Для получения гомологов бензола проводят реакцию бензола с пропаном в присутствии кислоты Льюиса по методу Фриделя-Крафтса.

Выберите соединение которое образуется:

А. B. C.

D. E.

4. Реакции нитрования, сульфирования, алкилирования, ацилирования для ароматических углеводородов проходят по механизму:

A. электрофильного замещения.

B. свободнорадикального замещения.

C. нуклеофильного присоединения.

D. элиминирование.

E. нуклеофильного замещения.

5. Для ароматических соединений характерны реакции электрофильного замещения. Одним из факторов, влияющих на направление и скорость этих реакций, является характер заместителя в бензольном кольце. Определите, в какой последовательности увеличится скорость этих реакций в ряду:

A. 1;2;3

В. 2;1;3

C. 3;2;1

D. 2;3;1

E. 1;3;2

Заместители в бензольном кольце избирательно направляют реакции электрофильного замещения в орто, мета и пара-положение. Выберите соединение, которое является продуктом реакции

A. о-нитротолуол

B. м-нитротолуол

C. п-нитротолуол

D. смесь о- и п-нитротолуола

E. нитробензол

7. Проводят окисление толуола перманганатом калия при повышенной температуре по схеме:

Какая образуется реакция?

А. B. C.

D. E.

8. Проводят реакцию сульфированием сульфобензойнои кислоты (рис.). Укажите места введения сульфогруппы:

A. Положение 2

B. Положение 4

C. Положение 6,2

D. Положение 5,2

E. Положение 5

9. Необходимо отличить бензол от толуола с помощью химических реакций. Каким реагентом можно воспользоваться для идентификации?

A. Zn + CH₃COOH

B. Раствор КMnО₄

C. Спирт.р-р NaOH

D. Амид натрия

E. НNO₃ (розведенная)

Эталоны ответов:

1.C, 2.A, 3.C, 4.A, 5.D, 6.D, 7.D, 8.E, 9.B.

Тема № 8

МНОГОЯДЕРНЫЕ АРЕНЫ

С КОНДЕНСИРОВАННЫМИ И ИЗОЛИРОВАННЫМИ ЯДРАМИ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Многоядерные арены имеют большое значение в фармации и медицине. Они применяются в синтезе лекарственных средств и красителей. Например, антрацен применяется главным образом в производстве антрахинона и красителей. Производные фенантрена входят в состав многих природных соединений, обладающих физиологической активностью - стероидов, алкалоидов (морфин, кадеин), витаминов группы Д, желчных кислот, половых гормонов и др. Дифенилметан используется для ароматизации мыл. Производные трифенилметана нашли широкое практическое применение в качестве красителей, лекарственных препаратов. Представителем его является краситель бриллиантовый зеленый. Он применяется в медицине и фармации в виде 1-2% водных или спиртовых растворов как антисептическое средство, а также при изготовлении бактерицидных лейкопластырей. Фенолфталеин используют в аналитической практике как кислотно-основный индикатор. Он применяется в медицине как слабительное средство при хронических запорах. Препарат выпускают в таблетках под названием пурген.

Таким образом, умение интерпретировать химическое строение и свойства многоядерных аренов необходимо для изучения таких дисциплин, как фармацевтическая химия, токсикологическая химия, фармакология и фармакогнозия.

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

Общая цель: Уметь определять свойства многоядерных аренов для применения в фармацевтических и токсикологических исследованиях.

Конкретные цели

Уметь:

1. Составлять названия многоядерных аренов

2. Составлять схемы получения многоядерных аренов.

3. Определять направление реакций электрофильного замещения в нафталиновом ядре

4. Составлять уравнения реакций, соответствующих химическим свойствам многоядерных аренов.

СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ

1. Основные теоретические вопросы:

1. Классификация, номенклатура и изомерия многоядерных аренов.

2. Способы получения многоядерных аренов

3. Многоядерные арены с конденсированными (аннулированными) бензольными циклами

3.1. Нафталин. Антрацен. Фенатрен. Электронное строение. Ароматичность.

3.2. Физические и химические свойства:

- Реакции электрофильного замещения (SE). Правила ориентации заместителей в нафталинов ядре;

- Реакции присоединения и окисления.

4. Многоядерные арены с изолированными бензольными кольцами.

4.1. Бифенил. Строение. Атропоизомерия. Химические свойства.

4.2. Дифенилметан. Трифенилметан. Строение катионов, анионов и свободных радикалов трифенилметанового ряда и факторы их стабилизации.

4.3. Красители трифенилметанового ряда: Бриллиантовый зеленый, малахитовый зеленый.

2. Отдельные представители. Использования.

2. Основные термины и их определения

Многоядерные арены делятся на две группы:

- Арены с конденсированными бензольными циклами;

- Арены с изолированными бензольными циклами.

Конденсированные многоядерные арены содержат в своем составе два и более бензольных ядра, имеющих общие атомы углерода.

Наиболее важными представителями конденсированных аренов является нафталин, антрацен и фенантрен.

Нафталин - бесцветное кристаллическое вещество с характерным запахом. Не растворяется в воде, растворяется в органических растворителях.

Способы получения:

1. Из природных источников. В промышленности нафталин добывают из каменноугольной смолы.

2. Получение нафталина из ацетилена. При пропускании ацетилена мимо нагретые до 700-800 ° С трубки вместе с бензолом образуется также и нафталин.

Нафталин, как и бензол, проявляет свойства ароматических соединений и для него характерны реакции электрофильного замещения, но он также легко вступает в реакции присоединения и окисления.

1. Реакции электрофильного замещения. В реакции электрофильного замещения (нитрование, сульфирование, галогенирование) нафталин вступает значительно легче бензола. При этом образуются в основном продукты a-замещения.

При наличии в нафталиновом ядре электронодонорного заместителя (I рода) реакция электрофильного замещения происходит в этом кольце с которым связан заместитель в a-положение.

Електроноакцепторний заместитель (II рода) снижает электронную плотность в нафталиновом ядре в том кольце, с которым он связан. Поэтому реакции идут с участием атомов углерода другого бензольного ядра.

Реакции присоединения

Восстановление. Конечным продуктом является декалин.

Окисления. В зависимости от условий реакции образуется фталевый ангидрид и 1,4-нафтохинон

Антрацен находится в каменноугольном дегте, а именно в Антра-ценовом масле, откуда его и добывают в промышленности. В лаборатории можно получить антрацен по реакции Фриделя - Крафтса из бензола:

Антрацен менее ароматический, чем бензол и нафталин. Он в большей степени "ненасыщенное" соединение и для него более характерны реакции присоединения, чем электрофильного замещения.

Реакция восстановления приводит к образованию пергидроантрацену.

Реакции замещения проходит в положение 9,10

Реакция окисления приводит к образованию 9,10-антрахинона.

При восстановлении фенантрена образуется продукт, который носит название пергидрофенантрен.

Конденсированная система пергидрофенантрена и циклопентана называется циклопентанпергидрофенантрен или стеран. Эта структура лежит в основе стероидов.

Наиболее важными представителями многоядерных аренов с изолированными бензольного циклами является бифенил, дифенилметан и трифенилметан.

Бифенил - твердое вещество, легко растворимый в спирте, эфире.

Способы получения:

1. Выделение из каменноугольной смолы.

2. Гидрогенизация бензола. Пары бензола пропускают через раскаленные трубки:

3. Реакция Ульмана. Нагрев йод бензола в присутствии порошкообразной меди:

Химические свойствабифенила аналогичны свойствам моноядерных аренов. В реакции электрофильного замещения (нитрование, галогенирование, сульфирование) бифенил вступает легче, чем бензол, при этом образуются преимущественно продукты пара- и орто -замещения.

Дифенилметан - твердое кристаллическое вещество с запахом герани, оно легко растворяется в спирте, диэтиловом Этери, хлороформе.

Дифенилметан получают по реакции Фриделя - Крафтса алкилированием бензола бензилхлоридом или дихлорметаном:

Химические свойства.Для дифенилметана характерны реакции с участием бензольного цикла и активной метиленовой группы. Дифенилметан вступает в реакции электрофильного замещения, образуя 4,4'-дизамещенные и 2,4,2 ', 4' -тетразамищенные продукты:

Метиленовая группа дифенилметана легко окисляется в результате электроноакцепторных действия фенильных групп. Продукты реакции дифенилкарбинола и бензофенон:

Атомы водорода метиленовой группы легко размещаются на галогене:

Трифенилметан - кристаллическое вещество, трудно растворимое в воде, легко - в органических растворителях.

Трифенилметан получают по реакции Фриделя-Крафтса из хлороформа и бензола:

По химическим свойствам трифенилметан напоминает дифенилметан. Для него характерны реакции электрофильного замещения с участием бензольного цикла. За счет метинового группы трифенилметан легко окисляется. Продуктом окисления является трифенилкарбинол:

К красителям трифенилметанового ряда относят бриллиантовый зеленый и фенолфталеин.

Граф логической структуры

МНОГОЯДЕРНЫЕ АРЕНЫ

Взаимное расположение циклов

СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ

Синтез красителей

Синтез производных

Ароматичность

Строение катионов, анионов и свободных радикалов

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Присоединение

Реакции электрофильного замещения

Окисление

Ориентирующее действие заместителей

ИДЕНТИФИКАЦИЯ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В СИНТЕЗЕ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ

4. Источники информации

1. Черных, В. П. Органическая химия: в 3–х кн. Кн.2. Углеводороды и их функциональные производные: учебник для фармац. вузов и фак. / В. П. Черных, Б. С. Зименковский, И. С. Гриценко. – Х.: Основа, 1993, с. 118-152.

2. Лекции по органической химии В.П. Черных: Учеб. пособие для студ. вузов. – Х.: Издательство НФаУ: Золотые страницы, 2005, с. 134-145.

3. Черных, В. П. Общий практикум по органической химии / В. П. Черных, И. С. Гриценко, З. И. Коваленко. – Х. : Изд–во НФАУ; Золотые страницы, 2002, с.198-203.

4. Сборник тестов по органической химии / Под редакцией чл.-корр. НАН Украины, проф. Черных В.П. – Харьков: Изд-во НФаУ: Золотые страницы, 2005, с. 109-142.

ОРИЕНТИРОВОЧНАЯ ОСНОВА ДЕЙСТВИЙ (ООД)

1. Алгоритм составления синтеза веществ на основе нафталина

1. По названию продукта реакции составьте его структурную формулу

2. Определите расположены заместители по отношению друг к другу.

В одном бензольном кольце

В разных бензольных кольцах

3. Сначала введите электронодонорный заместитель (I рода)

3. Сначала вводите електроноакцепторний заместитель (II рода)

УЧЕБНЫЕ ЗАДАНИЯ

Задание 1

Назовите приведенные многоядерные арены:

a) b) c)

Задание 2

Составьте схемы извлечения из бензина и других необходимых реагентов следующих соединений:

a) пери-динитронафталин

b) 9-бромантрацен

c) бензофенон

Задание 3

Учитывая направление реакций электрофильного замещения в нафталиновом ядре и пользуясь алгоритмом темы составьте реакции получения из нафталина следующих соединений:

a) 1-этил-4-хлорнафталины

Пример решения:

Сначала вводим электронодонорный заместитель:

b) 5-метил-1-нафталинсульфокислота

c) 1-амино-5-хлорнафталин

Задание 4

Составьте уравнения предложенных реакций, отвечающих химическим свойствам многоядерных аренов:

a)

b)

c)

d)

ЗАДАЧИ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДОСТИЖЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ