Aromatik uglevodorod

Benzolning tuzulish formulasi

Aromatik uglevodorod — molekulasida benzol yadrosi boʻlgan uglevodorod. Aromatik uglevodorodning asosiy vakillari benzol (C₆H₆) va uning hosilalaridir (masalan, toluol: C₆H₅-CH₃, stirol: C₆H₅-CH=CH₂ va boshqalar). Arenlarning dastlabki topilgan aʼzolari oʻziga xos yoqimli hidga ega boʻlganligi sababli ular aromatik uglevodorodlar deb ataladi. Benzol yadrolari kondensirlangan aromatik uglevodorodlarga naftalin, antrasen, fenantren va boshqalar kiradi. Baʼzi kondensirlangan aromatik uglevodorodlarning molekulasi juda koʻp benzol yadrosidan tashkil topgan boʻladi (masalan, koronenda 6 ta). Aromatik uglevodorodlarning asosiy manbai toshkoʻmirni kokslash natijasida olinadigan mahsulotlardir.

C6H5Cl+NaCH3=C6H5CH3+NaCl

Benzol molekulasining tuzilishi

Benzol Orbitalı

Umumiy formulasi C₆H₆ boʻlganligi sababli uni toʻyinmagan birikmalar qatoriga kiritish mumkin. Lekin benzol bromli suv va kaliy permanganat eritmasi bilan reaksiyaga kirishmaydi, yaʼni toʻyinmagan birikmalarga xos reaksiyalarga kirishmaydi. Benzol bugʻi bilan vodorod gazi aralashmasi katalizatorga ega (Pt) qizdirilgan nay orqali oʻtkazilsa, benzolning har bir molekulasiga uch molekula vodorod birikib, tsiklogeksan hosil boʻladi:

Catalytic hydrogenation of benzene to cyclohexane with a raney-nickel catalyst

Bu xossa benzolning halqali tuzilishiga ega ekanligini isbotlaydi. „Molekula tarkibidagi uglerodning olti atomi tsikl tuzib yopiladi va ular oʻzaro qoʻshbogʻ va oddiy bogʻ orqali navbat bilan joylashadi“, deb benzolning tuzilish formulasini birinchi marta nemis olimi A.Kekule taklif qildi.

XX asrning boshlaridagina har xil fizik usullardan foydalanish natijasida benzol molekulasining tuzilishini tushuntirishga mavaffaq boʻlindi. Barcha uglerod atomlari oʻxshash, elekrton zichligi bir xil ajratilgan, uglerod atomlarining masofasi oʻzaro teng (0,140 nm). Benzol molekulasi teng tomonli olti burchakli shaklda boʻladi. Benzoldagi har bir uglerod atomida bitta s- va ikkita p-elektron bulutlari sp²-gibridlangan holatda boʻladi, ammo bitta p-elektron buluti gibridlanmagan. Uchala gibridlangan orbitallar bitta tekislikda joylashib, iiki tomondagi uglerod atomlari va bir vodorod atomi orbitallari bilan qoplanadi. Natijada uchta σ-bogʻ hosil boʻladi. Har bir uglerodning gibridlanmagan p-orbitali shu tekislikka perpendikulyar joylashib, bu bulutlar ham bir-biri bilan qoplanadi. Bu qoplanishlar gibridlangan orbitallar yotgan tekislikning ikki tomonida (osti va ustida) amalga oshadi. Natijada benzolning oltita uglerod atomining 2p-orbitallari qoplanishidan π-bogʻ hosil boʻladihamda umumiy π-elektron yopiq tizim vujudga keladi.

Aromatik, oddiy va qoʻsh bogʻlanishlarning ayrim tavsiflari

Bogʻlanish turi	Gibridlanish turi	Bogʻlanish burchagi	Bogʻlanish uzunligi, nm	Bogʻlanish energiyasi, kJ/mol
Oddiy (— C — C —)	sp3	109°28ʼ	0,154	350
Qoʻshbogʻ (— C = C —)	sp2	120°	0,134	612
Uch bogʻ (— C ≡ C —)	sp	180°	0,120	830
Aromatik bogʻlanish	sp2	120°	0,140	490

Arenlarning gomologlari, izomerlari va nomlanishi

Aromatik uglevodorodlar sistematik nomenklatura boʻyicha arenlar deb ataladi. Benzol molekulasining vodorod atomlari radikallarga almashinganda benzolning gomologlar hosil boʻladi.

Benzol	Metilbenzol	Etilbenzol	Propilbenzol
C6H5 — H	C6H5 — CH3	C6H5 — C2H5	C6H5 — C3H7

Benzolning gomologlarini nomlash uchun shakllangan trivial nomlashlar ham ishlatiladi: metilbenzol — toluol, dimetilbenzol — ksilol, izopropilbenzol — kumol, vinilbenzol — stirol deb ataladi. Molekulasida bir necha radikallar boʻlgan birikmalarni nomlash uchun benzol halqasidagi uglerod atomlari raqamlanib, birikma nomlanganda oʻrinbosar (radikal)ning oʻrni sonlar orqali koʻrsatiladi. Agar benzol molekulasining ikkita vodorod atom radikallarga almashingan boʻlsa, u holda benzolning orto-, meta-, para- hosilalari paydo boʻladi. Ular qisqacha birinchi harfi bilan belgilanadi: orto — o, meta — m, para — p. Shuningdek, harflar oʻrniga sonlar orqali belgilash ham qabul qilingan.

• 
  o-ksilol
  (1,2-dimetilbenzol)
• 
  m-ksilol
  (1,3-dimetilbenzol)
• 
  p-ksilol
  (1,4-dimetilbenzol)

Arenlarning olinishi

Arenlar asosan toshkoʻmir smolasi va neftni fraktsiyalash yoʻli orqali haydab olinadi. Shu bilan birga toshkoʻmirni kokslaganda va neftni haydashda hosil boʻladigan gazlarni sintezlash orqali ham olinadi. Alkanlarni katalizator ishtirokida aromatlab degidrogenlashda (riforning) benzol va uning hosilalari hosil boʻladi.

C₆H₁₂ → C₆H₆ + 3H₂↑

Arenlarni tsiklogeksan va uning gomologlarini degidrogenlab olish mumkin. N. D. Zelinskiy neftning tarkibidagi tsiklogeksanni Pt, Pd katalizatorlari ishtirokida 300 °C haroratda degidrogenlab benzol oldi. Ushbu keltirilgan tsikogeksan hosilalari degidrogenlanganda, benzolning hosilalari hosil boʻladi:

C₆H₁₁ — CH₃ → C₆H₅ + 3H₂↑

Faollashtirilgan koʻmir toʻldirilib, qizdrilgan nay orqali atsetilen oʻtkazish bilan benzol oʻzlashtirish mumkin:

Yoki reaksiya tenlamasini molekula koʻrinishida yozsak: ${\ce {3C2H2 -> C6H6}}$

Fizik xossalari

Aromatik uglevodorodlar oʻziga xos hidli, suvda erimaydigan, suvdan yengil suyuq moddalardir. Aromatik uglevodorodlar bir qator organik erituvchilarda yaxshi eriydi va koʻpchilik organik moddalarni eritadi. Benzol gomologlarining nisbiy molekulyar massalarining suyuqlanishi bilan bogʻliq holda erish va qaynash haroratlari qonuniy ravishda oshadi. Benzol zaharli modda. Benzol bugʻi bilan doimiy nafas olinganda anemiya, leykemiya kabi kasalliklarga duchor boʻladi. Toluol va boshqa gomologlarining zarari benzolga qaragnada kamroq.

Kimyoviy xossalari

Arenlar oʻrin olish, birikish va oksidlanish reaksiyalariga kirishadi.

Oʻrin olish reaksiyalari

Galogenlar bilan oʻrin olish reaksiyalari temir (III) tuzlari ishtirokida boradi:

${\mbox{C}}_{6}{\mbox{H}}_{6}+{\mbox{Br}}_{2}\rightarrow {\mbox{C}}_{6}{\mbox{H}}_{5}{\mbox{Br}}+{\mbox{HBr}}$ ${\mbox{C}}_{6}{\mbox{H}}_{6}+{\mbox{Cl}}_{2}\rightarrow {\mbox{C}}_{6}{\mbox{H}}_{5}{\mbox{Cl}}+{\mbox{HCl}}$

Nitrolash raeksiyasi. Nitrlovchi aralashmaning ishtirokida qizdirilganda benzoldan nitrobenzol hosil boʻladi:

${\mbox{C}}_{6}{\mbox{H}}_{6}+{\mbox{HONO}}_{2}\rightarrow {\mbox{C}}_{6}{\mbox{H}}_{5}{\mbox{NO}}_{2}+{\mbox{H}}_{2}{\mbox{O}}$

Benzolning gomologlari oʻrin olish reaksiyalariga benzolga qaraganda oson kirishadi. Masalan: metilbenzol (toluol) oʻrin olish reaksiyasiga benzoldan koʻra oson kirishadi va 2-,4-,6-holatdagi vodorod atomlari oson almashinadi. Toluolning nitrat kislotasi bilan reaksiyaga kirishishi natijasida 2,4,6-trinitrotoluol hosil boʻladi.

${\mathsf {2C_{6}H_{5}CH_{3}{\xrightarrow[{}]{HNO_{3},H_{2}SO_{4}}}C_{6}H_{4}CH_{3}(NO_{2})+C_{6}H_{3}CH_{3}(NO_{2})_{2}}}$

2-,4-,6-trinitrotoluol trotil, tol, TNT deb ataladi, portlovchi modda sifatida ishlatiladi.

Birikish reaksiyalari

Aromaik uglevodorodlarning birinchi vakili benzol birikish reaksiyalariga qiyin kirishadi. Faqat qattiq qizdirilganda yoki ultrabinafsha nurlar bilan taʼsir etganda va katalizator ishtirokidagina benzol toʻyinmagan xossani namoyon qilib, vodorod va galogenlarni biriktirib oladi.
Gidrogenlanishi — Nikel, platina, palladiy singari katalizatorlar ishtirokida qizdirilganda va yuqori bosim taʼsirida benzol vodorodni biriktirib olib tsiklogeksanga aylanadi.

Catalytic hydrogenation of benzene to cyclohexane with a raney-nickel catalyst

Yoki reaksiya tenlamasini molekula koʻrinishida yozsak: ${\ce {C6H6 + 3H2 -> C6H12}}$.

Galogenlarni biriktirib olishi. Ultrabinafsha nurlarining taʼsirida benzol xlorning olti atomini biriktirib olib, natijada geksaxlortsiklogeksan (geksaxloran) hosil boʻladi:

Chloration radicalaire du benzène

Yoki reaksiya tenlamasini molekula koʻrinishida yozsak: ${\ce {C6H6 + 3Cl2 -> C6H6Cl6}}$

Adabiyotlar

• OʻzME. Birinchi jild. Toshkent, 2000-yil