aren

CHƯƠNG II HOÁ HỌC CÁC HIĐROCACBON VI. AREN Aren hay hiđrocacbon thơm là loại hiđrocacbon mà trong phân tử có một hoặc nhiều nhân benzen. Benzen có công thức phân tử là C6H6 là hiđrocacbon thơm đơn giản nhất, đồng thời cũng là chất tiêu biểu có ý nghĩa lí thuyết và thực tiễn quan trọng nhất trong các aren. 1. Cấu tạo của aren Trên cơ sở nhiều dữ kiện về tính chất đặc trưng của benzen, gọi chung là tính thơm, đó là hiđrocacbon có thành phần rất không no, nhưng lại có tính chất hoá học tương tự hiđrocacbon no, các nhà hoá học cổ điển đã đề ra các công thức cấu tạo của benzen. Năm 1858 Kêkulê đã đề nghị công thức của benzen gồm 2 đồng phân có thể chuyển hoá cho nhau: Các công thức khác gồm: Đioa Clao Lađenbua Amtrong Thilơ Các công thức cấu tạo nói trên đều không giải thích thoả đáng tất cả các tính chất đặc trưng của benzen. Trong các công thức đó, công thức của Kêkulê hiện còn được sử dụng nhưng đã mang một ý nghĩa mới trên cơ sở các quan niệm hiện đại. Theo quan niệm hiện đại, phân tử benzen là một hệ vòng kín liên hợp phẳng sáu cạnh đều, tất cả các nguyên tử cacbon và hiđro đều nằm trên cùng một mặt phẳng. Các nguyên tử cacbon đều ở trạng thái lai tạo sp2. Mỗi nguyên tử cacbon liên kết với hai nguyên tử cacbon bên cạnh và với nguyên tử hiđro nhờ sự xen phủ các obitan lai tạo của chúng với nhau và với ocbitan s của hiđro, tạo thành các liên kết ( trong phân tử benzen. Như vậy ở mỗi nguyên tử cacbon trong vòng benzen còn một ocbitan 2p, có trục thẳng góc với mặt phẳng phân tử benzen. Sáu ocbitan 2p của sáu nguyên tử cacbon đều có trục song song với nhau, chúng sẽ tổ hợp (trộn lẫn với nhau) tạo thành ocbitan ( bao trùm lên toàn phân tử ở phía trên và phía dưới của vòng benzen, tạo nên tính bền cao của benzen. Để hiển thị cấu tạo của benzen theo quan niệm hiện đại, ngày nay người ta sử dụng rộng rãi các công thức sau: 2. Đồng phân, danh pháp của hiđrocacbon thơm có một vòng benzen  Đối với bezen có một nhóm thế thì không có đồng phân, tên gọi của chúng là tên nhóm thế với từ bezen. Thí dụ:  Khi nhân benzen có hai nhóm thế sẽ tạo ra ba đồng phân vị trí nhóm thế 1, 2; 1, 3 và 1, 4. Đó là ba đồng phân octo, meta, fara . . . thường viết tắt là o, m, f.  Nếu vòng benzen có từ ba nhóm thế trở lên thì phải đánh số các nguyên tử cacbon của vòng benzen bắt đầu từ một nguyên tử cacbon có nhóm thế sao cho tổng số các số chỉ nhóm thế là nhỏ nhất. Gọi tên các nhóm thế có số chỉ vị trí trên vòng với từ benzen. Thí dụ: • Gốc của aren gọi chung là aryl, ký hiệu là -Ar, các gốc thường có tên riêng: • Khi một nhóm thế kết hợp với vòng benzen thành một tên riêng thì nhóm thế đó là số 1. Gọi tên các nhóm thế còn lại có số chỉ vị trí hoặc các tiếp đầu ngữ o, m, f với tên riêng của benzen có 1 nhóm thế. Thí dụ: 3. Tính chất hoá học i) Phản ứng thế vào nhân benzen: a) Cơ chế phản ứng thế: Nhờ có chất xúc tác thích hợp, tác nhân phản ứng Z-E cho ta ion E(+)(hoặc một dạng tương tự); ion này tấn công vòng benzen ở chỗ nào giàu mật độ electron hơn, theo sơ đồ sau: Cơ chế nitro hoá benzen: Nhân benzen rất giàu điện tử nên nó tác dụng dễ dàng với các tác nhân nghèo điện tử (electronphin) E +. Khi đó E + sẽ thay thế một nguyên tử hiđro của nhân thơm. b) Phản ứng halogen hoá: c) Phản ứng nitro hoá: d) Phản ứng sunfo hoá: e) Phản ứng ankyl hoá (Friđen - Cráp): g)Phản ứng Anxyl hoá: h) Quy tắc thế: Khi trong nhân thơm đã có sẵn một nhóm thế thì nó sẽ định hướng cho nhóm thế sau, thế vào nhân thơm ở các vị trí octo, fara hoặc meta. • Nhóm có sẵn là loại I, định hướng octo, fara (o, f). • Nhóm có sẵn là loại II, định hướng meta (m). * Nhóm loại I là nhóm đẩy electron vào nhân làm tăng hoạt tính của nhân: - OH, - NH2, - OR, - NHR, - NR2, - R, - X (X = halogen), riêng các halogen làm giảm hoạt tính của nhân thơm. * Nhóm loại II là nhóm hút điện tử trong nhân ra làm giảm hoạt tính của nhân: - NO2, - CN, - COOH, - CHO, - SO3H, - COOR, - COR, - NR3. ii) Phản ứng cộng: Nhân benzen tuy rất chưa no, nhưng do có hệ các electron ( liên hợp kín (hệ thơm) nên rất bền vững và rất khó tham gia phản ứng cộng. Tuy nhiên, khi có điều kiện thích hợp vẫn có thể thực hiện được phản ứng cộng. a) Cộng hiđro: b) Cộng halogen: iii. Phản ứng của gốc ankyl gắn vào nhân a) Halogen hoá: Khi chiếu sáng (h() thì halogen sẽ thế vào nguyên tử hiđro ở nhánh: b) Phản ứng oxi hoá: Nhân benzen rất bền vững đối với tác dụng của chất oxi hoá, ngay cả những chất oxi hoá mạnh như KMnO4, K2Cr2O7 . . . Đây là điều khác biệt của nhân thơm với các hợp chất không no. Nếu nhân thơm có các gốc ankyl thì chất oxi hoá mạnh như KMnO4 trong môi trường axít, sẽ oxi hoá tất cả các nhánh. Mỗi nhánh sẽ bị bẻ gãy liên kết C - C và biến C và C thành các nhóm COOH. Thí dụ: 4. Điều chế i) Đi từ axetylen: ii) Đêhiđro hoá xiclo ankan: iii) Phản ứng Wuyếc - Fitíc: Cho dẫn xuất halogen của gốc thơm và gốc no tác dụng với Na sẽ thu được đồng đẳng của benzen. iv) Phản ứng ankyl hoá (Friđen - Cráp): xem tính chất hoá học của aren. . CHƯƠNG II HOÁ HỌC CÁC HIĐROCACBON VI. AREN Aren hay hiđrocacbon thơm là loại hiđrocacbon mà trong phân tử có một hoặc. biểu có ý nghĩa lí thuyết và thực tiễn quan trọng nhất trong các aren. 1. Cấu tạo của aren Trên cơ sở nhiều dữ kiện về tính chất đặc trưng của benzen,