Aromatik karbohidrogenlər - molekullarında bir və ya bir neçə benzol həlqəsi olan karbohidrogenlərə aromatik karbohidrogenlər deyilir. Aromatik karbohidrogenlər[1] dedikdə benzol və xassəcə ona bənzər birləşmələr nəzərdə tutulur. Belə ki, aromatik karbohidrogenlər onları başqa birləşmələrdən fərqləndirən və adətən aromatik xassə adlanan bir sıra xüsusiyyətlərə malikdir.[2][3][4] Tərkibinə daxil olan benzol nüvəsinin sayından və onların arasındakı əlaqənin xarakterindən asılı olaraq aromatik karbohidrogenlər iki qrupa bölünür:
Bir benzol nüvəli aromatik karbohidrogenlər. Bu qrupa benzol və onun homoloqları daxildir.
Kondensləşmiş və ya kondensləşməmiş bir neçə benzol nüvəli aromatik karbohidrogenlər. Bu qrupa difenil, difenilalkanlar, naftalin, fenantren, antrasen, asenaften, flüoren və b. daxildir.
Aromatik karbohidrogenlərin beynəlxalq adı Arenlər-dir.[5] Aromatik karbohidrogenlərin ən sadə nümayəndəsi benzoldur. Benzol homoloqlarının düsturu CnH2n-6 kimidir. Aşağıdakı qalereyada Arenlərin bir sıra nümayəndələri göstərilmişdir:
1865-ci ildə Alman alimi Fridrix Avqust Kekule (Bonn Universitetini bitirmişdir) Benzola tsikloheksatrien kimi quruluş vermişdir[6]. (C6H6). Sonralar benzol üçün daha bir sıra quruluşlar təklif olunmuşdur. Kekule formulundan bu günə kimi istifadə olunmasına baxmayaraq o benzolun xassələrini tam əks etdirmir.[7][8][9] Belə ki, Kekule formulu benzolun birləşmə reaksiyasına daxil olmasını izah etdiyi halda, benzol üçün birləşmə reaksiyasının deyil, əvəzlənmə reaksiyasının xarakter olması, onun termodinamik və oksidləşdiricilərə qarşı davamlığı izah olunmamış qahrdı. Digər tərəfdən Kekule formuluna görə benzolun izomerdən 1,2-diəvəzli törəmələri ikidən ibarət olmalıdır. Lakin belə izomerlərin olması heç vaxt müşahidə olunmamışdır. Kekule bunu düzgün olaraq benzolda ikiqat əlaqələrin osillasiyası (yerlərini dəyişməsi) ilə izah edirdi.
Çox da uzaq olmayan (1960-1970-ci illər) illərdə müəyyən edilmişdir ki, benzol 253.7nm dalğa uzunluqlu şüa ilə işıqlandırıldıqda, o, Klaus, Düar və Xükkel quruluşlanna keçir. Həmin quruluşlarda C6H6-nm xassələri Kekule quruluşlu C6H6-dan kəskin fərqlənir: onlar asan (o cümlədən KMn04-lə) oksidləşir və sürətlə bromlaşır. Əldə edilən məlumatlar benzolun Kekule quruluşunda mövcud olması fikri ilə yaxşı izah olunur.
Hazırda müxtəlif üsullarla təsdiq edilmişdir ki, benzol molekulu koplanardır, yəni benzolda bütün atomlar bir müstəvi üzərində yerləşir və karbon atomlarındakı qoşulmuş π - elektron orbitalları həmin müstəviyə perpendikulyardır.
Kekule formulunda benzol ehtimal olunduğundan termodinamik daha sabitdir. Belə ki, tsikloheksenin tsikloheksana hidrogenləşmə enerjisi 119,7 kC/Mol təşkil etdiyi halda, üç ikiqat rabitəli benzol tsikloheksana hidrogenləşdikdə ehtimal olunan qədər, yəni 119,7x3=359,1 kC/Mol deyil, ondan 150,7 kC/Mol az enerji ayrılır. Benzolun təcrübi tapılmış yanma istiliyi də nəzəri hesablanmışdan bir o qədər azdır. Həmin enerjiyə (150,7 kC/Mol) benzolun sabitləşmə və ya rezonans enerjisi deyilir. 1945-ci ilə kimi benzol üçün Kekule formulundan istifadə olunmuşdur. Rezonans nəzəriyyəsi meydana çıxdıqdan sonra isə benzola iki Kekule quruluşunun rezonans hibridi kimi baxılmışdır. Bu o deməkdir ki, benzol ayrıldıqda götürülən həmin quruluşların heç birində deyil, ancaq onların rezonans hibridi formasında mövcud olur.[10][11].
Quruluş
1865-ci ildə Kekule benzola tsikloheksatrien kimi quruluş vermişdir. Sonralar benzol üçün daha bir sıra quruluşlar təklif olunmuşdur. Bu quruluşlar aşağıdakı qalereyada daha ətraflı göstərilmişdir:
Klaus formulu
Düarın xinoid formulu
Laderburq formulu
Bayerin mərkəzli formulu
Tile formulu
Kekule formulu
Benzolun günbəz modeli
Adlandırılması
Arenlərin bərk nümayəndələri benzol sözü əlavə etməklə oxunur.Məs. Xlorbenzol, Brombenzol, Etilbenzol, Nitrobenzol və s. Bəzi törəmələrin əvəzləyicinin adı ilə əlaqəsi olmayan xüsusi adlan vardır.Məs. Toluol, Anilin, Fenol, Bluzosulfoturşu və s. Əgər benzol halqasında bir neçə əvəzləyici olarsa, belə törəmələri adlandırmaq üçün əvəzləyicilərin adlarından başqa, onların yerləşmələrini də göstərmək lazımdır.Məs. Orto dixlor benzol, Meta dixlor benzol, Para dixlor benzol və s.
İki əvəzləyici xüsusiyyətlərinə görə fərqli olduqda və onların adlarının "benzol" sözü ilə birləşməsi xüsusi ada uyğun gəlmədikdə, belə birləşmənin adında əvəzləyicilərin adları "benzol" sözündən əvvəl yazılır, məsələn, xlorbrombenzol, bromnitrobenzol və s. Əgər əvəzləyicinin birinin adı "benzol" sözü ilə xüsusi adların birinə uyğundursa, onda birləşmə həmin xüsusi adlı birləşmənin törəməsi kimi adlanır.Məs. Orto- nitrotoluol, Para - bromfenol, Meta - nitrobenzoy turşusu, Para - yodanilin və s. Benzol halqasında ikidən çox əvəzləyici olduqda onların molekuldakı vəziyyəti rəqəmlərlə göstərilir.Məs. 1,2,4 –tribrombenzol, 2 xlor 4 nitro fenol, 2 dinitrotoluol, 2,6 dibrompropan və s.
Təsnifat
Benzolun struktur formulu
Aromatik karbohidrogenlərin təsnifatını aşağıdakı kimi vermək olar:
6 p-elektronlar Sistemi
Benzol və onun homoloqları.
Tsiklopentadienil-anionu.
Tsikloheptatrienil-kationu.
Tsiklobutadienin anionu.
Pirrol, Furan, Tiofen, Pirridin.
10 p-elektronlar Sistemi
Naftalin.
Naftalinin izomeri Anulen.
Tsiklooktatetraen Dianionu.
İndol, Xinolin, İzoxinolin, Xinazolin, Xinooksalin, və başqa sistemlər, Benzol üzüyü əsasında formalaşanlar.
Xinolizidin, Pirrolizidin, Purin, Pteridin (və onların homoloqları).
Eynicinsli birləşmələrdir. Xarici orbitalında sp³ hibridləşməsi saxlanılır.
Sidnonlar
Mezoion birləşmələr.
Spiroaromatik sistemlər
4,2-Spiraren. Hükkel qaydasına tabe olur.
Aromatik karbohidrogenlərin struktur formulları
Arenlər müxtəlif struktur formullara malikdirlər. Onlardan bəzilərini nəzərdən keçirək. Aromatik karbohidrogenlərin ən sadə nümayəndəsi benzoldur. Benzolun struktur formulu aşağıdakı kimidir:
Kekule benzolun formulunu aşağıdakı kimi göstərmişdir:
Naftalinin struktur formulu aşağıdakı kimidir:
Toluolun struktur formulu aşağıdakı kimidir:
Tsimolun struktur formulu aşağıdakı kimidir:
Dimetilbenzollar
Dimetilbenzollar aşağıdakılardır:
o-ksylen (1,2-dimetilbenzol)
m-ksylen (1,3-dimetilbenzol)
p-ksylen (1,4-dimetilbenzol)
Alınma üsulları
Arenlərin alınma üsulları aşağıdakı üsullardan asılıdır:
Daş kömürün quru distilləsindən. Bu proses 10000 – 13000 S –də koks peçlərində aparılır. Bu zaman aşağıdakı fraksiyalar alınır:
Daş kömür qətranı fraksiyasından aromatik birləşmələr və fenol alınır → benzol, toluol, naftalin, fenol və s. alınır;
Neftdən alırlar (ural neftində 60% aromatik k/h-lər var). Neft məhsullarını 7000 S temperaturda → 15-18% aromatik k/h-lər alınır;
Heksandan alınır;
Tsikloheksandan katalizator iştirakı ilə qızdırmaqla;
N. Zelinski və V. Kazanski üsulu ilə;
Benzol və onun homoloqları Fridel - Krafts üsulu ilə alkilhallogenlərə AlCl3, SnCl4, BF3 benzol q/t alınır. reaksiyanı həm sənayedə həm də laboratoriyada həyata keçirmək olar.
Benzolun hallogenli törəmələrindən Vürs-Fittiq reaksiyası vasitəsilə alkilbenzollar alınır.
Aromatik karbohidrogenlərin sənaye mənbələri
1. Aromatik karbohidrogenlərin əsas mənbəyi daş kömür qətranıdır. Aromatik birləşmələrin kömürün kokslşmasından alınmasına baxmayaraq onların əsas mənbəyi neftdir.
2. Bəzi neftləri (Orta Asiya) birbaşa distillə etməklə aromatik karbohidrogenləri almaq olur. Ancaq, əksər kütlə aromatik birləşmələri yüksək temperatur və katalizatorun iştirakı ilə neft fraksiyalarının aromatikləşməsindən alırlar.
Katalizatorların (alüminium molibdat və ya alüminium oksid üzərində platin), yüksək temperaturun (500...700oC) və təzyiqin (10..40atm) təsiri ilə aparılan proses katalitik riforminq adlanır. Bu cür proseslərin nəticəsində alkanların tsiklodehidrogenləşdirilməsi , tsikloalkanların dehidrogenləşməsi və izomerləşməsi reaksiyalaraı gedir. Burada həmçinin toluolda alınır. Benzola olan tələbatı tam ödəmək üçün böyük həcmdə toluolu dealkilləşdirib benzola çevirirlər. Reaksiyanı xrom oksidi, sealitlərin iştirakı ilə və ya termiki yolla aparırlar.
Katalitik reaksiya
Aromatik karbohidrogenlərin katalitik reaksiyası:
Vürs-Fittiq reaksiyası
Vürs-Fittiq reaksiyası vasitəsilə alkilbenzollar alınır:
Fridel-Krafts reaksiyası
Benzol və onun homoloqları Fridel - Krafts üsulu ilə alkilhallogenlərə AlCl3, SnCl4, BF3 (Lyuis turşuları)benzol q/t alınır:
Fiziki xassələri
Arenlər suda həll olmurlar. Üzvi həlledicilərdə həll olurlar, izomerlərin sayı sıx olarsa qaynama temperaturu çox olur. Arenlər özləri yaxşı həlledicidirlər. Hisli alovlu yanırlar ( C-çox olduğuna görə). Ərimə və qaynama temperaturu müvafiq C olan alkan, alken və alkinlərdən çoxdur.
Aromatik ionlar
Metallotseklonun strukturu
Təbiətdə aromatik ionlar mövcuddur. Hüggel qanununa görə, əgər 2π elektronu sistemə qoşulursa, onda bu aromatik ion hesab olunur:
Tsiklopentadienin strukturu:
Kimyəvi reaksiyalar
Aromatik karbohidrogenlər müxtəlif orqanik karbohidrogenlərlə reaksiyaya girir.
Aromatik karbohidrogenlərin reaksiyaları arasında aşağıdakı əlaqə mövcuddur[15]:
Hidratlaşma
Aromatik karbohidrogenlərin hidratlaşması reaksiyası üzüyə bənzər forma yaradır[16]:
Rezorsin olan mürəkkəb maddə, sulu natrium hidroksidin iştirakı Reney nikel ilə hidrogenləşdirilmiş 2-metil-1,3-sikloheksandion üçün metil yodlu ilə alkili edən Enoliti təşkil edir[17]:
Ozonlaşma
Benzolun ozonla qarşılıqlı təsirindən ozonidlər alınır və nəmin təsirindən parçalanaraq, üç molekul dialdehid əmələ gətirir. Ancaq, benzol üçün əsasən üç tip elektrofil, nukleofil və sərbəst radikal əvəzolunma reaksiyaları xarakterikdir.
Elektrofil əvəzolunma reaksiyaları (SE)
Bu benzol nüvəsi üçün tipik reaksiyadır. Qeyd etdiyimiz kimi benzol həlqəsinin yerləşdiyi müstəvinin yuxarı və aşağısında altı π-elektronlarından ibarət delokalizə olunmuş sistem vardır. Bu faktiki olaraq lokalizə olunmuş doymamış rabitələrdən möhkəmdir. Onun qırılması üşün daha çox enerji tələb olunur. Bu cür π-elektronlar elektron çatışmazlığı hiss edən hissəciklərin (elektrofil) hücumu üçün daha əlverişlidir. İkiqat rabitənin π-elektronları adətən molekulun iki zərrəciyini özünə birləşdirməyə can atdığı halda, benzolun delokalizə olunmuş π-elektronları daha davamlı olduğundan bu sistemi qırmağa meyilli deyillər. Buna gğrə benzol üçün əsasən elektrofil əvəzolunma reaksiyası xarakterikdir.
Aromatik nüvədə nukleofil əvəzetmə
Aromatik birləşmələr üçün nukleofil əvəzetmə elektrofil əvəzetməyə nisbətən az xarakterikdir. Əvəz olunmamış benzol bu tip reaksiyalara ümumiyyətlə daxil olmur. benzol nüvəsində elektron sıxlığını azaldan elektroakseptor qruplar nukleofil əvəzetmə üçün imkan yaradır. Məsələn, xlorbenzolu fenola çevirmək üçün 300oC və 50 atm. təzyiq tələb olunduğu halda nitroxlorbenzol bu cür reaksiyalara aşağı temperaturda daxil olur. Reaksiyanın mexanizmi iki mərhələdən ibarətdir. Birinci mərhələdə nukleofil ikinci növ əvəzləyicisi ()X_ olan benzol nüvəsinə hüçüm edərək, onunla σ-rabitəsini əmələ gətirir və beş karbon atomları üzərində mənfi yükü olan qeyri-stabil delokalizə olunmuş zərrəciyə çevrilir. Nəticədə karbanion σ-kompleksini əmələ gətirir. İkinci mərhələdə X- anionu qopararaq aromatik həlqə bərpa olunur.
Aromatik nüvədə sərbəst radikal əvəzlənməsi
A-B+R' → A-R + B′ (SR)
Aromatik birləşmələrdə sərbəst radikal və ya homolotik əvəzetmə çox az rast gəlinir. Ən çox hidrogen atomu əvəz olunur. Əvəz edən adətən alkin və aril radikalları olur.
Radikal əvəzolunmanın analoji olaraq ion əvəzlənməsi belədir:
Birinci mərhələdə davamsız tsiklik radikal və ya cütləşməmiş elektronu olan radikallı σ-əmələ gəlir.
Əgər reaksiyaya əvəzlənmiş benzol daxil olarsa, onda əsasən para və orto-izomerlər əmələ gəlir. Məsələn, metil yodidin benzolda fotolizi nəticəsində metil radikalı əmələ gəlir və reaksiya nəticəsində toluol və hidrogen yodid alınır:
CH3J→hνCH3′ + J′
Aromatikləşmə
Aromatik karbohidrogenlərin aromatik pilləsi üzük seqmenti üçün müxtəlif ola bilər[18]:
Aromatikləşmə
Fenatren
Antratsen
Xrizen
"Klar" qanunu
Aromatik birləşmələr
Təbiətdə aşağıdakı cədvəldə verilmiş aromatik karbohidrogen birləşmələri mövcuddur:
↑P. v. R. Schleyer, "Aromaticity (Editorial)", Chemical Reviews, 2001, 101, 1115-1118. DOI: 10.1021/cr0103221 Abstract.
↑A. T. Balaban, P. v. R. Schleyer and H. S. Rzepa, "Crocker, Not Armit and Robinson, Begat the Six Aromatic Electrons", Chemical Reviews, 2005, 105, 3436-3447. DOI: 10.1021/cr0103221 Abstract.
↑P. v. R. Schleyer, "Introduction: Delocalization-π and σ (Editorial)", Chemical Reviews, 2005, 105, 3433-3435. DOI: 10.1021/cr030095y Abstract.
↑Габриелян О.С., Остроумов И.Г. "Настольная книга учителя химии - 10 класс"
↑P. v. R. Schleyer, "Aromaticity (Editorial)", Chemical Reviews, 2001, 101, 1115-1118. DOI: 10.1021/cr0103221 Abstract.
↑A. T. Balaban, P. v. R. Schleyer and H. S. Rzepa, "Crocker, Not Armit and Robinson, Begat the Six Aromatic Electrons", Chemical Reviews, 2005, 105, 3436-3447. DOI: 10.1021/cr0103221 Abstract.
↑P. v. R. Schleyer, "Introduction: Delocalization-π and σ (Editorial)", Chemical Reviews, 2005, 105, 3433-3435. DOI: 10.1021/cr030095y Abstract.
↑A. W. Hofmann, "On Insolinic Acid," Proceedings of the Royal Society, 8 (1855), 1-3.
↑The structure of cycloid hydrocarbons Henry Edward Armstrong Proceedings of the Chemical Society (London), 1890, 6, 95 - 106 Abstract
↑Дж. Марч. Органическая Химия. Реакции, механизмы и структура. 1 том. с 88
↑Терней А. Л. Современная органическая химия. т.1. с. 578.
↑Webb, K.; Seneviratne, V. (1995). "A mild oxidation of aromatic amines". Tetrahedron Letters 36 (14): 2377–237810.doi:1016/0040-4039(95)00281-G
↑afrance, M.; Rowley, C.; Woo, T.; Fagnou, K. (2006). "Catalytic intermolecular direct arylation of perfluorobenzenes.". Journal of the American Chemical Society 128 (27): 8754–8756. doi:10.1021/ja062509l
_V.1.svg)
_V.1.svg)
_V.1.svg)
_1964,_MiNr_440.jpg)
