2011-11-09
Chemia II
Wykład
Węglowodory aromatyczne
Węglowodory  podział:
1
2011-11-09
Węglowodory aromatyczne
Pierścieniowe
Wiązania wielokrotne  pojedyncze i podwójne
Nie wykazują właściwości związków nienasyconych
ZwiÄ…zek macierzysty  benzen
H
C6H6
H C H
C C
C C
H C H
H
Węglowodory aromatyczne
Szeregi węglowodorów aromatycznych
1. Pochodne benzenu
2. Policykliczne węglowodory aromatyczne
o pierścieniach izolowanych
o pierścieniach skondensowanych
2
2011-11-09
struktury benzenu
Orbitale  p w benzenie
3
2011-11-09
Orbital  Ä„ zdelokalizowany
Wzory benzenu
H
H C H
C C
C C
H C H
H
4
2011-11-09
Pochodne benzenu
H H
CH3 C C H
H H
CH3
H CH3
H
C C H3C C H
H
CH3
Pochodne benzenu
CH3
H3C
Ksyleny
orto- meta- para-
5
2011-11-09
Pochodne benzenu
Pochodne benzenu
6
2011-11-09
fenyleny
Podstawienie elektrofilowe SE
Chmura elektronów Ą
benzen  właściwości nukleofilowe
benzen donor elektronów
ZwiÄ…zki aromatyczne  reakcje z jonami dodatnimi
lub akceptorami elektronów
 czynnikami elektrofilowymi
7
2011-11-09
Podstawienie elektrofilowe SE
Stosunkowo Å‚atwe podstawienie atomu wodoru
w zwiÄ…zkach aromatycznych
8
2011-11-09
Podstawniki aktywujÄ…ce
 reakcja podstawienia zachodzi Å‚atwiej
- kolejny podstawnik  położenie orto i para
Podstawniki dezaktywujÄ…ce
- utrudniajÄ… podstawienie elektrofilowe
- kierują w położenie meta
Podstawniki aktywujÄ…ce
(orientacja orto i para)
" -OH - Hydroksylowa
" -OR - Alkoksylowa
" -Oar - Aroksylowa
" -NH2  Aminowa, - SH
" -NR2 - Dialkiloaminowa
" -NH-COR - Acyloaminowa
" -R - Alkilowa
" -Ar - Arylowa
9
2011-11-09
Podstawniki aktywujÄ…ce
o orientacji orto i para
" -CH2Cl - Chlorometylowa
" -F - Fluoro
" -Cl - Chloro
" -Br - Bromo
" -J - Jodo
Podstawniki dezaktywujÄ…ce
o orientacji meta
" -CN
" - NO2
" - SO3H
" - CHO
" - COOH
10
2011-11-09
11
2011-11-09
" Wpływ pierwszego podstawnika na
usytuowanie drugiego jest następujący:
1. Podstawniki -COOH, -NO2, -CHO; kierujÄ…
nowy podstawnik w położenie meta
2. Podstawnik -F; kieruje nowy podstawnik w
położenie para
3. Podstawnik -Cl; kieruje nowy podstawnik
w położenia orto i para (powstaje mieszanina
dwóch izomerów) z przewagą para
4. Podstawnik -CH3; kieruje nowy podstawnik
w położenia orto i para z przewagą orto
5. Podstawniki -Br, -I, -OH; kierujÄ… nowy
podstawnik w położenia orto i para; w
stosunku bliskim 1:1 (skład "pół na pół").
12
2011-11-09
Inne aromaty
WWA
 wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne
(PAH  polyaromatic hydrocarbons )
13
2011-11-09
WWA (PAH)
14
2011-11-09
Występowanie
Składniki kopalin  węgiel kamienny, ropa
Ropa naftowa:
benzen, toluen, ksyleny, etylobenzen, ....
naftalen i jego pochodne metylowe, fenantren
Węgiel kamienny:
Układy skondensowane o dużej liczbie pierścieni
15
2011-11-09
Właściwości
zwiÄ…zki niepolarne
słabo rozpuszczalne w wodzie,
dobrze rozpuszczalne w rozpuszczalnikach
organicznych
WWA (PAH)
y
ródła:
Procesy niepełnego spalania
Spalanie paliw kopalnych - węgla, ropy
Przetwarzanie węgla i ropy
Emisje z silników samochodowych
Dym papierosowy
16
2011-11-09
Znaczenie
Benzen, toluen, naftalen
 zastosowanie w przemyśle
rozpuszczalniki,
procesy ekstrakcji,
substraty w przemyśle chemicznym
WWA  produkty nie pełnego spalania
zanieczyszczenia
kancerogenne
ZwiÄ…zki organiczne
zawierające atomy fluorowców
17
2011-11-09
Halogenopochodne
Węglowodorów alifatycznych
Węglowodorów aromatycznych
ZwiÄ…zki antropogeniczne
Chlorowcopochodne alkanów
H
H
Cl C Cl
H C Cl
H
H
Chlorometan dichlorometan
Cl H
F
Cl C Cl
Cl C C H
F
Cl H
Dichlorodifluorometan 1,1,1-trichloroetan
Freon-12
18
2011-11-09
Chlorowcopochodne alkanów
H H
Cl C Cl
H C Cl
H
H
Chlorometan dichlorometan
Produkcja silikonów lotny rozpuszczalnik
produkcja kawy bezkofeinowej
FREONY
19
2011-11-09
Klasyfikacja reakcji chemicznych
1. synteza A + B AB
Mg + 1/2 O2 MgO
2. analiza AB A + B
CaCO3 CaO + CO2
3. wymiana pojedyncza A + BC B + AC
Zn + 2HCl H2 + ZnCl2
podwójna AB + CD AC + BD
AgNO3 + HCl AgCl + HNO3
Klasyfikacja reakcji chemicznych
ze względu na formę substratów:
1. atomowe
minimum jeden substrat - w formie atomowej
2. czÄ…steczkowe
substraty w formie czÄ…steczek H2 + Cl2 2 HCl
3. jonowe
w roztworach - substraty w formie jonów
20
2011-11-09
Klasyfikacja reakcji chemicznych
4. rodnikowe
rodnik
- grupa (fragment czÄ…steczki) nie posiadajÄ…ca Å‚adunku,
o niewysyconych wartościowościach
(niesparowanych elektronach), bardzo aktywna
chemicznie, nietrwała - produkt przejściowy
H2 H:H Hh + Hh
CH4 CH3h + Hh
metyl
rodnik metylowy
Klasyfikacja reakcji chemicznych
ze względu na ilość i charakter faz
1. reakcje homogeniczne - substraty i produkty - jedna
faza
cieczowe (chemia organiczna)
gazowe H2 + Cl2 2 HCl
2. reakcje heterogeniczne - minimum dwie fazy
Zn + 2HCl H2 + ZnCl2
N2 + 3 H2 kat 2 NH3 kat - faza stała
21
2011-11-09
Klasyfikacja reakcji chemicznych
ze względu na przemiany energetyczne
1. egzotermiczne - z wydzieleniem ciepła
2. endotermiczne - z pobraniem ciepła
ze względu na zmiany
wartościowości elektrochemicznej
1. utlenienia
2. redukcji
Klasyfikacja reakcji chemicznych
fotochemiczne - zachodzące pod wpływem światła
światło konieczne do zainicjowania reakcji
światło niezbędne w trakcie trwania reakcji
AgCl Ag = 1/2 Cl2
fotosynteza
22
2011-11-09
Klasyfikacja reakcji chemicznych
łańcuchowe (bardzo często rodnikowe)
Cl2 = h½ 2 Clh
Clh + H2 HCl + Hh
Hh + Cl2 HCl + Clh
Clh + H2 HCl + Hh .......
może się zdarzyć:
Clh + Hh HCl
Clh + Clh Cl2
Hh + Hh H2
wygaszenie reakcji - spotkanie dwóch rodników
Klasyfikacja reakcji chemicznych
reakcje odwracalne i nieodwracalne
A + B produkty
A + B C + D
23
2011-11-09
FREONY
F
Cl C Cl
F
Dichlorodifluorometan
Freon-12
FREONY
CCl3F C2Cl3F3
CCl2F2 C2Cl2F4
Chlorofluorowęglowodory  1 lub 2 at. C
Trwałe, nietoksyczne
24
2011-11-09
FREONY
CCl2F2 + h½ Cli + i CClF2
Cli + O3 ClOi + O2
NiszczÄ… warstwÄ™ ozonowÄ…
ClOi + O Cli + O2
Cli + O3 ClOi + O2
z
ródło O  procesy naturalne
O3 + h½ O2 + O
½
½
½
HALONY
CBrF3
CBrClF2 C2Br2F4
bromofluorowęglowodory  1 lub 2 at. C
Niepalne, gaśnice
25
2011-11-09
Chlorowcopochodne alkanów
Cl H
Cl C C H
Cl H
1,1,1-trichloroetan
Najpopularniejszy rozpuszczalnik TRI
Chlorowcopochodne alkenów
H Cl Cl
Cl
C C
C C
Cl
H
H H
monochloroeten 1,1,2-trichloroeten
Chlorek winylu
H H
H
C C C C l
H
H
3-chloropropen
26
2011-11-09
Chlorowcopochodne arylowe
Br
Cl
monochlorobenzen monobromobenzen
Cl
Cl
Cl
CH3
Cl Cl
Cl
Cl
heksachlorobenzen 1-chloro-2-metylbenzen
Nazewnictwo  przypomnienie
Cl
Cl H
Cl C C H
Cl H
monochlorobenzen 1,1,1,-trichloroetan
CH3
Cl
1-chloro-2-metylbenzen
27
2011-11-09
Nazewnictwo  przypomnienie
Napisz i nazwij wszystkie izomery C5H12
Nazewnictwo  przypomnienie
Napisz i nazwij wszystkie izomery C5H10
28
2011-11-09
Nazewnictwo  przypomnienie
Napisz i nazwij wszystkie izomery C5H11Cl
Reakcje polimeryzacji
A
ączenie dużej liczby takich samych cząsteczek
Charakterystyczne dla związków o wiązaniach
wielokrotnych
H H H H
H H
n
C C C C C C
* *
H H
H H H H
Polietylen PE
29
2011-11-09
Reakcje polimeryzacji
H H H H
H H
n
C C C C C C
* *
H CH3
H CH3 H CH3
Polipropylen PP
Reakcje polimeryzacji
H H H H
H H
n C C C C C C
* *
H Cl
H Cl H Cl
Polichlorek winylu PCW
F F F F
F F
n
C C C C C C
* *
F F
F F F F
Teflon
30
2011-11-09
Reakcje polimeryzacji
H H H H
H
n
C C C C C C
* *
H H
H H
Polistyren
Reakcje kopolimeryzacji
COOH
O O
+ HO CH2 CH2 OH H2C O C C O CH2 *
*
n
COOH
Kwas tereftalowy i glikol etylenowy
Poliester
Politereftalan etylu PET
31
2011-11-09
Reakcje acetylenu (etynu)
Polimeryzacja
H
3 C2H2 C6H6
H C H
C C
3 H C C H
C C
H C H
H
benzen
32