• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Węglowodory aromatyczne

    Przeczytaj także...
    Atom – podstawowy składnik materii. Składa się z małego dodatnio naładowanego jądra o dużej gęstości i otaczającej go chmury elektronowej o ujemnym ładunku elektrycznym.Czynnik rakotwórczy, czynnik onkogenny, karcynogen, kancerogen – czynnik, który powodując mutację materiału genetycznego, przyczynia się do rozwoju choroby nowotworowej.
    Toluen (metylobenzen), C6H5CH3 – organiczny związek chemiczny z grupy węglowodorów aromatycznych, stosowany często jako rozpuszczalnik organiczny. Odkrywcą toluenu jest polski chemik Filip Walter.

    Węglowodory aromatyczne, areny (w skrócie: WA) – cykliczne węglowodory spełniające warunki aromatyczności. Zazwyczaj występują w nich sprzężone wiązania wielokrotne, czyli zamknięty układ naprzemiennie położonych wiązań podwójnych i pojedynczych między atomami węgla. We wszystkich atomach pierścienia aromatycznego zachodzi hybrydyzacja sp, dzięki czemu cząsteczki są płaskie (o ile dodatkowe czynniki stereochemiczne nie wymuszają odchyłek, jak np. dla fullerenu C60).

    Orbital molekularny (inaczej: cząsteczkowy, skrót: MO) jest funkcją, opisującą stan elektronu w cząsteczce, w ramach teorii orbitali molekularnych. Zwykle przedstawia się go jako kombinację orbitali atomowych – "zwykłych" bądź zhybrydyzowanych.Mechanika kwantowa (teoria kwantów) – teoria praw ruchu obiektów świata mikroskopowego. Poszerza zakres mechaniki na odległości czasoprzestrzenne i energie, dla których przewidywania mechaniki klasycznej nie sprawdzały się. Opisuje przede wszystkim obiekty o bardzo małych masach i rozmiarach - np. atom, cząstki elementarne itp. Jej granicą dla średnich rozmiarów lub średnich energii czy pędów jest mechanika klasyczna.

    Układ ten powoduje, że wiązania, "rozmywają" się tak, że nie można dokładnie ustalić, które z nich są podwójne, a które pojedyncze. Jedna z metod formalnego opisu tego zjawiska opiera się na założeniu występowania rezonansu chemicznego. Mechanika kwantowa pozwala wyznaczyć funkcje falowe elektronów. Elektrony tworzące wiązania π zajmują kolejne orbitale cząsteczkowe, zgodnie z zasadami stosowanymi do orbitali atomowych. Obsadzanie kolejnych orbitali π przez pary elektronowe rozpoczyna się od tych, które mają najmniejszą energię. Obliczona łączna gęstość elektronowa na trzech orbitalach wiążących wskazuje, że w stanie podstawowym "rozchodzą" się po równo po wszystkich atomach w pierścieniu. Energia całej cząsteczki jest wówczas mniejsza od energii obliczonej dla struktury Kekulégo (3 wiązania C-C i 3 wiązania C=C). Tę różnicę nazywa się „energią stabilizacji aromatycznej”, „energią stabilizacji przez sprzężenie” albo „energią rezonansu”.

    Ksyleny - (nazwa systematyczna: dimetylobenzen wzór sumaryczny: C8H10) - organiczne związki chemiczne - węglowodory aromatyczne stosowane głównie jako wysokowrzące rozpuszczalniki organiczne.Wiązanie chemiczne według klasycznej definicji to każde trwałe połączenie dwóch atomów. Wiązania chemiczne powstają na skutek uwspólnienia dwóch lub większej liczby elektronów pochodzących bądź z jednego, bądź z obu łączących się atomów lub przeskoku jednego lub większej liczby elektronów z jednego atomu na drugi i utworzenia w wyniku tego tzw. pary jonowej.

    Nie wszystkie węglowodory cykliczne posiadające sprzężone wiązania wielokrotne są aromatyczne. Prostym, choć nie zawsze skutecznym testem na aromatyczność, jest reguła Hückla, głosząca że związek jest aromatyczny, jeśli liczba elektronów tworzących wiązania π w pierścieniu jest równa 4n+2, gdzie n jest dowolną liczbą naturalną. Reguła ta jest spełniona zawsze dla układów monocyklicznych, natomiast istnieje wiele policyklicznych związków aromatycznych, które nie spełniają tej reguły (np. piren).

    Stereochemia - dział chemii zajmujący się badaniem trójwymiarowej struktury cząsteczek i jej wpływem na własności tych cząsteczek.Wiązanie π - wiązanie chemiczne powstałe w wyniku nakładania bocznego orbitali atomowych (oprócz orbitali s). Kształt tego wiązania wyznacza orbital molekularny π. Przy opisie wiązania π w indeksie dolnym lub po spacji podaje się jakie orbitale tworzą dane wiązanie, np. πd-d, πp-p*, gdzie * oznacza orbital antywiążący.

    Struktura wiązań w arenach powoduje, że są one bardzo trwałe, a ich reaktywność znacząco różni się od innych węglowodorów nienasyconych. Charakterystyczną reakcją dla węglowodorów aromatycznych jest substytucja elektrofilowa katalizowana kwasami Lewisa, zwana reakcją Friedla-Craftsa (reakcja przedstawia alkilowanie benzenu):

    Węglowodory – organiczne związki chemiczne zawierające w swojej strukturze wyłącznie atomy węgla i wodoru. Wszystkie one składają się z podstawowego szkieletu węglowego (powiązanych z sobą atomów węgla) i przyłączonych do tego szkieletu atomów wodoru.Hybrydyzacja – tworzenie hipotetycznych mieszanych orbitali elektronów atomu w cząsteczce związku chemicznego (rodzaj „orbitali cząsteczkowych”) z pojedynczych „orbitali atomowych” przez liniową kombinację odpowiednich funkcji falowych (zob. przybliżone metody rozwiązywania równania Schrödingera). Wynikiem obliczeń są „funkcje mieszane” opisujące prawdopodobne położenie poszczególnych elektronów walencyjnych w cząsteczce (orbitale zhybrydyzowane, hybrydy). Wyznaczenie hybryd orbitali elektronów walencyjnych pozwala określać możliwości tworzenia wiązań zlokalizowanych i wyznaczać kierunki wiązań sigma w przestrzeni (teoretyczna podstawa stereochemii).
    Reakcja chlorometanu i benzenu.svg

    Cząsteczki węglowodorów aromatycznych, takich jak benzen czy benzopiren, są płaskie. Mają więc możliwość wślizgiwania się między nukleotydy DNA, co nadaje im właściwości rakotwórcze.

    Wzory i nazewnictwo[]

    Wzór benzenu - najprostszego arenu zapisuje się na dwojaki sposób. Po pierwsze, stosując wzory Kekulégo:

    Wzór Kekulégo dla benzenu

    Zapis tego typu jest często wygodny, jednak sugeruje on błędnie że benzen posiada strukturę cykloheksa-1,3,5-trienu. Poprawniejszą, lecz mniej praktyczną formą zapisu struktury benzenu jest wskazanie dwóch możliwych wzorów Kekulégo jako skrajnych struktur rezonansowych:

    Orbital – funkcja falowa będącą rozwiązaniem równania Schrödingera dla szczególnego przypadku układu jednego elektronu znajdującego się na jednej z powłok atomowych lub tworzących wiązanie chemiczne. Orbital jest funkcją falową jednego elektronu, której kwadrat modułu (zgodnie z interpretacją Maxa Borna) określa gęstość prawdopodobieństwa napotkania elektronu w danym punkcie przestrzeni.Pentacen (2,3,6,7-dibenzoantracen) – organiczny związek chemiczny, policykliczny węglowodór aromatyczny, zbudowany z 5 skondensowanych pierścieni benzenowych. Pentacen był pierwszą pojedynczą cząsteczką sfotografowaną za pomocą mikroskopu sił atomowych z rozdzielczością umożliwiającą wizualizację poszczególnych atomów i wiązań.
    Struktury rezonansowe benzenu

    Delokalizację wiązań w węglowodorach aromatycznych można przedstawić za pomocą okręgu:

    Wzór benzenu z okręgiem symbolizującym wiązania zdelokalizowane

    Następny aren - naftalen – zapisać można analogicznie:

    W przypadku węglowodorów aromatycznych niepodstawionych skondensowanych stosuje się najczęściej nomenklaturę zwyczajową (benzen, naftalen, antracen, fenantren). W przypadku arenów o liczbie skondensowanych pierścieni większej od 4 nazwę ustala się dodając do greckiego rdzenia liczby pierścieni sufiks -acen (pentacen, heksacen, heptacen itd.).

    Fenantren – organiczny związek chemiczny, policykliczny węglowodór aromatyczny (trójcykliczny). Jest zbudowany z trzech pierścieni benzenu, skondensowanych w sposób kątowy. W roztworach wykazuje słabą niebieską fluorescencję.Izomeria konstytucyjna – rodzaj izomerii cząsteczek chemicznych posiadających tę samą liczbę tych samych atomów, między którymi występuje jednak inny układ wiązań chemicznych. Izomery konstytucyjne posiadają ten sam ogólny wzór sumaryczny.

    W przypadku arenów jednopodstawionych, takich jak toluen:

    Struktura toluenu

    przy ustalaniu nazwy systematycznej do nazwy arenu dodaje się jako przedrostek przekształconą nazwę podstawionego pierwiastka lub grupy (np. chloro-, etylo-, itd.). W przypadku toluenu nazwa systematyczna to metylobenzen.

    W przypadku węglowodorów aromatycznych wielopodstawionych w nazwie wymienia się w porządku alfabetycznym lokanty wszystkich grup i atomów pierwiastków, tak aby suma ich liczb była najmniejsza, a numer lokantu podstawnika pierwszego według alfabetu był jak najniższy. Dla przykładu nazwa systematyczna p-cymenu to 1-metylo-4-(propan-2-ylo)benzen, a półsystematyczna to 1-izopropylo-4-metylobenzen.

    Piren – organiczny związek chemiczny, policykliczny węglowodór aromatyczny zbudowany z czterech sprzężonych pierścieni benzenowych.Reguła Hückla (reguła 4n+2) − prosta metoda pozwalająca na sprawdzenie, czy płaski pierścień związku chemicznego jest aromatyczny. Reguła ta wynika z analiz kwantowo-mechanicznych zjawiska aromatyczności wykonanych przez Ericha Hückla w 1931 r.
    Struktura p-cymenu

    W nazewnictwie stosuje się także oznaczenia orto (o-), meta (m-), para (p-). Określają one wzajemne położenie dwóch podstawników względem siebie:

  • orto – położenie obok siebie, przy dwóch kolejnych atomach węgla, a zatem w pozycji 1,2
  • meta – położenie w pozycji 1,3 – a zatem między dwoma podstawnikami występuje jeden niepodstawiony nimi atom węgla.
  • para – położenie naprzeciwko. W przypadku pochodnych benzenu odpowiada to pozycji 1,4.
  • Dwa związki aromatyczne, które różnią się tylko położeniem podstawników są izomerami konstytucyjnymi typu orto, meta, para.

    p-Cymen – organiczny związek chemiczny z grupy węglowodorów aromatycznych, pochodna benzenu. Występuje w olejkach eterycznych.Wiązanie σ – wiązanie chemiczne powstające przez czołowe nakładania się dwóch orbitali atomowych, w wyniku czego powstają dwa nowe orbitale: wiążący i antywiążący. Kształt wiązania σ wyznacza orbital molekularny σ. Przy opisie wiązania σ w indeksie dolnym lub po spacji podaje się, jakie orbitale tworzą dane wiązanie, np.: σsp-sp, σsp-sp, σsp-s, σp-p*, σs-s, gdzie * oznacza orbital antywiążący.

    Przykłady izomerów ksylenu:

  • o-ksylen
    (1,2-dimetylobenzen)

  • m-ksylen
    (1,3- dimetylobenzen)

  • p-ksylen
    (1,4-dimetylobenzen)

  • Uwagi

    1. Takie wiązania tworzą elektrony, które nazywa się zdelokalizowanymi.
    2. Lub fenylometan, jeśli związek ten będzie traktowany jako pochodna metanu.

    Przypisy

    1. Roberts, John D., Streitwieser, Andrew, Regan, Clare M.. Small-Ring Compounds. X. Molecular Orbital Calculations of Properties of Some Small-Ring Hydrocarbons and Free Radicals. „Journal of the American Chemical Society”. 74 (18), s. 4579-4582, 1952. DOI: 10.1021/ja01138a038. 
    2. J.D. Roberts, M.C. Caserio: Chemia organiczna. Warszawa: PWN, 1969, s. 824–825.
    3. Robert T. Morrison, Robert N. Boyd: Chemia organiczna. Warszawa: PWN, 1985, s. 674. ISBN 83-01-04166-8.
    Izomeria orto-, meta, para- to jeden z rodzajów izomerii konstytucyjnej (izomerii strukturalnej). Jest to izomeria związana z położeniem podstawników w pierścieniu benzenowym.Fulereny (fullereny) (ang. fullerenes) – cząsteczki składające się z parzystej liczby atomów węgla, tworzące zamkniętą, pustą w środku bryłę. Cząsteczki fulerenów zawierają od 28 do ok. 1500 atomów węgla.



    w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Warto wiedzieć że... beta

    Sprzężone wiązania wielokrotne (układ sprzężonych wiązań wielokrotnych) – określenie dotyczące budowy cząsteczek związków organicznych, w których poza wiązaniami sigma (σ) formalnie istnieją co najmniej dwa wiązania wielokrotne pi (п) lub delta (δ), rozdzielone jednym wiązaniem pojedynczym. W takiej sytuacji energetycznie korzystna jest dalsza delokalizacja elektronów z atomowych orbitali p lub d, leżących prostopadle do płaszczyzny wiązań sigma. Zdelokalizowane elektrony walencyjne zajmują wielocentrowe orbitale molekularne (cząsteczkowe). W niektórych przypadkach są traktowane jak elektrony swobodne w jednowymiarowej studni potencjału – rodzaj gazu elektronowego.
    Substytucja elektrofilowa (dokładniej: aromatyczna substytucja elektrofilowa) – reakcja substytucji zachodzącej dla związków aromatycznych, w której czynnikiem atakującym jest elektrofil. Substytucja elektrofilowa jest oznaczana symbolem SE.
    Antracen (C14H10) – organiczny związek chemiczny, policykliczny węglowodór aromatyczny o trzech skondensowanych pierścieniach benzenowych. Jest głównym składnikiem tzw. oleju antracenowego (jedna z frakcji smoły węglowej).
    Benzopireny - grupa organicznych związków chemicznych - wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne o pięciu skondensowanych pierścieniach benzenowych, stanowiące 1,5% smoły pogazowej, występujące w dymie tytoniowym. Dym z 1 papierosa zawiera 0,16 μg tej substancji. Benzopireny są związkami silnie rakotwórczymi.
    Naftalen (gr. náphta – olej skalny, naftalina), C10H8 – organiczny związek chemiczny, najprostszy z policyklicznych węglowodorów aromatycznych o dwóch skondensowanych pierścieniach benzenowych. Tworzy pochodne: nitrowe, sulfonowe i chlorowe, ulega także reakcji uwodorniania.
    Wydawnictwo Naukowe PWN SA – wydawnictwo z siedzibą w Warszawie, założone w 1951, w obecnej formie prawnej działające od 1997. Wydawnictwo Naukowe PWN SA stanowi jednostkę dominującą Grupy kapitałowej PWN, w skład której wchodzi kilkanaście przedsiębiorstw, głównie wydawnictw.
    Rezonans chemiczny (mezomeria) – sposób przedstawiania struktury związków chemicznych i innych indywiduów chemicznych za pomocą tzw. struktur granicznych. Faktyczna struktura cząsteczki jest opisywana przez kombinację liniową tych struktur.

    Reklama

    Czas generowania strony: 0.022 sek.