Węglowodory aromatyczne

Z Wikipedii

Węglowodory aromatyczne, areny – cykliczne węglowodory, w których istnieje układ naprzemiennie położonych sprzężonych wiązań podwójnych i pojedynczych między atomami węgla. Cząsteczki związków aromatycznych są płaskie (o ile ich struktura przestrzenna nie wymusza odchyłek, jak np. dla fullerenu C₆₀), a wszystkie atomy pierścienia aromatycznego muszą mieć hybrydyzację sp2.

Układ ten powoduje, że wiązania, na skutek zjawiska rezonansu chemicznego "rozmywają" się tak, że nie można dokładnie ustalić, które z nich są podwójne, a które pojedyncze. Z punktu widzenia teorii orbitali cząsteczkowych powstaje ciągły układ orbitali wiążących, w których elektrony tworzące wiązania "rozchodzą" się po równo po wszystkich atomach w pierścieniu^[1].

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. Istnieją jednak związki aromatyczne, które nie spełniają tej reguły (np: piren).

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):

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

[edytuj] Wzory i nazewnictwo

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

Struktury Kekulégo benzenu

.

Zapis tego typu jest często wygodny, jednak sugeruje on błędnie że benzen posiada strukturę cykloheksa-1,3,5-trienu. Poprawniejszą formą wzoru strukturalnego tego związku jest:

w której okrąg oznacza układ wiązań zdelokalizowanych (6 elektronów). Zapis ten nie jest stosowany w przypadku kolejnych węglowodorów aromatycznych, aby uniknąć pomyłki w liczebności zdelokalizowanych elektronów. I tak, następny aren - naftalen (10 elektronów π), ma wzór:

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.).

W przypadku arenów jednopodstawionych, takich jak toluen:

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^[2].

W przypadku węglowodorów aromatycznych wielopodstawionych w nazwie wymienia się lokanty wszystkich grup i atomów pierwiastków, tak aby suma ich liczb była najmniejsza, a numer lokantu podstawnika pierwszego wg alfabetu był jak najniższy. Dla przykładu p-cymen:

należy nazwać 1-metylo-4-izopropylobenzenem.

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

• orto- to położenie obok siebie, przy dwóch kolejnych atomach węgla, a zatem w pozycji 1,2
• meta- to położenie w pozycji 1,3 - a zatem między dwoma podstawnikami występuje jeden niepodstawiony nimi atom węgla.
• para- - to 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.

Przykłady izomerów ksylenu:

o-ksylen (1,2-dimetylobenzen)

m-ksylen (1,3- dimetylobenzen)

p-ksylen (1,4-dimetylobenzen)

Przypisy