1

CHEMIA ORGANICZNA

cz.I

1. Wprowadzenie
2. Węglowodory:



alkany



alkeny i alkiny



areny

Koniec XVIII w.:- zainteresowanie chemików

organizmami żywymi:

- przemiany substancji w tych organizmach,
- wyodrębnienie substancji z organizmów roślinnych i zwierzęcych



SUBSTANCJE ORGANICZNE  WĘGIEL -

główny składnik



CHEMIA ORGANICZNA

Wprowadz
enie

2

Hipoteza “siły życiowej” - “vis vitalis” dotyczyła przemian i
wytwarzania substancji w organizmach żywych. Możliwość taką
tłumaczono interwencją sił nadprzyrodzonych.

Oprócz WĘGLA

w związkach organicznych występują

i

nne

pierwiastki

: WODÓR (H) TLEN (O) AZOT (N) SIARKA

(S) CHLOROWCE (F,Cl,Br,I) FOSFOR (P) METALE

ogrzewanie

NH2



NH4OCN

C = O

cyjanian amonowy



mocznik

NH2

W 1928 r. WÖHLER przeprowadził pierwszą syntezę związku
organicznego, obalając: hipotezę „vis vitalis”

CHEMIA ORGANICZNA - chemia związków węgla (za wyjątkiem

kilku związków uważanych za nieorganiczne:

CO, CO2, H2CO3, węglany)

3

Charakterystyczne właściwości związków organicznych:

1. Duża ilość poznanych związków organicznych: 4 mln w stosunku do ok.
100 tys. związków nieorganicznych.
2. Niska odporność na wysoką temperaturę - rozkład już w temp.ok. 500
C, spalanie do CO2 i H2O.
3. Występowanie zjawiska

IZOMERII

Elementy budowy związków

organicznych:

1.Skład jakościowo - ilościowy cząsteczki: jakie i ile pierwiastków

tworzy związek:

wzór sumaryczny
wzór cząsteczkowy

Np.

C2H6O wzór sumaryczny (cząsteczkowy)

alkoholu etylowego
C H2O wzór sumaryczny; C2H4O2
wzór cząsteczkowy

4

2. Struktura - kolejność powiązania atomów w cząsteczce.

wzór strukturalny

H H
 
H—C—C—O—H
  wzór strukturalny cząsteczki
H H alkoholu etylowego

CH3—CH2—OH wzór strukturalny skrócony

4. Stan elektryczny i magnetyczny
cząsteczki - rozmieszczenie elektronów
względem naładowanych jąder atomowych;
rozkład i wielkość ładunków elektrycznych,
dipole - moment dipolowy.

3. Architektura - przestrzenne rozmieszczenie atomów
w cząsteczce (istotne elementy: długość wiązań,
odległość między atomami, kąty między kierunkami
wiązań).
Np.:Budowa przestrzenna cząsteczki metanu CH4:

C

H

H

H

H

5

Cechy budowy związków

organicznych

1. Czterowartościowość węgla - wynika z pozycji jaką węgiel zajmuje w
układzie okresowym.

Schemat konfiguracji elektronowej węgla:

6C

1s2 2s2 2p2

1s2 2s1 2px1 2py1
2pz1

Stan wzbudzony

(podczas tworzenia związków)

stan podstawowy

2. Wszystkie cztery wartościowość węgla są
równocenne,

tzn.

mają

te

same

właściwości. Jest to wynikiem hybrydyzacji
orbitali atomowych:

2s1 2px1 2py1

2pz1 - hybrydyzacja sp3.

6

3. Atomy węgla mogą łączyć się ze sobą tworząc otwarte struktury
łańcuchowe lub zamknięte pierścienie.
Np. CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3 n-heksan

cykloheksan

4. Wiązania między atomami węgla oraz węgla z innymi pierwiastkami,
poza nielicznymi wyjątkami, są typu kowalencyjnego (atomowego).
Mogą to być wiązania:

Pojedyncze: C—C C—H N—H

Podwójne: C=C C=O

Potrójne: C C CN

7

Klasyfikacja związków

organicznych

Podział związków organicznych w zależności od rodzaju

szkieletu atomowego cząsteczek.

Związki organiczne

Związki łańcuchowe

(acykliczne)

Związki pierścieniowe

(cykliczne)

Związki

heterocykliczne

Związki

karbocykliczne

Związki

niearomatyczne

Związki

niearomatyczne

Związki aromatyczne

Związki aromatyczne

8

Klasyfikacja związków

organicznych

Przykłady:

Heterocykliczne

-

w

pierścieniu oprócz atomów

węgla występują atomy innych
pierwiastków

CH — CH

CH — CH

CH CH

CH CH

S

O

łańcuchowy

cykliczne

Karbocykliczne - w pierścieniu
występują tylko atomy węgla

CH3CH3

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

9

Klasyfikacja związków

organicznych

Z innego punktu widzenia związki organiczne dzielimy na:
1. związki nasycone
2. związki nienasycone
3. związki aromatyczne

ad.1. Pojedyncze wiązania między atomami węgla

CC

ad.3. Układ wiązań charakterystyczny dla benzenu

ad.2. Podwójne lub potrójne wiązania między atomami węgla

C=C
C C

10

Klasy związków

organicznych

Nazwa

Wzór

Grupa funkcyjna

Węglowodory

C H

-

Chlorowco -pochodne

C X

X = F, Cl, Br, I

Chlorowiec

Wodorotlenowe

pochodne

C OH

wodorotlenowa

Aldehydy

O=C H



aldehydowa

Ketony

O=C C



C

ketonowa

Kwasy karboksylowe -COOH karboksylowa

Aminy

Związki nitrowe

Nitryle

C—NH

2

C —NO

2

—C



N

aminowa

nitrowa

nitrylowa

11

Rodzaje reakcji związków

organicznych

Podstawowy podział reakcji organicznych:
1.

Reakcje podstawienia (substytucji) - S

2. Reakcje przyłączania (addycji) - A
3. Reakcje odszczepiania (eliminacji) - E

Reakcja podstawienia (substytucji) polega na tym, że atom wodoru
lub grupa funkcyjna zostaje podstawiona (zastąpiona) przez inny
atom lub inną grupę funkcyjną.
CH4 + Cl2  CH3Cl + HCl

Reakcje przyłączenia (addycji) są charakterystyczne dla związków
zawierających wiązania wielokrotne i polegają na przyłączeniu do
cząsteczki związku organicznego atomu lub grupy atomów.

A = B + RR`  R—A—B—R`

12

Reakcje odszczepiania (eliminacji)

polegają na oderwaniu od

cząsteczki substratu dwóch podstawników.

 - eliminacja:

Z   A—B   Y  A=B + ZY

odszczepienie od sąsiednich atomów
 związki nienasycone

Reakcje organiczne mogą przebiegać wg dwóch mechanizmów:
- reakcje

rodnikowe

(homolityczne)

- reakcje

jonowe

(heterolityczne)

W reakcjach rodnikowych tworzą się tzw. rodniki - układy pośrednie o
nieparzystej liczbie elektronów.

A   

B  A  + B  rodniki

Reakcje jonowe - elektrofilowe i nukleofilowe

W reakcjach jonowych podczas rozerwania wiązania atomowego para
elektronów zostaje przy jednym fragmencie, który staje się anionem,
drugi fragment staje się kationem:

A  

B  A: + B

-

+

13

WĘGLOWODORY

Związki organiczne, których cząsteczki zbudowane są wyłącznie z
atomów

węgla

i

wodoru

.

Szereg homologiczny - nieskończony szereg związków
chemicznych, których cząsteczki różnią się od siebie
dowolną liczbą grup atomów (np.: grup metylenowych —
CH2— w przypadku alkanów), przy czym związki te mają
podobną budowę, a wskutek tego podobne własności
chemiczne.

1.

Węglowodory

łańcuchowe

nasycone -ALKANY

Między atomami węgla występują tylko wiązania
pojedyncze:

C—C

Wszystkie alkany mają ogólny wzór sumaryczny:

CnH2n+2

n - całkowita liczba naturalna
Tworzą tzw.

szereg homologiczny

14

Szereg homologiczny
alkanów

5.

BUTAN

- C

4

H

10

CH

3

—CH

2

—CH

2

—CH

3

n-butan

CH

3

— CH—CH

3

izo-butan; 2-metylopropan

CH

3

H

1.

METAN

H—C—H

CH

4

H

H H H

3.

PROPAN

H—C—C—C—H

H H H

CH

3

—CH

2

—CH

3

(C

3

H

8

)

H H

2.

ETAN

H—C—C—H

CH

3

—CH

3

(C

2

H

6

)

H H

15

Szereg homologiczny
alkanów

Począwszy od butanu w alkanach występuje zjawisko
izomerii strukturalnej (szkieletowej), związanej są
rozgałęzieniem łańcucha węglowego.

HEKSAN

- C

6

H

14

CH

3

—CH

2

— CH

2

— CH

2

— CH

2

— CH

3

n-heksan

CH

3

—CH

2

— CH— CH

2

— CH

3

3-metylopentan

CH

3

CH

3

CH

3

—C— CH

2

— CH

3

CH

3

CH

3

—CH—CH—CH

3

CH

3

CH

3

2,2-dimetylobutan

2,3-dimetylobutan

PENTAN

- C

5

H

12

CH

3

—CH

2

— CH

2

— CH

2

— CH

3

n-pentan

2-metylobutan

dimetylopropan

CH

3

—CH

2

— CH— CH

3

CH

3

CH

CH

3

CH

3

—C—CH

3

3

Dziewięć
izomerów :
heptan (n-
heptan)
2-metyloheksan
3-metyloheksan
2,2-
dimetylopentan
2,3-
dimetylopentan
2,4-
dimetylopentan
3,3-
dimetylopentan
3-etylopentan
2,2,3-
trimetylobutan

16

Jest to część cząsteczki węglowodoru mająca określoną
liczbę wolnych jednostek wartościowości. Nazwy rodników
ustala się wychodząc z nazw odpowiednich alkanów, przy
czym końcówkę zmienia się z -an na -yl.

CH

3

—CH

2

—CH

2

— CH

3

—CH

2

—CH

C

3

H

8

propyl

propyliden

propan

CH

3

—

metyl

CH

2

metylen

CH

4

metan

CH

3

—CH

2

—

etyl

CH

3

—CH

etyliden

CH

3

—CH

3

etan

Rodniki węglowodorowe

Im większa jest liczba atomów węgla w cząsteczce
węglowodoru tym możliwa jest większa liczba izomerów
strukturalnych:

8 18

9 35

10 75

15 4347

20 336 319

25 36 795 588

30 4 111 846 763

Liczba atomów węgla
liczba izomerów

17

Rzędowość węgla

organicznego

Stopień podstawienia, czyli liczba grup
alkilowych związanych z określonym atomem
węgla, wyznacza jego rzędowość.

R

4

R

1

—

C

—R

3

węgiel czwartorzędowy

R

2

R—

C

H

3

węgiel pierwszorzędowy

R

1

—

C

H

2

—R

2

węgiel drugorzędowy

R

1

—

C

H—R

3

węgiel trzeciorzędowy

R

2

18

CYKLOALKANY

Cykloheksan

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

C6H12

Nazwa

Wzór strukturalny

Wzór

sumaryczny

Cyklopropan

Cyklobutan

Cyklopentan

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

C

3

H

6

C

4

H

8

C

5

H

10

W

nazwach

stoso-wany jest
przedros-tek
cyklo.

Przykłady najprostszych cykloalkanów:

Tworzą szereg homologiczny o wzorze:

C

n

H

2n

n - całkowita liczba naturalna

19

Własności chemiczne alkanów

Przemiany chemiczne węglowodorów mogą zachodzić albo wskutek
rozerwania wiązań C—C lub C—H. Następuje wtedy albo rozpad
cząsteczki, albo podstawienie atomu wodoru innym atomem lub
grupą atomów.



Ulegają najczęściej reakcji podstawiania - substytucji

.



Alkany są odporne na działanie kwasów i zasad oraz
reduktorów.

1. Ulegają spalaniu - przy czym produktami są albo CO2, CO lub
C (sadza) w zależności od ilości tlenu biorącego udział w reakcji.

C4H10 + 6,5 O2 = 4 CO2 + 5 H2O

C4H10 + 4,5 O2 = 4 CO + 5 H2O

C4H10 + 2,5 O2 = 4 C + 5 H2O

Utlenienie

2
0

1.

CHLOROWCOWANIE

- podstawianie atomów wodoru chlorowcem.

Np. chlorowcowanie metanu:
CH4 + Cl2 = HCl + CH3Cl jednochlorometan
CH3Cl + Cl2 = HCl + CH2Cl2 dichlorometan
CH2Cl2 + Cl2 = HCl + CHCl3 trichlorometan-chloroform
CHCl3 + Cl2 = HCl + CCl4 tetrachlorometan-czterochlorek
węgla Jest to reakcja łańcuchowa - zachodzi wg mechanizmu
podstawiania rodnikowego.

Reakcja podstawiania

I etap - rozpad wiązania atomowego Cl—Cl pod wpływem energii
świetlnej lub cieplnej:

Cl—Cl

Cl

*

+ Cl

*

 chlor rodnikowy

lub temp.

II etap - wytworzenie rodnika węglowodorowego działaniem chloru
rodnikowego:

CH4 + Cl*  CH3* + HCl rodnik metylowy

III etap - działanie rodnika węglowodorowego na chlor
cząsteczkowy:

CH3* + Cl2  CH3Cl + Cl* itd.

Reakcja z innymi chlorowcami przebiega podobnie, przy
czym reaktywność chlorowców maleje w szeregu: F >
Cl > Br > I

21

Węglowodory nienasycone

W cząsteczkach węglowodorów nienasyconych występują:

Wiązania podwójne:

C=C  ALKENY (Olefiny)

Wiązania potrójne:

CC

 ALKINY (Acetyleny)

ALKENY tworzą szereg homologiczny o ogólnym wzorze:

CnH2n

1.

ETEN C2H4,

(etylen)

C H

2

C H

2

2.

PROPEN C3H6, (propylen)

CH

2

CH CH

3

4

3.

BUTEN

C

H

8

CH

2

=CH—CH

2

—CH

3

1-buten

CH

3

—CH=CH—CH

3 2-buten

izobuten

metylopropen

3

CH

2

=C—CH

3

CH

Występuje izomeria związana z położeniem wiązania
podwójnego.
Również

izomeria

szkieletowa

związana

z

rozgałęzieniem łańcucha.

22

Występuje wiązanie potrójne:

—C



C—





ALKINY tworzą szereg homologiczny o ogólnym wzorze:

CnH2n-2

1.

ETYN - ACETYLEN C2H2 H—CC—H

CHCH

2. PROPYN C3H4

CH3—CCH

3. BUTYN

C4H6

CHC—CH2—CH3 1-butyn

CH3—CC—CH3 2-butyn

CHC—CH2—CH2—CH3 1-pentyn

CH3—CC—CH2—CH3 2-pentyn

CHC—CH—CH3 3-metylo-1-butyn


CH3

4.

PENTYN C5H8

Występuje izomeria związana z położeniem wiązania
podwójnego.
Również

izomeria

szkieletowa

związana

z

rozgałęzieniem łańcucha.

23

Otrzymywanie

1. Acetylen otrzymuje się z karbidu (CaC2) działając na niego wodą:

CC + 2H2O  CHCH + Ca(OH)2

Ca

acetylen

Karbid można otrzymać przez ogrzewanie wapna palonego w temp. 2500
C z węglem:CaO + 3C = CaC2 + CO

CH2—CH2
 
Br

Br

1,2-dibromoetan

+ 2KOH = CHCH + 2KBr + 2H2O

2. Eliminacja chlorowcowodorów z jedno- lub dichlorowco-pochodnych
alkanów:

CH

2

CH

2

Br

H

CH

2

CH

2

+ KOH

eten

bromoetan

+ KBr + H2O

etyn

Reakcja eliminacji dotyczy także alkoholi i alkanów

24

WŁASNOŚCI CHEMICZNE

1.

Spalanie

- podobnie jak alkany

2. Reakcja przyłączania

Najbardziej charakterystycznymi reakcjami alkenów i alkinów są reakcje
przyłączania, polegające na tym, że podstawniki przyłączają się do
wiązań wielokrotnych między atomami węgla.
Wiązania  zostają zastąpione przez nowo utworzone wiązania :

C

C

+ A

B





C

C







B

A

alken

C

C

+ 2 A





B

alkin

alkan lub jego
pochodna

25

Przyłączenie chlorowców

:

Chlorowce (szczególnie Cl2 i Br2) przyłączają się łatwo do podwójnego i
potrójnego wiązania:

C H2

C H

C H

2

C H

2

C l

C l

+ Cl2

1,2-dichloroetan

2

eten

CHCH + 2Br2  Br—CH—CH—Br 1,1,2,2,-tetrabromoetan

 
Br Br

etyn

Jest to tzw. przyłączenie elektrofilowe (chlorowiec atakuje alken
dodatnim biegunem dipola).

Przyłączenie chlorowcowodorów

CH

2

=CH

2

+ HI  CH

3

—CH

2

—I jodoetan

CH

3

—CH

2

+ I CH

3

—CH

2

—I

CH

2

=CH

2

H — I

-

+

+

-





etylokarbokation

26

CHCH + HCl  CH2=CH—Cl chloroeten; chlorek winylu
CH2=CH rodnik winylowy
Nadmiar HCl:

CH2=CH—Cl + HCl  CH3—CHCl2 1,1-dichloroetan

Chlorek winylu służy do otrzymywania polimeru - poli(chlorku winylu)

Jeżeli alken jest niesymetryczny możliwe są dwa produkty reakcji, Np.:

CH

3

—CH=CH

2

+ HBr

CH

3

—CH

2

—CH

2

—Br

1-bromopropan

(nie powstaje)

2-bromopropan

CH

3

— CH—CH

Br

Kierunek takiego przyłączania określa reguła Markownikowa:
wodór przyłącza się do węgla, który związany jest z większą
liczbą atomów wodoru.

27

Uwodornienie:

alkiny  alkeny  alkany

CH3—CCH + H2  CH3—CH=CH2
propyn

propen

CH3—CH=CH2 + H2  CH3—CH2—CH3

propan

Przyłączenie wody

CHCH + H2O  CH2=CH—OH  CH3—C

alkohol winylowy (nietrwały)

W przypadku alkinów powstaje aldehyd octowy - reakcja
Kuczerowa.

W obecności mocnych kwasów (H2SO4) woda przyłącza się do alkenów
tworząc alkohole.

CH

2

=CH

2

+ H

2

O  CH

3

—CH

2

—OH

alkohol etylowy

H

O

28

WĘGLOWODORY

AROMATYCZNE

ARENY

Należą do grupy węglowodorów cyklicznych.
Szczególny rodzaj wiązania występujący w benzenie.

BENZEN C6H6

- posiada raczej własności nasycone

Związki aromatyczne - benzen i jego pochodne.

Budowa benzenu

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

lub

Kekulé wysunął hipotezę, że benzen jest
cykloheksatrienem

Taka struktura nie tłumaczyła braku własności nasyconych
układu aromatycznego.

29

Budowa benzenu

Na podstawie badań rentgenograficznych i
spektroskopowych

ustalono,

że

cząsteczka

benzenu tworzy układ płaski, w którym atomy
węgla tworzą sześciokąt foremny.

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

1,09A

1,39A

120

120

Szkieletowy
model
cząsteczki
benzenu

Wszystkie wiązania między atomami
węgla są

równocenne

i nie występują

na przemian wiązania pojedyncze i
podwójne.



pozostałych

sześć

elektronów

jest

zdelokalizowanych

symetrycznie

na

skutek

nałożenia się orbitali pz sześciu atomów węgla.
Elektrony zajmujące zdelokalizowane orbitale benzenu
stanowią tzw. sekstet elektronowy zaznaczany
symbolicznie:

lub

30

Nazewnictwo i izomeria węglowodorów aromatycznych

Benzen: C6H6

Toluen - metylobenzen:C6H5—CH3

CH

3

Etylobenzen:C6H5—C2H5
C8H10

CH

2

CH

3

CH

CH

2

winylobenzen (styren)

izopropylobenzen (kumen)

CH

2

CH

3

CH

2

CH

CH

3

CH

3

Propylobenzen

Rodnik fenylowy

31

IZOMERIA



Jednopodstawione

pochodne benzenu nie posiadają izomerów,



Dwupodstawione

benzenu istnieją w trzech odmianach

izomerycznych: 1,2-; 1,3- i 1,4-.

CH

3

CH

3

CH

3

CH

3

CH

3

CH

3

1,2-dimetylobenzen

orto-dimetylobenzen

o-ksylen

1,3-dimetylobenzen

meta-dimetylobenzen

m-ksylen

1,4-dimetylobenzen

para-dimetylobenzen

p-ksylen

32

Węglowodory aromatyczne

o pierścieniach

skondensowanych

Znane są węglowodory aromatyczne zawierające kilka
pierścieni skondensowanych (sąsiadujące ze sobą pierścienie
mają po dwa wspólne atomy węgla):

naftacen (

żółty)

C

18

H

12

pentacen (niebieski)

C

22

H

14

piren

C

16

H

10

chryzen

C

18

H

12

naftalen

C

10

H

8

antracen

C

14

H

10

fenantre
n

C

14

H

10

33

Jednopodstawione pochodne naftalenu mają dwa izomery:
 (alfa) i  (beta):

CH

3

CH

3

- metylonaftalen

- metylonaftalen



















Na przykład:

Jednopodstawione

pochodne

antracenu mają trzy izomery:

, , .

CH

3

CH

3

CH

3

- metyloantracen

- metyloantracen

- metyloantracen



























Na przykład: 3 izomery metyloantracenu:

34

Własności chemiczne węglowodorów

aromatycznych

Sumarycznie:

C6H6 + Z+  [C6H6Z]+  C6H5—Z + H+

H

Z

(+)

(-)

+ Z

+

polarna cząstka

aromatyczna

kation przejściowy



+



+



+

+

Mechanizm:
I Etap: Kation Z+ wiąże się z atomem węgla o największym ładunku
ujemnym  kation przejściowy o dużej energii - stan nienasycony.
II Etap: Odszczepienie kationu  przejście nienasyconego kationu
w cząstkę aromatyczną:

Z

+
H+

REAKCJE PODSTAWIANIA ELEKTROFILOWEGO.

Czynnikiem atakującym ujemny biegun cząsteczki układu
aromatycznego

jest

kation

lub

dodatni

biegun

spolaryzowanej

cząsteczki

odczynnika,

przy

czym

podstawieniu ulega atom wodoru związany z węglem pierścienia
aromatycznego.

35

CHLOROWCOWANIE

Polega na

podstawieniu

atomem

chlorowca

atomu

wodoru

związanego z

węglem pierścienia aromatycznego.
Stosuje się katalizator w postaci halogenków żelazowych FeX3.
Ułatwiają one powstawanie kationów chlorowcowych:

X2 + FeX3  [FeX4]- + X+

H

X

+ H

+

X

+ X

+

chlorowcobenzen



+



+



+

+

Sumarycznie:
X2 + Ar—H  Ar—X + HX

H+ + [FeX4]-  FeX3 + HX

Kation chlorowcowy atakuje cząsteczkę związku aromatycznego zgodnie z
mechanizmem:

36

C l

+ Cl

2

FeCl

3

+ HCl

chlorobenzen

Przykłady:

CH

3

CH

3

Br

CH

3

Br

+ Br

2

FeBr

3

+

+ HBr

p-bromotoulen

toulen

o-bromotoulen

CH

3

CH

2

Cl

+ Cl

2

światło

+ HCl

chlorek benzylu

Bez

użycia

katalizatora:

Br2

Br

1-bromonaftalen

(-bromonaftalen)

naftale
n

37

NITROWANIE

Polega na podstawieniu atomu wodoru układu aromatycznego grupą
nitrową - NO2
Nitrowanie wykonuje się tzw. mieszaniną nitrującą:

2H2SO4 + HONO2  2HSO4 + H3O + NO2+

H

NO

2

+ H

+

NO

2

+ NO

2



+



+



+

+

+

Nitrowanie
benzenu:

Sumarycznie:Ar—H + HNO3  Ar—NO2 + H2O

C H

3

N O

2

C H

3

C H

3

N O

2

N O

2

C H

3

H N O 3 + 2H 2S O 4

+

+

62%

o-nitrotoluen

5%

m-nitrotoluen

33%

p-nitrotoluen

Nitrowanie
toluenu:

38

SULFONOWANIE

Polega na wprowadzeniu do pierścienia aromatycznego grupy
sulfonowej - SO3H w miejsce atomu wodoru.

Grupa sulfonowa jest resztą kwasu siarkowego i zachowuje własności
tego kwasu:

H

S O

3

H

+ H

S O

3

H

+ S O

3

H

kwas

benzenosulfonowy



+



+



+

+

+

+

Ogólnie:

H2SO4 + Ar—H  H2O + Ar—SO3H

Reakcja sulfonowania jest reakcją odwracalną.

39

Reguły podstawiania w pierścieniu

aromatycznym

Podstawienie atomów wodoru w pierścieniu benzenowym, jeżeli występuje
w nim już jakiś podstawnik, przebiega wg określonych reguł. Każdy
podstawnik “kieruje” (orientuje) drugi podstawnik w określone
miejsce.
W zależności od działania kierującego podstawniki dzieli się na dwie
grupy:

1. Podstawniki pierwszego rodzaju kierują w położenie:

ORTO—

lub PARA—

NH

2

N

CH

3

CH

3

OH

CH

3

R

aminowa dimetyloaminowa hydroksylowa

metylowa i alkilowa

A

+ B

B

A

A

B

odmiana orto-

odmiana para-

+

A

-

podstawnik
pierwszego
rodzaju
B

-

podstawnik
wprowadzany

40

2. Podstawniki drugiego rodzaju kierują wprowadzany podstawnik w
położenie

META—

NO

2

C N

SO

3

H

C

O

H

C

O

OH

nitrowa

nitrylowa

sulfonowa aldehydowa karboksylowa

C

C

B

+ B

C - podstaw nik drugiego rodzaju

NO

2

+ HO-NO

2

NO

2

NO

2

+ H

2

O

m-dinitrobenzen

nitrobenzen

N p.:

C H

3

C H

3

B r

C H

3

B r

Br

2

+

41

Reakcje przyłączenia

węglowodorów

aromatycznych.

Znane są reakcje przyłączenia do arenów (przebiegają trudniej
niż do węglowodorów nienasyconych).
Uwodnienie benzenu - przebiega wobec niklu jako katalizatora
oraz przy podwyższonym ciśnieniu.

benzen

+ 3H

2

Ni

cykloheksan

Jeżeli mieszanina benzenu i chloru są naświetlane
promieniowaniem ultrafioletowym następuje przyłączenie
chloru:

Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

+ 3Cl

2

h

heksachlorocykloheksan

42

UTLENIENIE

Utlenieniu łatwo ulega łańcuch boczny w węglowodorach
aromatycznych do grupy karboksylowej:

—COOH.

COOH

CH

2

CH

2

CH

3

[O]

n-propylobenzen

kwas benzoesowy

CH

3

COOH

metylobenze
n

[O]

kwas
benzoesowy