CH2CH3
CH3
2-fenyloheptan
1
2 3 4 5 6 7
CH2 Brbromek benzylu
5
Xortoorto
meta meta
para
orto-dichlorobenzeno-dichlorobenzen1,2-dichlorobenzen
Cl
Cl
para-bromotoluenp-bromotoluen
CH3
Br
6
x2-chloro-1,4-dinitrobenzen
NO2Cl
NO2
2,6-dibromofenol
OHBr Br x
2,4,6-trinitrotoluen( TNT )
CH3NO2
NO2
O2Nx
7
Struktura benzenu
8
W benzenie C6H6 6 orbitali p tworzy 3 zdelokalizowane orbitalewiążące, przy czym każdy z nich jest zajęty przez 1 paręelektronową.Sumaryczny rozkład gęstości elektronowej przypomina podwójny obwarzanek:
9
Uwodornienie wiązania C=C jest reakcją egzotermiczną
Struktura benzenu
H2
Pt
PtH2
∆Ho = - 28,6 kcal / mol
obl. ∆Ho =2*( -28,6) = - 57,2 kcal / molznal. ∆Ho = - 55,4 kcal / mol
H2
Ptobl. ∆Ho =3*( -28,6) = - 85,8 kcal / molznal. ∆Ho = - 49,8 kcal / mol
Benzen jest mniej podatny na uwodornienie niż proste alkeny oraz ciepło wydzielone jest o wiele mniejsze od oczekiwanego.
10
Rzeczywista cząsteczka benzenu jest bardziej stabilna niżgraniczne struktury rezonansowe
(hipotetyczna cząsteczka 1,3,5-cykloheksatrienu)o ~ 36 kcal / mol
Ta różnica to energia stabilizacji(energia rezonansu, energia delokalizacji)
Jest to różnica między faktyczną energią rzeczywistej cząsteczki a wyliczoną energią najbardziej stabilnej struktury granicznej.
[ -49,8 – (-85,8)]Benzen i inne związki aromatyczne reagują zwykle w taki
sposób, żeby nie utracić aromatycznego charakteru i zachowaćenergię rezonansu.
11
Gdy układ jest aromatyczny – energia cząsteczki jest niższa, niżwynikałoby to z sumowania energii wiązań.
Porównuje się energię sprzężonego układu wiązań podwójnych –liniowego z cyklicznym.
Jeżeli pierścień ma niższą energię π elektronów jest aromatyczny
Jeżeli pierścień ma taką samą energię π elektronów jest niearomatyczny
Jeżeli pierścień ma wyższą energię π elektronów jest antyaromatyczny
(zawierają 4n elektronów π – np cyklobutadien)
12
AromatycznośćCząsteczka jest wtedy aromatyczna, gdy spełnia następujące
warunki:1. Jest płaskim, cyklicznym układem wiązań skoniugowanych z
orbitalem p na każdym z atomów tego układu (wszystkie atomy mają hybrydyzację sp2 ),
2. Układ zawiera 4n + 2 elektronów na orbitalach p , gdzie n jest liczbą całkowitą ( n = 0, 1, 2, 3,....) – reguła Hückla (1930)
13
kation cyklopropenylowypłaski, 4n+2 =2
n = 0
n = 1
anion cyklopentadienylowy
xkation cykloheptatrienylowy
14
Aromatyczne związki heterocykliczne
n = 1
NH
O S
N
NH
pirol furan tiofen imidazol
N N
N N
N
N
NH
pirydyna pirymidyna puryna n=2
15
Aromatyczne związki policykliczne
n = 2
naftalen
n = 3antracen
n = 4
fenantren
piren
x
16
Reakcje związków aromatycznychreakcje aromatycznej substytucji elektrofilowej SEAr
H
HH
H H
H+ E
E
HH
H H
H+ H
17
SEAr
H
HH
H H
H+ E
H
HH
H H
HE
kompleks π
+ HE
x
kompleks σ
EH
EH
EH
18
1. Reakcja halogenowania :
Cl2AlCl3
Cl
Br2
FeBr3
Br
F2 jest zbyt reaktywny – powstają produkty polifluorowane
I2 jest za mało reaktywny
chlorobenzen
bromobenzen
19
Aby zaszła reakcja chlorowania lub bromowania benzenu, należy użyć kwasu Lewisa – takiego jak AlCl3, AlBr3, FeCl3, itp.
Cl Cl + AlCl3 Cl Cl Al ClCl
Cl
Cl Αl ClCl
ClCl
Kwas Lewisa powoduje, że cząsteczka Cl2 czy Br2staje się bardziej elektrofilowa.W wyniku utworzenia kompleksu np.:
FeBr4-Br+ reaguje tak, jakby reagował Br+
czy FeCl4-Cl+ tak, jakby reagował Cl+
20
2. Reakcja nitrowania:
NO2HNO3 stęż
H2SO4 stęż
elektrofil NO2 kation nitroniowy
nitrobenzen
21
3. Reakcja sulfonowania:
SO3
H2SO4
SO3H
kwas benzenosulfonowy
Reaktywnym elektrofilem jest HSO3
+ lub SO3 w zależności od warunków reakcji
22
4. Reakcja alkilowania Friedela - Craftsa
RCl
AlCl3
R
Elektrofilem jest karbokation R+
RCl + AlCl3 R [AlCl4]
R = CH3- lub CH3CH2-
23
CH2 CH2H2SO4+
CH2CH3
CH3CH CH2H2SO4+
CHCH3
CH3
lubAlCl3
kumen
Reakcja alkilowania:
24
5. Reakcja acylowania Friedela - Craftsa
RCOCl
AlCl3
C R
O
Elektrofilem jest kation acyliowy
CR
O
ClAlCl3+ R C O R C O + AlCl4
kation acyliowy
R C O
25
Wpływ podstawnika.Podstawnik już przyłączony do pierścienia wykazuje 2 efekty:1. Wpływa na reaktywność pierścienia aromatycznego w
reakcji substytucji elektrofilowej. Niektóre podstawniki aktywują pierścień, czyniąc go bardziej reaktywnym niż benzen, a niektóre dezaktywują pierścień czyniąc go mniej reaktywnym niż benzen.
2. Ma wpływ na orientację (kierunek) reakcji.miejsce podstawienia drugiego podstawnikaTrzy możliwe produkty dwupodstawione: orto- , meta- i para-, nie tworzą się w równych ilościach.Charakter podstawnika już obecnego w pierścieniu benzenowym określa położenie drugiego podstawnika. Niektóre grupy kierują następny podstawnik przede wszystkim w położenie orto- i para- ,
podczas gdy inne grupy kierują w położenie meta-.
26
Grupy kierujące w położenia orto- i para-
silnie aktywujące:
średnio aktywujące:
słabo aktywujące:
słabo dezaktywujące
O ,OH ,NR2 ,NHR ,NH2 ,
OR ,NHCOR ,
C6H5 ,R ,
I ,Br ,Cl ,F ,
27
Grupy kierujące w położenie meta-zawsze dezaktywujące
silnie dezaktywujące:
średnio dezaktywujące:
CCl3 ,CF3 ,NR3 ,NO2 ,
CN ,
SO3H , COOH , COOR ,
CHO ,COR ,
28
Szybkość reakcji SEAr :
OH OCH3 CH3 Cl CHO NO2
>> > >>>
29
Reakcje łańcucha bocznego
1. Halogenowanie wolnorodnikowe:
CH2CH3Cl2hν
CHCH3Cl
2. Utlenianie łańcucha bocznego:
CH2R COOHKMnO4
H2O , ∆t
30
Ze względu na ograniczenia alkilowania Friedela- Crtaftsa, aby wprowadzić grupę alkilową stosuje się
najpierw acylowanie a następnie redukcję ketonu
RCOCl
AlCl3
C R
O
Zn (Hg) HCl CH2R
redukcjaClemmensena
lub redukcja Wolffa-Kiżnera
H2NNH2 , NaOH
∆t
31
Otrzymywanie kwasu meta-bromobenzoesowego–COOH kieruje meta -Br kieruje orto, paraNajpierw trzeba wprowadzić –COOH a następnie -Br
kwas meta-bromobenzoesowy
Planowanie syntezy
CH3Cl
AlCl3
CH3 COOHKMnO4
H2O , ∆t
COOH
BrFeBr3
Br2
COOH
32
Planowanie syntezy
Otrzymywanie kwasu orto- i para-bromobenzoesowego
CH3
AlCl3
CH3Cl+
CH3Br
CH3
BrFeBr3
Br2
rozdział
CH3Br
H2O , ∆t
KMnO4COOH
BrCH3
Br
COOH
Br
KMnO4
H2O , ∆t
33
FeBr3
Br2
CH3
AlCl3
CH3Cl
AlCl3
CH3ClBr
FeBr3
Br2
CH3
Br
+
CH3Br
rozdział
i dalsze utlenianie do odpowiedniego kwasu
34
Otrzymywanie kwasu sulfanilowego:-SO3H kieruje meta-NH2 kieruje orto, paraNajpierw wprowadzamy –NH2
SO3H
NH2
HNO3 st
H2SO4 stNO2
SnHCl
NH2
H2SO4 st HO3S NH2
35
Otrzymywanie kwasu p-aminobenzoesowego:PABA
COOH
NH2
CH3Cl
AlCl3CH3
HNO3 st
H2SO4 st
CH3NO2
CH3
NO2
+
rozdziałCH3
NO2
KMnO4
COOH
NO2
COOH
NH2
Sn
HCl
36
Sulfonamidy – jako leki to amidy kwasu sulfanilowego,są stosowane w medycynie, jako środki bakteriostatyczne.
H2N SO3H
kwas sulfanilowy
H2N SO
ONHR
sulfonamid
Dla aktywności przeciwbakteryjnej niezbędna jest wolna, niepodstawionagrupa aminowa w pozycji para względem grupy sulfonamidowej. W normalnych warunkach, w komórce bakteryjnej dochodzi do syntezy kwasu dihydrofoliowego (DHF) z użyciem PABA i kwasu foliowego.
Dostanie się sulfonamidu do komórki powoduje włączenie w tę syntezęsulfonamidu zamiast PABA i w konsekwencji zahamowanie procesu.W wyniku niedoboru DHF komórka bakteryjna nie może rozmnażać się.
PABA – kwas para-aminobenzoesowy: H2N CO2H
37
NH
O
NHN
NN
N
OH
H2N
HO O
OH
O
Kwas foliowy – witamina z grupy Bnazwa kwasu pochodzi od łacińskiego folium - liść.
kwas glutaminowy
PABA
Szkielet kwasu p-aminobenzoesowego PABA jest obecny w kwasie foliowym.
pteryna
38
Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne WWAPolycyclic aromatic hydrocarbons PAH
Powstają podczas niecałkowitego spalania wszystkich węglowodorów z wyjątkiem metanu.
Wydzielają się także w trakcie spalania drewna iglastego, palenia papierosów, są obecne w spalinach samochodowych,
w dymie z kadzideł, powstają również podczas obróbki żywności w wysokiej temperaturze
(np. przy grillowaniu, paleniu kawy).
39
Zostało stwierdzone, że 16 WWA jest szczególnie niebezpiecznych, a na pierwszym miejscu wymienia się
benzo-α-piren
Związki te wykazują stosunkowo niską toksyczność ostrą, ale bardzo wyraźną toksyczność przewlekłą.
Są to związki bardzo niebezpieczne, ponieważ wywołujązmiany nowotworowe w różnych tkankach wbudowując się
(interkalacja) w helisy DNA.Niektóre związki policykliczne są z tego samego powodu
stosowane w leczeniu nowotworów.