Ugljovodonici 4

Aromatičnost

Sa hemijske tačke gledišta svako jedinjenje koje je stabilno kao benzen i koje stupa u elektrofilne supstitucije ima aromatičan karakter.

Sva jedinjenja izvedena iz arena ili sistema koji imaju aromatičan karakter, tj. koja pokazuju sličnosti u ponašanju sa derivatima benzena nazivaju se aromatična jedinjenja.

Policiklični areni

Poznat je veliki broj aromatičnih ugljovodonika koji se sastoji od dva, tri ili više benzenovih prstenova međusobno vezanih tako da imaju najmanje dva zajednička C-atoma.

Halogeni derivati ugljovodonika

Haogeni derivati ugljovodonika su jedinjenja kod kojih je jedan ili više atoma halogena vezano direktno za ugljenikov skelet koji može biti alifatičan ili aromatičan. Opšti simbol za halogene (Cl, Br, I, F) je X.

Nomenklatura

Ova jedinjenja se obično nazivaju kao soli halovodoničnih kiselina ili imaju posebna, uobičajena imena. Po IUPAC-nomenklaturi nazivaju se kao derivati alkana ili arena, pri čemu se vrsta halogena i broj ugljenikovog atoma za koji je halogen vezan stavljaju ispred imena odgovarajućeg ugljovodonika.

Dobijanje:
A) Alkil-halogenida:
1. zagrevanje alkohola sa halogenovodoničnim kiselinama:

ROH + HX ---> RX + HOH

2. delovanje fosfor-halogenida na alkohole:

3ROH + PX₃ ---> 3RX + H₃PO₃

3. adicija halogenovodonika na alkene:

CH₂=CH₂ + HCl ---> CH₃CH₂Cl (etil-hlorid)

4. direktno halogenovanje alkana:

B) Aril-halogenida:
1. halogenovanje arena u prisustvu katalizatora:

Fizičke osobine - po svojim fizičkim osobinama haloalkani su dosta slični alkanima. Nerastvorljivi su u vodi i većinom su bezbojne tečnosti koje vrlo dobro rastvraju druga organska jedinjenja. Haloalkani su teži od vode.

Hemijske osobine - alkil-halogenidi su vrlo reaktivna jedinjenja jer je veza ugljenik-halogen polarizovana i lako se raskida dejstvom određenih reagenasa.

Reakcije - Alkil-halogenidi:
A. Supstitucija
1) Reakcije sa metalnim hidroksidima

2. Hidroliza - dobija se alkohol:

3. Reakcija sa alkoksidima - dobija se etar:

4. Reakcija sa amonijakom - dobija se amin

B. Eliminacija
Kada se na alkil-halogenid dejstvuje jakim bazama, može da se eleminiše  halogenovodonik i nastane proizvod sa dvostrukom (=) vezom:

CH₃CH₂CH₂Cl + Na⁺OH^- ---> CH₃ CH=CH₂ + Na⁺Cl^- + H₂O

Eliminacione reakcije se vrše sa istim reagensima kao i supstitucione reakcije.

C. Reakcije sa metalima
Alkil-halogenidi reaguju sa metalima i grade odgovarajuće organometale. Sa metalima reaguju i aril halogenidi.
Reakcija alkil-halogenida sa natrijumom u anhidrovanoj sredini služi za dobijanje alkana sa većim brojem C-atoma:

2CH₃CH₂CH₂CH₂Cl + 2Na ---> CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃ + 2Na⁺Cl^-

Aril-halogenidi za razliku od alkil-halogenida ne podležu nukleofilnim supstitucijama.

Predstavnici: hloretan (etil-hlorid), trihlormetan (hloroform), trijodmetan (jodoform), tetrahlormetan (ugljentetrahlorid), freoni...

Ugljovodonici 3

Ciklični ugljovodonici alifatičnog karaktera (označava hemijsko ponašanje slično alkanima, alkenima ili alkinima i njihovim derivatima) poznati kao aliciklični (alifatično-ciklični) mogu niti zasićeni (cikloalkani) i nezasićeni (cikloalkeni i cikloalkini).

Cikloalkani

Cikloalkani su zasićeni ugljovodonici kod kojih su C-atomi vezani jednostrukim vezama.
Opšta formula:

Nomenklatura - cikloalkani se nazivaju tako što se ispred imena alkana sa istim brojem C-atoma stavlja prefiks ciklo-.

Dobijanje: 1) iz prirodnih izvora (nafta, etarska ulja),

           2) hidrogenovanjem aromatičnih ugljovodonika:

          3) dehalogenovanjem dihalogenskih derivata alkana (reakcija ciklizacije):
 

Fizičke osobine - vrlo su slične fizičkim osobinama alkana. Tačke ključanja se povećavaju sa povećavanjem broja C-atoma.

Hemijske osobine - cikloalkani pokazuju iste hemijske osobine kao i alkani, s tom razlikom što su mali prstenovi (ciklopropan i ciklobutan) reaktivniji od ostalih prstenova.

Reakcije:
A) Ciklopropan:
1. adicija vodonika u prisustvu katalizatora (Ni):

2. adicija broma (bromovodonika):

B) Ciklobutan:
1. ne reaguje sa bromom na običnoj temperaturi

2. reaguje sa vodonikom, uz prisustvo katalizatora (Ni) na temperaturi od 200 stepeni Celzijusovih:

C) Ciklopentan i cikloheksan ne reaguju sa vodonikom ni na temperaturama iznad 200 stpeni Celzijusovih i podležu istim reakcijama kao i alkani :

Areni (aromatični ugljovodonici)

To su ciklična jedinjenja. Najprostiji aromatični ugljovodonik jeste benzen.

Struktura benzena:

Šest ugljenikovih atoma nalazi se vezano u obliku pravilnog šestougaonika, a za svaki ugljenikov atom vezan je po jedan vodonikov atom, da bi ugljenikovi atomi bili četvorovalentni, prsten sadrži naizmenično raspoređene tri dvostruke veze.

Homologi red i nomenklatura arena:

Članovi homologog reda se nazivaju ili uobičajenim imenima ili kao derivati benzena:

Ako su za benzenov prsten vezan dve grupe, njihovi se međusobno položaji označavaju kao orto (ili o-) za 1,2 položaj, kao meta (ili m-) za 1,3 položaj ili kao para (ili p-)  za 1,4 položaj:

Supstituisani benzenov prsten se obeležava brojevima tako da su grupe vezane za prsten označene što nižim brojem.

Jednovalentne ugljovodonične grupe aromatičnih ugljovodonika (arena) koje se izvode oduzimanjem jednog H-atoma vezanog za prsten nazivaju se opštim imenom aril-grupe i obeležavaju se sa Ar-. Grupa koja se dobija oduzimanjem jednog H-atoma iz benzena naziva se fenil-grupa. 

Dobijanje: 1) iz prirodnih izvora (nafta, ugalj),
                   2) dekarboksilovanjem aromatičnih kiselina ili njihovih soli:

onaj hlor što visi u vazduhu je zalutao na ovoj slici :)

Fizičke osobine - areni su tečnosti ili čvrste supstancije koje se ne rastvaraju u vodi i koje su lakše od vode. Tečni areni su zapaljivi i zbog velikog procenta ugljenika gore čađavim plamenom.

Reakcije:
A) Supstitucija (elektrofilna)
1. Halogenovanje - dejstvo hlora ili broma na benzen u prisustvu katalizatora (Fe):

2. Nitrovanje - dejstvom smeše koncentrovane nitratne i sulfatne kiseline (katalizator) na bezen na 50 stepeni supstituiše se jedan H-atom:

3. Sulfonovanje - dejstvo koncentrovane sumporne kiseline na benzen:

4. Alkilovanje - u prisustvu anhidrovanog aluminijum-hlorida kao katalizatora , benzen reaguje sa haloalkanima ili alkil-halogenidima gradeći alkilbenzen:

5. Acilovanje - kada acil grupa u aromatičnom prstenu zameni jedan vodonikov atom , tada takve reakcije nazivamo reakcijama acilovanja. Ove reakcije se vrše tako što benzen reaguje sa acil-halogenidom (RCOCl) u prisustvu anhidrovanog aluminijum-hlorida, dajući pri tome aromatične ketone:

Supstituienti koji povećavaju reaktivnost benzenovog prstena nazivaju se aktivirajući, a supstituenti koji ga čine manje reaktivnim dezaktivirajući.
Aktivirajući supstituenti usmeravaju dalju supstituciju u orto i para položaj. Dezaktivirajući supstituenti usmeravaju dalju supstituciju u meta položaj.

Aktivirajući supstituenti:

Jako: -NH₂

      -OH

Srednje: -OCH₃ (-OC₂H₅, itd.)
         -NHCOCH₃

Slabo: -C₆H₅
       -CH₃ (-C₂H₅, itd.)

Dezaktivirajući supstituenti:

-NO

-N(CH₃)₃⁺

-CN

-COOH (-COOR)

-SO₃H

-CHO, -COR

B) Adicione reakcije - izvode se pod određenim uslovima

C) Oksidacija derivata benzena - !uvek nastaje benzoeva kiselina!