Каква е особеността на структурата на ароматните структури. Ароматни въглеводороди (арени): класификация, номенклатура и изомерия, физични свойства

ароматни въглеводороди- съединения на въглерод и водород, в чиято молекула има бензенов пръстен. Най-важните представители на ароматните въглеводороди са бензенът и неговите хомолози - продуктите на заместване на един или повече водородни атоми в молекулата на бензена с въглеводородни остатъци.

Структурата на молекулата на бензена

Първото ароматно съединение, бензен, е открито през 1825 г. от М. Фарадей. Установена е неговата молекулна формула - C 6 H 6. Ако сравним неговия състав със състава на наситения въглеводород, съдържащ същия брой въглеродни атоми - хексан (C 6 H 14), тогава можем да видим, че бензенът съдържа осем по-малко водородни атома. Както е известно, появата на множество връзки и цикли води до намаляване на броя на водородните атоми във въглеводородна молекула. През 1865 г. Ф. Кекуле предлага структурната му формула като циклохексантриен-1,3,5.

По този начин молекулата, съответстваща на формулата на Кекуле, съдържа двойни връзки, следователно бензенът трябва да има ненаситен характер, т.е. лесно се влиза в реакции на добавяне: хидрогениране, бромиране, хидратация и др.

Многобройни експериментални данни обаче показват това бензенът влиза в реакции на присъединяване само при тежки условия(при високи температури и осветление), устойчиви на окисление. Най-характерни за него са реакциите на заместванеследователно бензенът е по-близо до наситените въглеводороди.

Опитвайки се да обяснят тези несъответствия, много учени предложиха различни версии на структурата на бензена. Структурата на молекулата на бензена беше окончателно потвърдена от реакцията на нейното образуване от ацетилен. Всъщност въглерод-въглеродните връзки в бензена са еквивалентни и техните свойства не са подобни на тези на единичните или двойните връзки.

В момента бензенът се обозначава или с формулата на Кекуле, или с шестоъгълник, в който е изобразен кръг.

И така, каква е особеността на структурата на бензена?

Въз основа на тези изследвания и изчисления беше направен изводът, че всичките шест въглеродни атома са в състояние на sp 2 хибридизация и лежат в една и съща равнина. Нехибридизираните р-орбитали на въглеродните атоми, които образуват двойни връзки (формула на Кекуле), са перпендикулярни на равнината на пръстена и успоредни един на друг.

Те се припокриват един с друг, образувайки единна π-система. Така системата от редуващи се двойни връзки, изобразена във формулата на Кекуле, е циклична система от спрегнати, припокриващи се π-връзки. Тази система се състои от две тороидални (подобни на поничка) области с електронна плътност, разположени от двете страни на бензеновия пръстен. Следователно е по-логично бензенът да се изобрази като правилен шестоъгълник с кръг в центъра (π-система), отколкото като циклохексантриен-1,3,5.

Американският учен Л. Полинг предложи да се представи бензенът под формата на две гранични структури, които се различават по разпределението на електронната плътност и постоянно се трансформират една в друга:

Измерените дължини на връзките потвърждават това предположение. Установено е, че всички C-C връзки в бензена имат еднаква дължина (0,139 nm). Те са малко по-къси от единичните C-C връзки (0,154 nm) и по-дълги от двойните (0,132 nm).

Има и съединения, чиито молекули съдържат няколко циклични структури, например:

Изомерия и номенклатура на ароматните въглеводороди

За бензенови хомолозихарактерна е изомерията на позицията на няколко заместителя. Най-простият хомолог на бензена е толуен(метилбензен) - няма такива изомери; следният хомолог е представен като четири изомера:

Основата на името на ароматен въглеводород с малки заместители е думата бензен. Атомите в ароматния пръстен са номерирани започвайки от старши заместник до младши:

Ако заместителите са еднакви, тогава номерирането се извършва по най-краткия път: например вещество:

наречен 1,3-диметилбензен, а не 1,5-диметилбензен.

Според старата номенклатура позиции 2 и 6 се наричат ​​орто позиции, 4 - пара-, 3 и 5 - мета позиции.

Физични свойства на ароматните въглеводороди

Бензол и неговите най-прости хомолози при нормални условия - силно токсични течностис характерна неприятна миризма. Те са слабо разтворими във вода, но добре - в органични разтворители.

Химични свойства на ароматните въглеводороди

реакции на заместване.Ароматните въглеводороди влизат в реакции на заместване.

1. Бромиране.При взаимодействие с бром в присъствието на катализатор, железен (III) бромид, един от водородните атоми в бензеновия пръстен може да бъде заменен с бромен атом:

2. Нитриране на бензен и неговите хомолози. Когато ароматен въглеводород взаимодейства с азотна киселина в присъствието на сярна киселина (смес от сярна и азотна киселина се нарича нитрираща смес), водородният атом се заменя с нитро група - NO 2:

Получава се редукция на нитробензен анилин- вещество, което се използва за получаване на анилинови багрила:

Тази реакция е кръстена на руския химик Зинин.

Реакции на присъединяване.Ароматните съединения могат също да влязат в реакции на присъединяване към бензеновия пръстен. В този случай се образува циклохексан и неговите производни.

1. Хидрогениране.Каталитичното хидрогениране на бензен протича при по-висока температура от хидрогенирането на алкени:

2. Хлориране.Реакцията протича при осветяване с ултравиолетова светлина и представлява свободен радикал:

Химични свойства на ароматните въглеводороди - компендиум

Бензенови хомолози

Съставът на техните молекули съответства на формулата ° Снз2n-6. Най-близките хомолози на бензена са:

Всички хомолози на бензола след толуола имат изомери. Изомерията може да бъде свързана както с броя и структурата на заместителя (1, 2), така и с позицията на заместителя в бензеновия пръстен (2, 3, 4). Съединения с обща формула ° С 8 з 10 :

Съгласно старата номенклатура, използвана за обозначаване на относителната позиция на два еднакви или различни заместителя в бензеновия пръстен, се използват префикси орто-(съкратено като o-) - заместителите са разположени в съседни въглеродни атоми, мета-(m-) - през един въглероден атом и чифт-(n-) - заместители един срещу друг.

Първите членове на хомоложната серия на бензена са течности със специфична миризма. Те са по-леки от водата. Те са добри разтворители. Хомолозите на бензена влизат в реакции на заместване:

бромиране:

нитриране:

Толуенът се окислява от перманганат при нагряване:

Справочен материал за преминаване на теста:

периодичната таблица

Таблица за разтворимост

Подробна лекционна програма
коментари по втората част на курса

Подробната лекционна програма и коментарите към втората част от общия курс на лекциите по органична химия (PPL) се основават на програмата на общия курс по органична химия, разработена в катедрата по органична химия, Химическия факултет на Московския държавен университет . PPL разкрива запълването на втората част от общия курс на лекциите с фактически материали по теория и практика на органичната химия. PPL е предназначен предимно за студенти от 3-та година, които искат да се подготвят добре и сравнително бързо за изпити и колоквиуми и да разберат колко знания трябва да има един студент, за да получи отлична оценка на изпита. PPL са изготвени по такъв начин, че задължителният материал на програмата е отпечатан с нормален шрифт, незадължителният материал с курсив, въпреки че трябва да се признае, че подобно разделение понякога е доста произволно.

Една от целите на това ръководство е да помогне на студентите правилно и точно да съставят резюме на лекция, да структурират материала, да направят правилните акценти в записа, да отделят необходимия материал от второстепенния, когато работят самостоятелно с резюме или учебник. Трябва да се отбележи, че въпреки най-широкото разпространение на съвременни методи на преподаване и наличието на разнообразни образователни материали в учебниците и в Интернет, само независима упорита, ако не и упорита работа по водене на бележки (лекции, учебници, други материали), работа на семинари самостоятелното писане на най-важните уравнения и механизми и самостоятелното решаване на синтетични задачи може да доведе до успех в изучаването на органична химия (и други предмети също). Авторите смятат, че слушането на курс от лекции създава основата за изучаване на органична химия и обхваща всички теми, представени за изпита. Но изслушаните лекции, както и прочетените учебници остават пасивни знания до затвърждаване на материала на семинари, колоквиуми, при писане на контролни, контролни и анализ на грешки. В PPL няма уравнения на химичните реакции и механизмите на най-важните процеси. Този материал е достъпен в лекции и учебници. Всеки студент трябва да придобие някои знания сам: да напише най-важните реакции, механизми и за предпочитане повече от веднъж (самостоятелна работа с бележки от лекции, с учебник, колоквиум). Само това, което е придобито чрез независима усърдна работа, се помни дълго време и се превръща в активно знание. Това, което лесно се получава, лесно се губи или забравя и това важи не само за курса по органична химия.

В допълнение към програмните материали, тази разработка съдържа редица помощни материали, които бяха демонстрирани на лекции и които според авторите са необходими за по-доброто разбиране на органичната химия. Тези спомагателни материали (числа, таблици и др.), Дори и да са отпечатани с нормален шрифт, най-често не са предназначени за буквално запаметяване, а са необходими за оценка на тенденциите в промените в свойствата или реактивността на органичните съединения. Тъй като помощните материали, показани на лекции, фигури, таблици, могат да бъдат трудни за пълно и точно записване в резюмето, поставянето на тези материали в тази разработка има за цел да помогне на участниците в курса да попълнят празнините в бележките и резюметата и да се съсредоточат върху лекцията не на стенографски числа и таблици, а на възприемане и разбиране на материала, обсъждан от лектора.

АРОМАТНОСТ.

1. Алифатни (от гръцки αλιφατικό - масло, мазнина) и ароматни (αρωματικόσ - тамян) съединения (XIX век).

2. Откриване на бензена (Фарадей, 1825 г.). Структурата на бензена (Кекуле, 1865). о-, м-, п-изомери, орто-ксилен.

3. Други предложени формули за бензен (Ladenburg, Dewar, Thiele и др.). Бензенови изомери (призма, бициклохекса-2,5-диен, бензвален, фулвен).

4. Метод на молекулярната орбита на Хюкел. Независимо разглеждане на σ- и π-връзките (т.е. образувани от sp 2 и p-орбитали). Молекулни орбитали на бензен (свързване на три орбитали: една орбитала няма възли, две орбитали имат по една възлова равнина, всички са заети, има само 6 електрона върху тях; три орбитали се разхлабват. Две от тях имат 2 нодални равнини, най-високата енергийна разхлабваща орбитала има три възлови равнини, антисвързващите орбитали не са заети.

Концепцията за кръга на Фрост за бензен, циклобутадиен и циклооктатетраен.

Правилото на Хюкел. ПЛОСК, МОНОЦИКЛИЧЕН, СЪЕДИНЕНвъглеводородите ще бъдат ароматни, ако цикълът съдържа (4n+2) π - електрони.

антиароматни съединения. неароматни съединения. Циклооктатетраен.

5. Описание на бензена по метода на "валентните схеми", теория на резонанса (Полинг), мезомерия, използване на ограничаващи структури.

6. Отменено. Метано анулиран. ароматни йони. кондензирани въглеводороди. Хетероцикли.

Няколко коментара относно стабилността на анулирантите.

- анулиран -не е плосък, не може да бъде ароматен.

1,6-метано-- анулиран- плосък, (с изключение на моста, разбира се!), ароматен е.

Annulene е неароматен полиен, стабилен под -70°C.

- анулиранне плоски цикли, ако няма 2 моста. Следователно те не са ароматни.

Ануланите са обикновени полиени.

- анулиран- плосък, ароматен. Познайте особеностите на неговия PMR спектър!

7. Детайлно разглежданеАРОМАТНИ КРИТЕРИИ.

Критерии за ароматност – квантово механичен – брой p-електрони 4n+2(правило на Хюкел), вижте коментарите по-долу. Енергия (увеличаване на термодинамичната стабилност поради делокализация на електрони, т.нар делокализационна енергия – ЕД). ED в бензен: (6a + 8β) - (6a + 6β) (за циклохексатриен) \u003d 2β \u003d 36 kcal / mol или 1,56 eV - това е EER (Емпирична резонансна енергия). Има още няколко начина за изчисляване на резонансната енергия: вертикална резонансна енергия (известна още като ED според Hückel, измерена в единици на интеграла β, за бензена е 0,333), все още се случва (при 5++) ERD (т.е. резонансна енергия на Дюар, на 1 електрон, 0,145 eV за бензен), все още се случва (при 5+++) Hess-Schaad ER, за бензен: 0,065 eV, след това същото като EDNOE в учебника Reutov, Kurts, Butin. Също така се случва (при 5++++) FER (топологичен ER). И все пак "има много в света, приятелю Хорацио, за което нашите мъдреци никога не са мечтали" (У. Шекспир). Енергийният критерий е най-неудобният и неясен от всички. Енергийните стойности за този критерий винаги се изчисляват, тъй като по правило е невъзможно да се избере съответната неароматна молекула за сравнение. Следователно трябва да сме спокойни за факта, че има много различни оценки на енергията на делокализация дори за класически ароматни молекули, а за по-сложни системи тези стойности напълно отсъстват. Човек никога не може да сравнява различни ароматни системи по отношение на енергиите на делокализация - не може да се заключи, че молекула А е по-ароматна от молекула Б, тъй като енергията на делокализация е по-голяма. Структурни - много важен, ако не и най-важният критерий, тъй като няма теоретичен, а експериментален характер. Спецификата на геометрията на молекулите на ароматните съединения се състои в склонността към копланарно разположение на атомите и подреждане на дължините на връзките. Бензенът има перфектно подравняване на дължините на връзките - всичките шест C-C връзки са еднакви по дължина. За по-сложни молекули подреждането не е перфектно, но значително. Като критерий се взема мярка за относителното отклонение на дължините на спрегнатите връзки от средната стойност. Колкото по-близо до нулата, толкова по-добре. Това количество винаги може да бъде анализирано, ако е налична структурна информация (експериментална или от висококачествени квантово-химични изчисления). Тенденцията към копланарност се дължи на предимството на колинеарните оси на атома Р-орбитали за тяхното ефективно припокриване. Възниква въпросът: какво отклонение от равнинното разположение е допустимо без загуба на ароматност? Примери за равнинно изкривяване в ароматни молекули са дадени в лекцията, те могат да бъдат намерени и в специализираната литература (виж по-долу, стр. 20). Магнитни (наличието на пръстенен ток е диатропна система, ефектът върху химичните измествания на протоните извън и вътре в пръстена, примери са бензен и -анулен). Най-удобният и достъпен критерий, тъй като 1Н NMR спектърът е достатъчен за оценката му. За точно определяне се използват теоретични изчисления на химичните отмествания. Какво е диатропизъм? химически - склонност към реакции на заместване, а не към добавяне. Най-очевидният критерий, който ясно разграничава химията на ароматните съединения от химията на полиените. Но не винаги работи. В йонни системи (например в циклопентадиенилов анион или тропилиев катион) не може да се наблюдава заместване. Реакциите на заместване понякога протичат в неароматни системи, а ароматните системи винаги са способни на реакции на добавяне до известна степен. Следователно е по-правилно химичният критерий да се нарече ЗНАК за ароматност.

8. КОНЦЕПЦИЯТА ЗА АРОМАТНОСТ. ПРИЗНАЦИ И КРИТЕРИИ ЗА АРОМАТНОСТ. - Коментари

Ароматност - концепция, която характеризира набор от специални структурни, енергийни и магнитни свойства, както и характеристики на реактивността на циклични структури със система от спрегнати връзки.

Въпреки че ароматността е една от най-важните и най-плодотворни концепции в химията (не само органичната), - няма общоприето кратко определение тази концепция. Ароматичността се разбира чрез набор от специални характеристики (критерии), присъщи на редица циклични спрегнати молекули в една или друга степен. Някои от тези критерии са от експериментален, наблюдаем характер, но другата част се основава на квантовата теория за молекулярната структура. Ароматността има квантова природа. Невъзможно е да се обясни ароматността от гледна точка на класическата структурна теория и теорията на резонанса.

Не следваобъркайте ароматността с делокализация и конюгация. Полиеновите молекули (1,3-бутадиен, 1,3,5-хексатриен и др.) показват изразена тенденция към делокализация на електрони (виж 1-ви семестър, диенова химия) и образуването на единична конюгирана електронна структура, която се проявява в спектрите (на първо място, електронни абсорбционни спектри), известна промяна в дължините и реда на връзките, енергийна стабилизация, специални химични свойства (електрофилно 1,4-присъединяване в случай на диени и др.). Делокализацията и конюгацията са необходими, но не и достатъчни условия за ароматичност. Ароматичността може да се дефинира като свойството, при което конюгиран пръстен от ненаситени връзки проявява по-голяма стабилност, отколкото би се очаквало само с едно конюгиране. Тази дефиниция обаче не може да се използва без експериментални или изчислени данни за стабилността на цикличната конюгирана молекула.

За да бъде една молекула ароматна, тя трябва да съдържа поне един цикъл, всекиот атомите, от които има подходящ за образуване на ароматна система Р- орбитален. Ароматният в пълния смисъл на думата се счита (при критериите, изброени по-долу) е именно този цикъл (пръстен, пръстенна система).

Трябва да има 4n+2 (т.е. 2, 6, 10, 14, 18, 22 и т.н.) електрона в този цикъл.

Това правило се нарича правило или критерий за ароматичност на Hückel. Източникът на това правило са силно опростените квантово-химични изчисления на идеализирани циклични полиени, направени в зората на развитието на квантовата химия. По-нататъшни изследвания показват, че основно това просто правило дава правилни прогнози за ароматността дори за много сложни реални системи.

Правилото обаче трябва да се използва правилно, в противен случай прогнозата може да е неправилна. Общите препоръки са дадени по-долу.

Молекула, съдържаща поне един ароматен пръстен има право даможе да се нарече ароматен, но не бива да се злоупотребява с това обобщение. И така, очевидно е, че стиренът съдържа бензенов пръстен и следователно може да се нарече ароматна молекула. Но може да се интересуваме и от етиленовата двойна връзка в стирола, която няма пряка връзка с ароматността. От тази гледна точка стиренът е типичен спрегнат олефин.

Никога не забравяйте, че химията е експериментална наука и никакви теоретични разсъждения не могат да заменят или заменят знанията за реалните свойства на веществата. Теоретичните концепции, дори толкова важни като ароматността, само помагат за по-доброто разбиране на тези свойства и правят полезни обобщения.

Какви орбитали се считат за подходящи за образуване на ароматна система?– Всички орбитали, перпендикулярни на равнината на цикъла, и

а) притежаван включени в цикъла множество (ендоциклични двойни или тройни) връзки;

б) съответстващи на несподелени двойки електрони в хетероатоми (азот, кислород и др.) или карбаниони;

в) съответстващи на шестелектронни (секстетни) центрове, по-специално карбокатиони.

Моля, обърнете внимание, че изброените фрагменти a), b), c) дават четен брой електрони на цялата система: всякакви множествени връзки - 2 електрона, несподелени двойки - 2 електрона, свободни орбитали - 0 електрона.

Какво е неподходящо или не допринася за ароматната система:

а) ониеви форми на катионни центрове- тоест катиони, съдържащи пълен октет електрони. В този случай такъв център прекъсва конюгираната система, например N-метилпиролът е ароматен (6 електрона в цикъла), а N,N-диметилпиролиумът е неароматен (амониевият азот не допринася за π-системата) :

Внимание - ако ониевият център е част от кратна връзка, тогава кратната връзка участва в образуването на ароматната система, следователно, например, N-метилпиридиният е ароматен (6 π-електрона, по два от всеки от трите кратни връзки).

Много голяма помощ при разглеждането на подобни системи е концепцията изоелектронност. Изоелектронните системи обикновено са подобни по отношение на ароматността. В този смисъл, например, N-метилпиридиният е изоелектронен спрямо метилбензена. И двете очевидно са ароматни.

б) самотни двойки, разположени в равнината на пръстена.В един атом само една π орбитала може да допринесе за ароматна система. Следователно в циклопентадиениловия анион карбанионният център допринася с 2 електрона, а във фениловия анион въглеродният атом на карбанионния център допринася с 1 електрон, както в молекулата на бензена. Фениловият анион е изоелектронен на пиридина, а циклопентадиениловият анион е изоелектронен на пирола.

Всички са ароматни.

в) Екзоциклична двойна връзка или радикален център. Такива структури обаче обикновено са неароматни всяка такава структура се нуждае от специално разглеждане с участието на реални експериментални данни .

Например хиноните са неароматни, въпреки че а) имат плоски, напълно спрегнати пръстени, съдържащи 6 електрона (четири от двете кратни връзки в пръстена плюс два от двете екзоциклични връзки).

Наличието в някаква конюгирана структура на така наречените хиноидни фрагменти, тоест свързващи системи с две екзоциклични двойни връзки, винаги е източник на нестабилност и благоприятства процеси, които трансформират системата с хиноиден фрагмент в нормална ароматна система. И така, антраценът е 14-електронна ароматна система, съдържаща хиноиден фрагмент, следователно антраценът лесно добавя бром или диенофили, тъй като в продуктите вече има два пълноценни ароматни бензенови пръстена:

Ароматност на полициклични структури е доста труден теоретичен проблем. От формална гледна точка, ако една система съдържа поне един бензенов пръстен, тогава тя може да се счита за ароматна. Такъв подход обаче не позволява да се разгледат свойствата на молекулата като цяло.

Съвременният подход към полицикличните системи е да се намери в тях всичковъзможни ароматни подсистеми, започвайки от най-големия - външния контур. В този смисъл, например, нафталинът може да бъде представен като обща 10-електронна система (външен контур) и два еднакви 6-електронни бензенови пръстена.

Ако външният контур не е ароматен, тогава трябва да се търсят по-малки ароматни контури. Така например дифениленът има 12 електрона във външния контур, което не отговаря на правилото на Хюкел. Въпреки това, можем лесно да намерим два практически независими бензенови пръстена в това съединение.

Ако бицикличните въглеводороди са плоски и имат спрегнати двойни връзки, правилото на Хюкел работи за би- и полициклични въглеводороди, които имат една обща връзка ( нафталин, антрацен, фенантрени т.н., както и азулен). Правилото на Хюкел не работи добре за кондензирани цикли, които имат въглероден атом, общ за 3 цикъла.Правилото за преброяване на двойки електрони по метода "обикаляне по периметъра или по един от контурите" може да помогне в този случай, например:

аценафтилен пирен перилен

сума от π-електрони: 12 16 20

включително по периметъра, 10 14 18 (по нафталиновия контур - 10 и 10)

За такива сложни цикли обаче това правило може да не работи винаги. Освен това не казва нищо за действителните свойства на молекулата. Например аценафтиленът има правилна двойна връзка между атоми 1 и 2.

Различни примери за изоелектронни ароматни хетероцикли.

ПИРОЛ – ФУРАН – ТИОФЕН (6π електрони) .

ПИРИДИН– ПИРИДИНИЙ– ПИРИЛИЙ (6π електрони) .

Пиридазин - ПИРИМИДИН– пиразин (6 π електрони) .

Оксазоли - тиазоли - ИМИДАЗОЛ (6π електрони) .

ИНДОЛ– ХИНОЛИН (10π електрони) .

Относно "орехите" . В образователната литература ароматните цикли често се означават с кръг вътре в многоъгълник. Отбелязваме с пълна сигурност, че този начин на обозначаване трябва да се избягва във всички случаи, когато е възможно. Защо?

защото:

а) в сложни полициклични структури кръговете нямат определено значение и не позволяват да се разбере къде живее ароматността - в отделни цикли или като цяло. Ако нарисувате "ядки", например антрацен, тогава няма да е ясно каква е причината за неговите "не съвсем ароматни" и изразени диенови свойства

б) дори най-класическите ароматни системи като бензен и неговите производни могат да проявяват неароматни полиенови свойства, за разглеждането на които е необходимо да се види структурата на множествените връзки.

в) това е структурата на Kekul, която е необходима за разглеждане на ефектите на заместителите с помощта на незаменим инструмент - резонансни структури. "Ядка" в това отношение е напълно безплодна. Така че, използвайки формулата на Кекуле, ние ще разберем перфектно причината за високата киселинност П-нитрофенол и ярко жълт цвят П-нитрофенолат. И какво ще правим с "ядката"?

За предпочитане е прост метод "Kekul-Butler", който съответства на класическата теория на структурата и изрично обозначава множество връзки. След като начертаете такава класическа структура, винаги можете да разсъждавате за нейната ароматност или неароматност, като използвате подходящите правила и критерии. Това е класическата структура на Kekul, която е приета като стандарт във всички водещи международни химически списания.

И когато кръговете все още са подходящи? За обозначаване на небензеноидни ароматни системи, особено заредени. В този случай класическата нотация е малко тромава и не показва делокализация на заряда.

Също така е трудно да се направи без кръгове в органометалната химия, където ароматните системи често играят ролята на лиганди. Опитайте се да отразите структурата на фероцен или други комплекси, съдържащи циклопентадиенил лиганд без кръгове!

плоскост. Пръстен, който твърди, че е ароматен и съдържа желаната непрекъсната система от p-орбитали, трябва да бъде такъв апартамент(или почти плоска). Това изискване е едно от най-неприятните, тъй като не е лесно да се определи "на око" кой цикъл е равен и кой не. Следните точки могат да се считат за прости съвети:

а) циклични спрегнати системи, съдържащи 2 или 6 електрона и отговарящи на разглежданите условия, като правило, планарни и ароматни. Такива системи обикновено се изпълняват в цикли с малък и среден размер (2-8 члена);

б) цикличните йонни системи с 2, 6, 10, 14 електрона практически задължително са ароматни, тъй като ароматността е причината за съществуването и стабилността на такива йони;

в) неутрални системи с 10, 14, 18 или повече електрони в един единствен голям пръстен, напротив, почти винаги се нуждаят от допълнителни мерки за стабилизиране на плоската структура под формата на допълнителни мостове, тъй като печалбата от енергия поради образуването на Голямата ароматна система не компенсира нито енергията на стреса, възникваща в макроциклите, нито ентропията, загубена по време на образуването на единична плоска структура.

внимание : Силно не се препоръчва четенето на следващия параграф за хора със слаби и нестабилни познания. Всеки, който има рейтинг под 99 точки, можепропуснете този параграф.

Антиароматизъм. Системи, които отговарят на всички условия, обсъдени по-горе (плоски цикли с непрекъсната система от π-орбитали), но броят на електроните е 4n, се считат за антиароматни - т.е. несъществуващ. Но ако при ароматичността имаме работа с реални молекули, то при антиароматността проблемът е по-сложен. Важно е да се разбере, че истинската антиароматна система не е с минимум, а с максимум потенциална енергия, тоест не е молекула, а преходно състояние. Антиароматността е чисто теоретична концепция, която описва защо някои циклични спрегнати системи са или напълно нестабилни и не могат да бъдат получени дори с цената на големи усилия, или показват ясни тенденции да съществуват под формата на обикновен полиен с редуващи се единични и множествени връзки.

Например циклобутадиен би било антиароматен, ако съществуваше като квадратна молекула с връзки с еднаква дължина. Но в природата няма такава квадратна молекула. Така че правилният начин да се каже това е: хипотетичният квадратен циклобутадиен е антиароматен и Ето защоне съществува.Експериментално при много ниски температури бяха изолирани заместени циклобутадиени, но те се оказаха типични неароматни диени по структура - имаха ясна разлика между къси двойни връзки и дълги единични връзки.

Реално съществуващите равнинни спрегнати молекули с 4n електрони винаги са силно реактивни неароматни полиени. Например, бензоциклобутадиенът наистина съществува (8 електрона във външната верига), но има свойствата на изключително активен диен.

Антиароматно - изключително важнопонятие в теорията на ароматичността. Теорията за ароматичността предвижда както съществуването на особено стабилни ароматни системи, така и нестабилността на антиароматните системи. И двата полюса са важни.

Антиароматността е много важно понятие в химията. Всички ненаситени спрегнати циклични системи, съдържащи антиароматен брой π-електрони, винаги имат много висока реактивност в различни реакции на присъединяване.

9. Тривиални примери за синтез на небензеноидни ароматни йони.

Циклопропенилиев катион, тропилиев катион

Циклопентадиенилиден анион. Ароматни карбоциклични аниони С8, С10, С14.

10. По избор: опити за синтезиране на антиароматни молекули -циклобутадиен, циклопентадиенилиев катион.

Развитие на концепцията за ароматност. Циклобутадиен железен трикарбонил. Обемна, сферична ароматност, хомоароматичност и др.

11. Получаване на ароматни въглеводороди.

1. Индустриални източници- нефт и въглища.

Реформиране. Верига: хептан - толуен - бензен - циклохексан.

2. Лабораторни методи:

а) реакцията на Wurtz-Fittig (остарял метод, който има по-скоро историческо значение, не следва приложете за решаване на проблеми)

б) каталитична тримеризация на ацетилен,

c) киселинно-катализирана тримеризация на ацетон и други кетони;

г) кръстосано свързване, както некаталитично с използване на купрати, така и каталитично в присъствието на паладиеви комплекси,

д) Реакция на Friedel-Crafts, като цяло трябва да се използва ацилиране с редукция на Clemmensen (алкиларилкетони) или Kizhner-Wolf (всякакви кетони и алдехиди),

е) ароматизиране на всякакви производни на циклохексан, циклохексен, циклохексадиен под действието на сяра (сплав, подходящ само за най-простите съединения) или дихлородицианобензохинон (DDQ или DDQ, реагент с общо предназначение).

12. Свойства на пръстена и алифатната странична верига в ароматни въглеводороди.

1. Хидрогениране. Кога се случва частично хидрогениране на пръстени? Хидрогениране на функционални групи (C=C, C=O) без хидрогениране на пръстена. Примери.

2. Възстановяване според Birch (Na, течност. NH 3). Защо е необходим EtOH? Влияние на донорите и акцепторите в пръстена върху посоката на реакцията.

3. Свободнорадикално халогениране на бензен (беше в училище!). Халогениране на толуен и неговите хомолози в странична верига. Селективност на халогенирането.

4. Окисление на страничната верига и поликондензирани ароматни въглеводороди. Озониране на бензен и други ароматни съединения.

5. Реакция на Дилс-Алдер за бензени антрацен. Условия.

6. Реакция на алкални метали и Mg с нафталин и антрацен (по избор).

ЕЛЕКТРОФИЛНО ЗАМЕСТВАНЕ В АРОМАТНИЯ РЕД.

1. Защо електрофилно заместване (ES)?

2. Какво представляват електрофилите и какви EZ реакции ще анализираме подробно? (протониране, нитриране, сулфониране, халогениране, алкилиране, ацилиране, формилиране). След един месец ще бъдат разгледани следните: азо свързване, нитрозиране, карбоксилиране).

3. Опростен механизъм на електрофилно заместване в ароматния пръстен (без π-комплекси). Аренониеви йони. Сходство с алилов катион. Рисуване на аренониеви йони на хартия - резонансни структури или "подкова" - не забравяйте да научите как да рисувате резонансни структури за s-комплекси, тъй като "подковата" ще доведе до задънена улица, когато стигнем до влиянието на заместителите върху посоката на електрофилно заместване. ареново протониране.

4. Доказателство за съществуването на π-комплекси на примера на реакцията на DCl и бензен (G. Brown 1952). Доказателства за съществуването на σ-комплекси.

5. Обобщен EZ механизъм, включващ образуването на π- и σ-комплекси. Стъпката на ограничаване на скоростта в EZ в бензеновия пръстен. Концепцията за кинетичния изотопен ефект.Нека си припомним още веднъж какво е преходно състояние и междинно състояние.

6. Ориентация по време на електрофилно заместване: орто-, мета, пара-, ипсо. Ориентатори от първи и втори вид. Не забравяйте да начертаете резонансни структури за s-комплекси с различни заместители. Отделно анализирайте ефекта върху структурата на s-комплекси на заместители с индуктивни и мезомерни ефекти, както и комбинация от многопосочни ефекти. Коефициенти на частична скорост. Координирана и некоординирана ориентация. Примери за различни съотношения на о-/р-изомери в случаите, когато пръстенът има заместител от 1-ви вид (например пространствено затруднен) или от 2-ри вид (орто ефект). ЯМР на бензолониеви йони и някои арени.

7. Разглеждане на специфични реакции на електрофилно заместване. Нитриране. Агенти. екзотични агенти. атакуваща частица. Характеристики на нитриране на различни класове съединения - нитроарени (условия), халобензени (разделяне на о- и р-изомери. Как?), нафталин и дифенил. Нитриране на ароматни амини (защитни групи, как се прави относно- и П- изомери? Възможно ли е нитриране на анилини в m-позиция?). Нитриране на фенол (условия, разделяне относно-и П-изомери).

7. Сулфониране на арени. Агенти, природа на електрофила, обратимост. Характеристики на сулфонирането на нафталин, толуен, фенол, анилин, защита от сулфогрупата в EZ реакции.

8. Производни на сулфоновите киселини: тозил хлорид, тозилати, сулфамиди. Възстановяване на сулфогрупата.

9. Халогениране. Редица халогениращи агенти в низходящ ред на активност (знайте поне 3 примера). Природата на електрофила, характеристиките на халогенирането на толуен, халобензени, способността за получаване на всички халонитробензени, халогенирането на нафталин, бифенил, анилин, фенол, анизол. Характеристики на йодирането. Хлориране на йодбензол без електрофилни катализатори. Поливалентни йодни съединения (PhICl 2 , PhI=O, PhI(OAc) 2)

10. Алкилиране и ацилиране по Friedel-Crafts. Алкилиране – 3 недостатъка, примери за синтези, обратимост, влияние на халогена в RHal, агенти, вътрешномолекулно алкилиране, ограничения за заместители, особености на алкилиране на феноли и амини, синтез на n-алкилбензени. Ацилиране - сравнение с алкилиране, реагенти, циклични анхидриди при ацилиране, вътрешномолекулни реакции, пренареждане на Фрайз.

Маса 1.

Таблица 2. Данни за нитриране на халобензени.

Съединение	продукти, %*			роднина скорост нитриране (бензен =1)**	Коефициент на частична скорост за относно-и П-позиции (бензен = 1)
	орто	мета	двойка
C 6 H 5 - F					0,054 (относно) 0,783 (П)
C 6 H 5 - Cl					0,030 (относно) 0,136(П)
C 6 H 5 - Br					0,033 (относно) 0,116(П)
C 6 H 5 - I ***					0,205 (относно) 0,648(П)

*) К. Инголд. Теоретични основи на органичната химия М., "Мир", 1973 г., стр. 263;

**) пак там. 247; ***) според най-новите изследвания механизмът на електрофилно заместване в арил йодидите може да е по-сложен, отколкото се приемаше досега.

О раздяла относно- и П-изомери на двузаместени арени чрез кристализация.

Таблица 3. T. pl. относно-и П-изомери на дизаместени арени в около C.

СРАВНЕНИЕ НА РЕАКЦИИТЕ НА АЛКИЛИРАНЕ И АЦИЛИРАНЕ СПОРЕД ФРИДЕЛ-КРАФТС.

	АЛКИЛИРАНЕ		ацилиране
РЕАКТИВ	AlkHal, AlkOH, алкени. (Без ArHal!).		Халогениди на карбоксилни киселини (CA), анхидриди CA, рядко - CA
КАТАЛИЗАТОР	Киселини на Люис, особено b / c халиди на Al, Fe, Sn и др., BF 3, H 2 SO 4, H 3 PO 4, катионни обменници.		AlCl3 (поне мол на мол, дори повече е по-добре), H 2 SO 4, H 3 PO 4.
ПРОДУКТ	Алкил и полиалкиларени.		ароматни кетони. Може да бъде въведена само една ацилова група.
ХАРАКТЕРИСТИКИ И НЕДОСТАТЪЦИ	Практически неподходящ поради много нежелани реакции, а именно: 1) полиалкилиране, 2) изомеризация на изходните n-алкили в sec- и tert-алкили. 3) изомеризация на полиалкилбензени в смес или в по-стабилен продукт.		Много удобна реакция, практически не се усложнява от странични реакции. По правило се образува само пара-изомер. Ако П-позиция е заета, след това орто-изомерът (по отношение на най-силния ориентант).
ОБРАТИМОСТ	ИМА. (виж отдолу)
ОБЛАСТ НА ПРИЛОЖЕНИЕ	НЕ ИЗПОЛЗВАЙТЕ за арени, съдържащи заместители тип II. Може да се използва за арил халиди.
ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ПРИЛОЖЕНИЕТО КЪМ ФЕНОЛИТЕ	НЕЖЕЛАНизползвайте AlCl3. МОГАизползвайте катализатори - H 3 PO 4, HF с алкохоли като алкилиращи реагенти.	CAcCl може да бъде ацилиран при кислород. При нагряване фенол етерът отива Пренареждане на FRIS(кат. - AlCl 3). Понякога AcOH \ BF 3 може да се използва за реакцията Fr-Cr Синтез на фенолфталеин.
ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ПРИЛОЖЕНИЕТО ЗА AROMA- ЧЕСКИМ, АМИНАМ	Директното алкилиране е практически невъзможно, тъй като не могат да се използват AlCl 3, H 2 SO 4, H 3 PO 4, HF (атака на AlCl 3 или H + или алкил върху азот - в резултат на това електронодонорните свойства на азота намаляват. Под действието на RHal, N -алкиланилини).	Извършва се азотно ацилиране. Катализаторите образуват комплекси с азота. Ацилирането е възможно при използване на два еквивалента. ацилиращ агент и ZnCl2 за образуване на р-ацил-N-ациланилини.

Забележка:

Обратимостта на реакцията на алкилиране на Фридел-Крафтс води до факта, че всички възможни реакции на алкилиране и деалкилиране протичат едновременно в системата и мета позицията също е засегната, тъй като алкиловата група активира всичкоположение на бензеновия пръстен, макар и в различна степен.

Въпреки това, поради преобладаващата орто-пара-ориентация на процесите на алкилиране и обратно деалкилиране под действието на електрофил, например, по време на протонна ipso атака, най-малко реактивните и по-термодинамично стабилни 1,3- и 1,3, 5-изомери, тъй като в тях алкилите ориентират протонната атака под други алкили по-лошо:

Подобни причини определят образуването на различни региоизомери по време на сулфонирането, с тази съществена разлика, че сулфогрупата е ориентант от втори вид, което затруднява полисулфонирането.

12. ФОРМИРАНЕ - въвеждане на групата CHO.

Формилирането е специален случай на ацилиране.

Много производни на мравчена киселина могат да образуват арени. Реакции на формилиране с CO, HCN, HCO(NMe 2) 2 . Спецификата на избора на електрофилни катализатори за реакции на формилиране.

ГАТЕРМАН-КОХ(1897) - ArH + CO + HCl (AlCl3 / Cu2Cl2). Съществува ли HC(O)C1? Какво ще кажете за HC(O)F?

ГАТЕРМАН- HCN b \ w + Hc1 газ. котка AlCl3 или ZnCl2.

Гутерман-Адамс(по избор) - Zn(CN) 2 + HCl. Можете да използвате 1.3.5. триазин, / HC1 / A1C1 3 (по избор), или C1 2 CHOR (за 5+++)

Губен-Геш(ацилиране с RCN, HCl и ZnCl2).

ФОРМИЛИРАНЕ СПОРЕД WILSMEYER-HAACK. Само обогатена с електрони арена! + DMF + ROS1 3 (можете SOCl 2, COCl 2).

13. Реакция на хидроксиметилиране, кондензация на карбонилни съединения с арени (ДДТ, дифенилолпропан), хлорометилиране.

14. Приложимост на реакциите на формилиране и хидроксиметилиране.

Гутерман-Кох -алкилбензени, бензен, халобензени.

Gutterman - активирани арени, толуен.

Vilsmeier-Haack - само активирани арени

Хлорометилиране - фенол, анизол, алкил- и халобензени.

Хидроксиметилиране - активирани арени.

(Активираните арени са анилини, фенол и фенолни естери.)

15. Триарилметанови багрила. Кристално виолетово (4-Me 2 N-C 6 H 4) 3 C + X -. Синтез от p-Me 2 N-C 6 H 4 CHO + 2 Me 2 NPh + ZnCl 2 → LEUKO ФОРМА (бял цвят). Допълнително окисляване (PbO 2 или друг окислител) до тер-алкохол, след това обработка с киселина, появата на цвят.

МАТЕРИАЛ ПО ИЗБОР.

1) Меркуризация на бензен с Hg(OAc) 2 Хексамеркуризация на бензен с Hg(OAc F) 2. Получаване на хексайодобензен.

2) Декарбоксилиране на ароматни киселини ArCOOH (нагряване с меден прах в хинолин) = ArH + CO 2 . Ако има електрон-оттеглящи групи в пръстена, тогава можете просто да нагреете солта на арен карбоксилната киселина много силно. Ако има донори, особено в орто позиция, е възможно карбоксилната група да се замени с протон, но това е рядко!

3) Екзотични електрофили в реакции с арени: (HN 3 / AlCl 3 - дава анилин), R 2 NCl / AlCl 3 дава R 2 NAr) (SCl 2 / AlCl 3 дава Ar 2 S. Роданизация на анилин или фенол с диродан ( SCN) 2. Образуване на 2-аминобензотиазоли.

4) Има голям брой "сложни" реакции, които е невъзможно да се запомнят и не са необходими, например PhOH + TlOAc + I 2 = o-йодофенол, или PhOH + t-BuNH 2 + Br 2, -70 o C = о-бромофенол

НУКЛЕОФИЛНО ЗАМЕСТВАНЕ В АРОМАТНИЯ РЕД.

Защо нуклеофилното заместване в арени, които не съдържат силни електрон-оттеглящи групи, е много трудно?

1. S N Ar– ПРИСЪЕДИНЯВАНЕ-ОТКЛЮЧВАНЕ.

1) Естеството на междинния продукт. Комплекси на Майзенхаймер. (Условия за стабилизиране на междинния продукт.) 13C NMR, ppm: 3 (ipso), 75.8 (o), 131.8 (m), 78.0 (n).

2) Нуклеофили. Разтворители.

3) Серия за мобилност на халогени. F (400)>>NO 2 (8)>Cl(1) ≈ Br(1,18)>I (0,26). ограничаващ етап.

4) Серия от активиращи способности на заместителите (в каква позиция?) NO 2 (1)> MeSO 2 (0,05)> CN (0,03)> Ac (0,01).

5) Примери за специфични реакции и специфични условия.

6) По избор: възможност за замяна на групата NO 2. Селективно заместване на NO 2 групи. Пространствени фактори.

7) Нуклеофилно заместване на водород в ди- и тринитробензен. Защо е необходим окислител?

2. Механизъм АРИНЕ - (ОПИСАНИЕ-ПРИСЪЕДИНЯВАНЕ).

Белязан хлоробензен и орто-хлоротолуен, калиеви или натриеви амиди в течен NH3. Механизъм.

Хидролиза на о-, м- и р-хлоротолуен, NaOH, H2O, 350-400 o C, 300 atm. МНОГО ТЕЖКИ УСЛОВИЯ!

Значението на индуктивния ефект. Случаят с о-хлоранизол.

Бавният етап е отнемане на протони (ако Hal=Br, I) или отнемане на халидни аниони (ако Hal=Cl, F). Оттук и необичайната серия за мобилност на халогените:Br>I> Cl>F

Методи за получаване на дехидробензен. Структурата на дехидробензен - в тази частица Не тройна връзка! Улавяне на дехидробензен.

3. МеханизъмS RN1. Доста рядък механизъм. Генериране на радикални аниони - електрически ток, или облъчване, или метален калий в течен амоняк. Реактивност ArI>ArBr. Няколко примера. Какви нуклеофили могат да се използват? Приложение S RN1 : реакции за а-арилиране на карбонилни съединения чрез енолати.

4. Нуклеофилно заместване в присъствието на мед. Синтез на дифенилов етер, трифениламин, хидролиза на о-хлоранизол.

5. Няколко редки примера. Синтез на салицилова киселина от бензоена, нуклеофилно заместване в хексафлуоробензен.

6. S N 1 Ar – вижте темата "Диазо съединения".

Допълнително четене по темата "Ароматни съединения"

М. В. Горелик, Л. С. Ефрос. Основи на химията и технологията на ароматните съединения. М., "Химия", 1992 г.

НИТРО СЪЕДИНЕНИЯ.

Минимални познания за алифатни нитро съединения.

1. СИНТЕЗ: а) директно нитриране в газова фаза - само най-простите (1 семестър, тема - алкани).

б) RBr + AgNO 2 (етер) = RNO 2 (I) + RONO (II). Съотношението на I и II зависи от R: R перв. 80:10; Р второ. 15:30 часа. Р трет 0:10:60 (Е2, алкен). Можете да използвате NaNO 2 в DMF. Тогава количеството на RNO 2 е по-голямо дори за вторичния R.Метод b) е добър за RX активен в S н 2-заместване, например ClCH 2 COONa + NaNO 2 във вода при 85 o C. (тема: нуклеофилно заместване и амбидентни аниони, 1 семестър).

в) НОВ МЕТОД ЗА СИНТЕЗ– окисление на аминогрупата с CF 3 CO 3 H(от (CF 3 CO) 2 O + H 2 O 2 в CH 2 Cl 2 или MeCN) Подходящ за алифатни и ароматни амини. Понякога можете да приемате m-CHNBA (m-хлоропербензоена киселина, m-CPBA, търговски реагент).НЕ ПРИЕМАЙТЕ KMnO 4 или K 2 Cr 2 O 7 ЗА ОКИСЛЕНИЕ! Особено за ароматни амини!

2. СВОЙСТВА.Най-важното свойство е високата CH-киселинност, тавтомерия на нитро и аци формите (pKa MeNO 2 10.5). Равновесието се установява бавно! И двете форми реагират с NaOH, но само аци формата реагира със сода! (Ганч).

Високата CH-киселинност прави нитро съединенията аналогични на енолизируемите карбонилни съединения. Киселинността на нитрометана е близка до киселинността на ацетилацетона, а не на простите алдехиди и кетони, поради което се използват доста слаби основи - основи, карбонати на алкални метали, амини.

Реакцията на Анри (Хенри) е аналог на алдолната или кротонова кондензация. Тъй като реакцията на Анри се провежда при меки условия, продуктът често е нитроалкохол (аналогичен на алдол), а не нитроолефин (аналогичен на продукт на кротон). RCH 2 NO 2 винаги е CH компонента!

Реакции на Майкъл и Маних за RNO 2. По избор: халогениране в NaOH, нитрозиране, алкилиране на аниони.

ВЪЗСТАНОВЯВАНЕ НА АРОМАТНИ СЪЕДИНЕНИЯ.

1) Най-важните междинни продукти на редукция на нитробензен в кисела среда (нитрозобензен, фенилхидроксиламин) и алкална среда (азоксибензен, азобензен, хидразобензен).

2) Селективна редукция на една от нитро групите в динитробензен.

3) НАЙ-ВАЖНИТЕ СВОЙСТВА НА ПРОДУКТИТЕ НА НЕПЪЛНА РЕДУКЦИЯ НА НИТРОАРЕНИТЕ.

3a) Бензидиново пренареждане (B.P.).

Добив 85% за бензидин. (R, R' = Н или друг заместител). ОБЪРНЕТЕ ВНИМАНИЕ НА ПОЗИЦИЯТА НА R И R’ преди и след прегрупиране!

Други 15% са странични продукти - главно дифенилин (2,4'-диаминодифенил) и орто-бензидин.

Кинетично уравнение: V=k[хидразобензен] 2– като правило е необходимо протониране и при двата азотни атома.

Пренареждането на бензидина е вътрешномолекулна реакция.Доказателство. Механизъм - съгласувано -сигматропно пренареждане. Съгласуван процес за бензидин.

Ако едната или двете парапозиции на изходните хидразобензени са заети (R=Hal. Alk, AlkO, NH2, NMe2), може да възникне полудиново пренареждане, за да се образува ПОЛУДИН OV.

Някои заместители, като SO3H, CO2H, RC(O), разположени в р-позиция, могат да бъдат отцепени, за да образуват продукти на обичайния B.P.

Б.П. използвани в производството на азобагрила, диамини, напр. бензидин, толидин, дианизидин. Открит от Н. Н. Зинин през 1845 г

Бензидинът е канцероген.

4) АЗОБЕНЗОН Ph-N=N-Ph. Син-анти-изомерия.

АЗОКСИБЕНЗЕН Ph-N + (→O -) \u003d N-Ph. (Задача: синтез на несиметрични азо- и азоксибензени съответно от нитрозоарени и ароматни амини или арилхидроксиламини или синтез на азоксибензени от нитробензени и ароматни амини (NaOH, 175 o C).

5) ФЕНИЛХИДРОКСИЛАМИН. пренареждане в кисела среда.

На 5 +: свързани пренареждания: N-нитрозо-N-метиланилин (25 o C), N-нитроанилин (10 o C, беше), Ph-NH-NH 2 (180 o C). Механизмът обикновено е междумолекулен.

6) НИТРОЗОБЕНЗОЛ и неговия димер.

Относно реакцията на нитробензен RMgX с образуването на алкилнитрозобензени и други продукти. Тази реакция показва защо НЕ ПРАВЕТЕ реактивите на Гриняр от халонитробензени!

МЕТОДИ ЗА ПОЛУЧАВАНЕ НА АМИНИ,

известни от материалите на предишни лекции.

1. Алкилиране на амоняк и амини по Хофман

2. Възстановяване на нитрили, амиди, азиди, оксими.

3. Възстановяване на ароматни нитро съединения.

4. Пренареждане на Хофман, Курциус и Шмид.

5. (Хидролиза на амиди.)

Нови начини.

1. Редуктивно аминиране C=O (каталитично).

2. Реакция на Leuckart (Eschweiler-Clarke).

3. Габриел синтез,

4. Реакция на Ритър.

5. Каталитичното арилиране на амини в присъствието на медни и паладиеви катализатори (реакции на Улман, Бухвалд-Хартвиг) е най-мощният съвременен метод за синтез на различни амини.

Химични свойства на амините познати от предишни лекции.

1. Нуклеофилно заместване (алкилиране, ацилиране).

2. Нуклеофилно присъединяване към C=O (имини и енамини).

3. Елиминиране по Хофман и по Коуп (от аминооксиди).

4. Реакции на електрофилно заместване в ароматни амини.

5. Основност на амините (училищна програма).

Нови имоти .

1. Базичност на амините (ново ниво на знания). Какво е pK a и pK b.

2. Реакция с азотиста киселина.

3. Окисляване на амини.

4. Разни– Тест на Hinsberg, халогениране на амини.

ДИАЗОСЪЕДИНЕНИЯ.

1. ДИАЗО и AZO съединения. ДИАЗОНИЕВА СОЛ. Анионите са прости и сложни. Разтворимост във вода. експлозивни свойства. Разпределение на заряда върху азотните атоми. ковалентни производни.

2. Диазотиране на първични ароматни амини. Механизъм на диазотиране (опростена схема с използване на H + и NO +). Колко мола киселина са необходими? (Формално - 2, реално - повече.) Странично образуване на триазени и странично азо свързване.

3. Диазотиращи агенти в низходящ ред на тяхната реактивност.

NO + >>H 2 NO 2 + >NOBr>NOCl>N 2 O 3 >HNO 2.

4. Нитрозиране второ. и трет. амини. Взаимодействие на алифатни амини с HNO 2 .

5. Методи на диазотиране: а) класически, б) за нискоосновни амини, в) обратен ред на смесване, г) в неводна среда - с i-AmONO. Особености на диазотирането на фенилендиамини. контрол на края на реакцията.

6. Поведение на диазониеви соли в алкална среда. Диазохидрат, син- и антидиазотати. Амбивалентността на диазотатите.

7. Реакции на диазо съединения с отделяне на азот. 1) Термичното разлагане на арилдиазониум протича чрез силно реактивни арилни катиони. Механизмът на заместване в този случай е подобен на S N 1 в алифатната химия. По този механизъм протича реакцията на Шиман и образуването на феноли и техните етери. 2) Нуклеофилите са редуциращи агенти. Механизмът е трансфер на електрони и образуване на арилов радикал. Съгласно този механизъм реакцията протича с йодидния йон, заместването на диазогрупата с водород. 3) Реакции в присъствието на меден прах или медни (I) соли. Те също имат радикална природа, медта играе ролята на редуциращ агент. Нуклеофилът се прехвърля към арилния радикал в координационната сфера на медните комплекси. Повечето от тези реакции са в химията на диазониеви соли. Реакцията на Сандмайер и нейните аналози. 4) Реакцията на Несмеянов. 5) Диарилиодониеви и бромониеви соли.

8. Реакции на диазо съединения без отделяне на азот. Възстановяване. Азо свързване, изисквания към азо и диазо компоненти. Примери за азобагрила (метилоранж).

9. Реакции на Гомберг-Бахман и Майервайн Съвременна алтернатива са реакциите на кръстосано свързване, катализирани от комплекси на преходни метали и реакцията на Хек. На 5++: кръстосано свързване с диазониеви соли и диарилиодониеви соли.

10. ДИАЗОМЕТАН.Получаване, структура, реакции с киселини, феноли, алкохоли (разлика в условията), с кетони и алдехиди.

Феноли и хинони.

Повечето от най-важните методи за синтез на феноли са известни от материалите на предишни лекции:

1) синтез чрез Na-соли на сулфонови киселини;

2) хидролиза на арилхлориди;

3) чрез диазониеви соли;

4) метод с кумол.

5) хидроксилиране на активирани арени според Fenton.

СВОЙСТВА НА ФЕНОЛИТЕ.

1) Киселинност; 2) синтез на естери; 3) електрофилно заместване (вижте темата "Електрофилно заместване в арени");

4) Реакции на електрофилно заместване, които не са разглеждани преди: карбоксилиране на Kolb, формилиране на Reimer-Thiemann, нитрозиране; 5) тавтомерия, примери; 6) Синтез на етери; 6а) синтез на алилови етери; 7) пренареждане на Клайзен;

8) окисляване на феноли, ароксилни радикали; реакция на Bucherer;

10) превръщане на PhOH в PhNR2.

КВИНОНИ.

1. Структурата на хиноните. 2. Получаване на хинони. Окисляване на хидрохинон, семихинон, хинхидрон. 3. Хлоранил, 2,3-дихлоро-5,6-дициано-1,4-хинон (DDQ). 4. Свойства на хиноните: а) редокс реакции, 1,2- и 1,4-присъединяване, реакция на Diels-Alder.

НАЙ-ВАЖНИТЕ ПРИРОДНИ ЕНОЛИ, ФЕНОЛИ И ХИНОНИ.

ВИТАМИН С (1):Витамин Ц. Редуциращ агент. Оцветяване с FeCl3. В природата се синтезира от всички хлорофилсъдържащи растения, влечуги и земноводни и много бозайници. Човекът, маймуните, морските свинчета в хода на еволюцията са загубили способността да го синтезират.

Най-важните функции са изграждането на междуклетъчното вещество, регенерацията и заздравяването на тъканите, целостта на кръвоносните съдове, устойчивостта на инфекции и стрес. СИНТЕЗ НА КОЛАГЕН (хидроксилиране на аминокиселини). (Колагенът е нашето всичко: кожа, кости, нокти, коса.) Синтез на норепинефрин. Недостиг на витамин С - скорбут. Съдържание на витамин С: касис 200 mg/100 g, червен пипер, магданоз - 150-200, цитрусови плодове 40-60, зеле - 50. Потребности: 50-100 mg/ден.

танин го гликозид на галова киселина (2). Съдържа се в чая, има дъбилни свойства

РЕСВЕРАТРОЛ(3) – намира се в ЧЕРВЕНОТО ВИНО (френско). Намалява вероятността от сърдечно-съдови заболявания. Инхибира образуването на ендотелин-1 пептид, ключов фактор за развитието на атеросклероза. Насърчава популяризирането на френското вино на пазара. Над 300 публикации през последните 10 години.

МАСЛО КАРАМФИЛ: евгенол (4).

ВИТАМИН Е (5)(токоферол - "раждам потомство"). Антиоксидант. (само образува неактивни свободни радикали). Регулира обмяната на селен в глутатион пероксидаза, ензим, който предпазва мембраните от пероксиди. При дефицит - безплодие, мускулна дистрофия, намалена потентност, повишава окисляемостта на липидите и ненаситените мастни киселини. Съдържа се в растителни масла, маруля, зеле, жълтък, зърнени храни, овесени ядки (херкулес, мюсли). Изискването е 5 mg/ден. Авитаминозата е рядка.

ВИТАМИНИ К ГРУПА (6).Регулиране на кръвосъсирването и минерализацията на костите (карбоксилиране на остатъка от глутаминова киселина в позиция 4 (като част от протеините!)) - резултат: свързване на калция, растеж на костите. Синтезира се в червата. Необходимостта е 1 mg / ден. Хеморагични заболявания. Антивитамини К. Дикумарин. Намалено съсирване на кръвта при тромбоза.

УБИХИНОН("вездесъщ хинон"), известен също като коензим Q (7). Пренос на електрони. тъканно дишане. Синтез на АТФ. Синтезирани в организма.

CHROMONE (8) и FLAVON (9)– семихинони, полуестери на феноли.

КВЕРЦЕТИН (10). РУТИН - витамин Р (11)(това е кверцетин + захар).

Пропускливост витамин. С липса на кървене, умора, болки в крайниците. Комуникация на витамини С и Р (аскорутин).

АНТОЦИАНИНИ(от гръцки: оцветяване на цветя).

КАКВО Е ЛИГНИН От какво е направено дървото? защо е твърд и водоустойчив?

"АЛИКЪЛ", 2 лекции.

1. Формална класификация на циклите(Хетероцикли и карбоцикли, и двата могат да бъдат ароматни и неароматни. Неароматните карбоцикли се наричат ​​алицикли.

2. Разпространение в природата (масло, терпени, стероиди, витамини, простагландини, хризантема киселина и пиретроиди и др.).

3. Синтез – края на XIX век. Пъркин младши - от натриев малонов етер. (виж т. 13). Густавсън:

Br-CH2CH2CH2-Br + Zn (ЕЮН, 80°С). Това е 1,3 елиминация.

4. БАЙЕР (1885). Теория на стреса. Това дори не е теория, а дискусионна статия: Според Байер – всички цикли са плоски. Отклонение от ъгъл 109 около 28 '- напрежение. Теорията живя и живя 50 години, после умря, но терминът остана. Първите синтези на макро- и средни цикли (Ruzicka).

5. ВИДОВЕ НАПРЕЖЕНИЯ В ЦИКЛИ: 1) ЪГЛОВО (само малки цикли), 2) УСУКВАНЕ (екранирано), ТРАНСЪГЛОВО (при средни цикли).

напр. според Bayer
напр. според D H o f kcal/m (термично изображение)
напр. чрез D H o f kcal/m: C 9 (12,5 kcal/m), C 10 (13 kcal/m), C 11 (11 kcal/m), C 12 (4 kcal/m), C 14 (2 kcal/m).
Топлина на изгаряне за CH 2 група, kcal/m	МАЛКИ ЦИКЛИ 166.6 (C3), 164.0 (C4)		РЕДОВЕН 158.7 (C5), 157.4 (C6)		СРЕДЕН ДО C 12 (C 13) МАКРОЦИКЛИ > C 13

6. ЦИКЛОПРОПАН. Структура(C-C 0,151 nM, P HCH = 114 o), хибридизация (според изчисленията за C-H е по-близо до sp 2, за C-C - до sp 5 ), бананови връзки, ъгъл 102 o сходство с алкени, УСУКВАЩО напрежение - 1 kcal / m на C-H, т.е. 6 kcal/m от 27,2 (таблица). Киселинност CH - pKa като в етилен = 36-37, възможно конюгиране на циклопропановия фрагмент с Р-орбитали на съседни фрагменти (стабилност на циклопропилметил карбокатион) .

ОСОБЕНОСТИ НА ХИМИЧНИТЕ СВОЙСТВА. 1. Хидрогениране в C 3 H 8 (H 2 /Pt, 50 o C) / 2. с мокър HBr - отваряне на метилциклопропановия пръстен по Марковников, 1,5-присъединяване към винилциклопропан 3. Радикално халогениране. 4. Устойчивост на някои окислители (неутрален разтвор KMnO 4, озон). Във фенилциклопропан озонът окислява Ph пръстена до образуване на циклопропанкарбоксилна киселина.

7. ЦИКЛОБУТАН. Структура(C-C 0,155 nM, P HCH = 107 o) , КОНФОРМАЦИЯ - сгъната, отклонение от равнината 25o. УСУКВАЩО напрежение.

Почти неХАРАКТЕРИСТИКИ НА ХИМИЧНИТЕ СВОЙСТВА: Хидрогениране в C 4 H 10 (H 2 /Pt, 180 около С).Характеристики на структурата на оксетаните: ТОРСИОННО напрежение - 4 kcal/m вместо 8.

8. ЦИКЛОПЕНТАН. Почти без напрежение в ъгъла. В плоския има 10 двойки затъмнени C-H връзки (това може да доведе до усукващо напрежение от 10 kcal/m, но циклопентанът не е плосък). Конформации: отворен ПЛИК - полустол - отворен ПЛИК. ПСЕВДОРОТАЦИЯ - компромис между ъглово и усукващо напрежение.

9. ЦИКЛОХЕКСАН - КРЕСЛО. Няма ъглово или усукващо напрежение. Аксиални и екваториални атоми.Всички C-H връзки на съседни въглеродни атоми са в затруднено положение. Преходът между двете възможни конформации на стола чрез формата на усукване и т.н. 10 5 пъти в секундаЯМР спектър на циклохексан Бързи и бавни обменни процеси в ЯМР.

МОНОЗАМЕСТЕНИ ЦИКЛОХЕКСАНИ. конформери. Аксиален и боже-бутан взаимодействия.

Свободни конформационни енергии на заместителите.– D G o, kcal/m: H(0), Me(1,74, това е ~ 95% e-Me конформер в равновесие), i-Pr(2,1), t-Bu (5,5), Hal (0,2-0,5) Ph (3.1).

Трет-бутилова група като котва, фиксираща конформацията, в която самата тя заема екваториална позиция. AT трет-бутилциклохексан при стайна температура повече от 99,99% от екваториалния конформер.

аномерен ефект.Отворен за монозахариди и ще бъде разгледан по-подробно там.

10. ДВУЗАМЕСТЕНИ ЦИКЛОХЕКСАНИ. Цис-транс изомери, енантиомери за 1,2-. 1,3-. 1,4-дизаместени циклохексани.

11. ЕФЕКТ НА КОНФОРМАЦИОННОТО СЪСТОЯНИЕ ВЪРХУ РЕАКТИВНОСТТА. Спомнете си елиминирането в ментил и изоментил хлорид (1 sem). Правилото на Бред.

12. Концепцията за конформациите на средните цикли (столове за баня, корони и др.)трансануларно напрежение. Концепцията за трансануларни реакции.

13. Методи за синтез на малки цикли.

14. СИНТЕЗ НА ОБИКНОВЕН И СРЕДЕН ЦИКЛИ.

Чрез малоновия етер.

Пиролиза на Ca, Ba, Mn, Th соли на a,w-дикарбоксилни киселини.

Кондензация на Дикман.

Чрез a, w - динитрили.

ацилоинова кондензация.

Алкенова метатеза.

Циклотри- и тетрамеризация върху металокомплексни катализатори.

Реакцията на Демянов.

15. Характеристики на структурата на циклоалкените.

16. Синтез на циклоалкини.

17. Велосипеди. Спирани. Адамантан.

18. Екзотика. Tetrahedran, Cuban, Angulan, Propellan.

ХЕТЕРОЦИКЛИЧНИ СЪЕДИНЕНИЯ.

1. Петчленни хетероцикли с един хетероатом.

Пирол, фуран, тиофен, ароматичност, техните производни в природата (порфирин, хем, хлорофил, витамин B 12, аскорбинова киселина, биотин).

2. Методи за синтез на петчленни хетероцикли с един хетероатом.Метод на Paal-Knorr. Синтез на пирол по Нор и фуран според Feist-Benary. Фуранови трансформации в други петчленни хетероцикли според Юриев. Получаване на фурфурол от растителни отпадъци, съдържащи въглехидрати с пет въглерода (пентозани).

3. Физични и химични свойства на петчленните хетероцикли.

1Н и 13С NMR данни, 5 ppm (за бензен δН 7,27 и δС 129 ppm)

Диполни моменти

3.1 Електрофилно заместване в пирол, фуран и тиофен.

От гледна точка на реактивност към електрофили, пиролът прилича на активирани ароматни субстрати (фенол или ароматни амини), пиролът е по-реактивен от фурана (коефициент на скорост над 105), тиофенът е много по-малко реактивен от фурана (също около 105 пъти), но по-реактивен от бензен (скоростен фактор 10 3 -10 5). Всички петчленни хетероцикли са склонни да полимеризират и осмоляват в присъствието на силни протични киселини и силно реактивни киселини на Люис. Пиролът е особено ацидофобен.ЗА ЕЛЕКТРОФИЛНО ЗАМЕСТВАНЕ В ПЕТЧЛЕННИТЕ ХЕТЕРОЦИКЛИ, ОСОБЕНО В ПИРОЛА, НЕ МОЖЕ ДА ВЗЕМАТЕ СИЛНИ МИНЕРАЛНИ КИСЕЛИНИ, AlCl 3, КАКТО И СИЛНИ ОКИСЛИТЕЛИ! Въпреки че това правило не е абсолютно и тиофенът е до известна степен устойчив на киселини, по-лесно и по-безопасно е да се избегнат такива реакции като цяло за всички донорни хетероцикли. Примери за реакции на електрофилно заместване в пирол, фуран и тиофен.

3.2. Базичност и киселинност на пирола, алкилиране на Li, Na, K и Mg пиролови производни.

3.3. Кондензация на пирол с алдехиди (формилиране, образуване на порфирини).

3.4. Характеристики на химичните свойства на фураните (реакция с бром, реакция на Diels-Alder.

3.5. Характеристики на химичните свойства на тиофена. Десулфуризация.

3.6. Реакции на C-метални петчленни хетероцикли.

4. Кондензирани петчленни хетероцикли с един хетероатом.

4.1. Индоли в природата (триптофан, скатол, серотонин, хетероауксин. Индиго.)

4.2 Синтез на индоли по Фишер. Механизъм.

4.3 Сравнение на свойствата на индол и пирол.Подобен на пирола индолът е ацидофобен и много чувствителен към окислители. Значителна разлика от пирола е ориентацията на електрофилното заместване към позиция 3.

5. Петчленни хетероцикли с два хетероатома Имидазол, амфотерност, тавтомерия, използване при ацилиране. Сравнение с амидини. Имидазолът е донор и акцептор на водородна връзка. Това е важно за химията на ензими като химотрипсин. Това е хистидиновият фрагмент на химотрипсина, който пренася протона и осигурява хидролиза на пептидната връзка.

6. Пиридин, ароматност, основност (рКа 5,23; основност, сравнима с анилин (pKa = 4,8), но малко по-висока). pKa на пиридинови производни: 2-амино-Ру= 6,9 , 3-амино-Ru = 6,0 . 4-амино-Ру = 9.2. Това е доста здрава основа. 4-нитро-Ру = 1.6; 2-циано-Ру=-0,26).

Производни на пиридин в природата (витамини, никотин, NADP).

6.1. 1Н NMR спектрални данни (13 С), δ, ppm

6.2. Методи за синтез на пиридини (от 1,5-дикетони, трикомпонентен синтез на Hantzsch).

6.3. Химични свойства на пиридина.Алкилиране, ацилиране, DMAP, комплекси на пиридин с киселини на Луис. (cSO3, BH3, NO2 + BF4-, FOTf). Меки електрофилни реагенти съответно за сулфониране, редукция, нитриране и флуориране.

6.4. Реакции на електрофилно заместване на пиридин. Характеристики на реакциите и примери за условия за електрофилно заместване в пиридин.

6.5. Пиридин N-оксид, получаване и използването му в синтеза. Въвеждане на нитро група в 4 позиция на пръстена.

6.6. Нуклеофилно заместване в 2-, 3- и 4-хлоропиридини.Коефициенти на частична скорост в сравнение с хлоробензен.

Подобна тенденция се наблюдава за 2-, 3- и 4-халохинолините.

6.7. Нуклеофилно заместване на хидридния йон:

реакция на пиридин с алкил или ариллитий;

реакция на пиридин с натриев амид (реакция на Чичибабин).Тъй като елиминирането на свободния хидриден йон е невъзможно по енергийни причини, в реакцията на Чичибабин междинният сигма комплекс се ароматизира поради взаимодействие с реакционния продукт, за да се образува натриева сол на продукта и молекулярен водород.

При други реакции хидридът обикновено се отстранява чрез окисление. Така, пиридиниевите соли могат да претърпят хидроксилиране, водещо до образуването на 1-алкилпиридони-2. Процесът е подобен на аминиране, но в присъствието на окислител, например К 3 .

6.8. литиеви производни на пиридин.Получаване, реакции.

6.9. Пиридиновото ядро ​​като силен мезомерен акцептор. Стабилност на карбаниони, конюгирани към пиридиновото ядро ​​в 2- или 4-позиции. Характеристики на химичните свойства на метилпиридини и винилпиридини.

7. Кондензирани шестчленни хетероцикли с един хетероатом.

7.1. Хинолин. Хинин.

'Н ЯМР спектри (13С) на хинолин, 5, ppm

7.1. Методи за получаване на хинолини. Синтези на Скрауп и Дьобнер-Милер.Концепцията за механизма на тези реакции. Синтез на 2- и 4-метилхинолини.

7.2. изохинолини,Синтез на Бишлер-Напиралски .

7.3. Химични свойства на хинолините и изохинолините.Сравнение с пиридин, разлики в свойствата на пиридин и хинолин.

Поведение на хетероциклични съединения в присъствието на окислители и редуциращи агенти, предназначени да модифицират странични вериги.

Регенератори:

Пиролът е почти неограничено устойчив на действието на редуциращи агенти, както и на основи и нуклеофили (например, издържа на хидриди, боран, Na в алкохол, без да засяга пръстена, дори при продължително нагряване).

Тиофенът - както и пиролът, е устойчив на действието на редуциращи агенти, както и на основи, нуклеофили, с изключение на редуциращи агенти на базата на преходни метали. Всички никелови съединения (никел на Реней, никелов борид) причиняват десулфуризация и хидрогениране на скелета. Катализаторите на основата на паладий и платина обикновено са отровени от тиофени и не работят.

Фуран - същото като пирола, но се хидрогенира много лесно.

Индолът е напълно аналогичен на пирола.

Пиридиновият пръстен се редуцира по-лесно от бензеновия пръстен. За странични вериги може да се използва NaBH4, нежелателно е (често дори не е възможно) да се използва LiAlH4.

За хинолин моделите са практически същите като за пиридин; LiAlH 4 не може да се използва.

В кватернизираната форма (N-алкилпиридиний, хинолиний) те са много чувствителни към редуциращи агенти (редукция на пръстена), основи, нуклеофили (отваряне на пръстена).

Окислители.

Използването на окислители за съединения на пирол, индол и в по-малка степен фуран води, като правило, до разрушаване на пръстена. Наличието на заместители, изтеглящи електрони, повишава устойчивостта към окислители, но по-подробна информация за това е извън обхвата на програмата на третия курс.

Тиофенът се държи като бензен - конвенционалните окислители не разрушават пръстена. Но използването на пероксидни окислители под каквато и да е форма е категорично изключено - сярата се окислява до сулфоксид и сулфон със загуба на ароматност и незабавна димеризация.

Пиридинът е доста стабилен към повечето окислители при меки условия. Съотношението на пиридина към нагряването с KMnO 4 (pH 7) до 100 o C в запечатана ампула е същото като при бензена: пръстенът се окислява. В кисела среда в протонирана форма пиридинът е още по-устойчив на окислители; може да се използва стандартен набор от реагенти. Перкиселините окисляват пиридина до N-оксид - виж по-горе.

Окисляването на един от хинолиновите пръстени с KMnO 4 води до пиридин-2,3-дикарбоксилна киселина.

8. Шестчленни хетероцикли с няколко азотни атома

8.1. Пиримидин.Пиримидинови производни като компоненти на нуклеинови киселини и лекарства (урацил, тимин, цитозин, барбитурова киселина). Антивирусни и противотуморни лекарства - pr-пиримидин (5-флуороурацил, азидотимидин, алкилметоксипиразини - компоненти на миризмата на храна, плодове, зеленчуци, чушки, грах, пържено месо. Така наречената реакция на Maillard (по желание).

8.2. Концепцията за химичните свойства на пиримидиновите производни.

Пиримидинът може да бъде бромиран в позиция 5. Урацилът (виж по-долу) също може да бъде бромиран и нитриран в позиция 5.

Леки реакции S N 2Ar в хлорпиримидини(аналогия с пиридин!): 4 се движи по-бързо от 2.

Заместване на 2-C1 под действието на KNH 2 в NH 3 g. Механизмът не е aryne, а ANRORC (на 5+++).

10. Двуядрени хетероцикли с няколко азотни атома. пурини (аденин, гуанин).

Най-известните пурини (кофеин, пикочна киселина, ацикловир). Пуринови изостери (алопуринол, силденафил (Viagra™)).

Допълнителна литература по темата "Хетероцикли"

1. Т. Гилкрист "Химия на хетероцикличните съединения" (Превод от английски - М .: Мир, 1996)

2. J. Joule, K. Mills "Химия на хетероцикличните съединения" (Превод от английски - М.: Мир, 2004).

АМИНОКИСЕЛИНИ .

1. Аминокиселини (АА) в природата. (≈ 20 аминокиселини присъстват в протеините, това са кодирани АА, >200 АА се срещат в природата.)

2. α-, β-, γ-аминокиселини. S-конфигурация на естествени L-аминокиселини.

3. Амфотерна, изоелектрична точка(рН обикновено е 5,0-6,5). Основни (7,6-10,8), киселинни (3,0-3,2) аминокиселини. Потвърждение на цвитерионната структура. Електрофореза.

4. Химични свойства на АК- свойства на COOH и NH 2 групите. Хелати. Бетаини. Поведение отопление(сравнете с хидрокси киселини). Образуване на азлактони от N-ацетилглицин и хидантоини от урея и АА - с 5++. Синтез на естери и N-ацилиране - пътят към пептидния синтез (вижте лекцията за протеина).

5. Химични и биохимични дезаминиране,(механизмите не учат!), Принципът на ензимно трансаминиране с витамин B 6 (беше в темата "Карбонилни съединения" и в курса на биохимията).

7. Най-важните методи за синтез на аминокиселини:

1) от халокарбоксилни киселини - два примитивни метода, включително фталимид. (И двете вече са известни!)

2) Стрекер синтез;

3) алкилиране на СН-киселинни аниони - PhCH=N-CH 2 COOR и N-ацетиламиномалонов естер.

4) Енантиоселективен синтез на АК чрез:

а) микробиологично (ензимно) разделяне и

б) енантиоселективно хидрогениране с използване на хирални катализатори.

5) β-аминокиселини. Синтез според Майкъл.

	Хидрофобни аминокиселини	Малко за биохимичната роля (за общо развитие)
АЛАНИН		Премахване на амоняка от тъканите към черния дроб. Трансаминиране, превръщане в пирогроздена киселина. Синтез на пурини, пиримидини и хем.
ВАЛИН*		Ако в резултат на мутация валинът заеме мястото на глутаминовата киселина в хемоглобина, има наследствено заболяване - сърповидноклетъчна анемия. Сериозно наследствено заболяване, често срещано в Африка, но същевременно придаващо резистентност към малария.
ЛЕВЦИН*
ИЗОЛЕЙЦИН*
ПРОЛИН		Огъвания в протеиновите молекули. Няма ротация, където има пролин.
ФЕНИЛАЛАНИН*		Ако не се превърне в тирозин, ще има наследствено заболяване - фенилпировинова олигофрения.
ТРИПТОФАН*		Синтез на NADP, серотонин. Разпадане в червата до скатол и индол.
	Хидрофилни аминокиселини
ГЛИЦИН Gly (G)	H2N-CH2-COOH	Участва в огромен брой биохимични синтези в организма.
СЕРИН Ser(S)	HO-CH 2-CH(NH2)-COOH	Участват (като част от протеините) в процесите на ацилиране и фосфорилиране.
ТРИОНИН* Thr(T)	CH3-CH(OH)-CH(NH2)-COOH
ТИРОЗИНТир (Y)		Синтез на хормони на щитовидната жлеза, адреналин и норепинефрин
	"Киселинни" аминокиселини
АСПАРАГИНОВА КИСЕЛИНА Asp(D)	HOOC-CH 2-CH(NH2)-COOH	Донор на аминогрупи в синтези.
ГЛУТАМИНОВА КИСЕЛИНА Glu(E)	HOOC-C 4 H 2 -CH 2-CH(NH2)-COOH	Образува GABA (γ-аминомаслена киселина (аминалон) - седатив. Glu премахва NH 3 от мозъка, докато се превръща в глутамин (Gln). 4-карбоксиглутаминова киселина свързва Ca в протеините.
	"A M AND D S" киселинни аминокиселини
АСПАРАГИН Asn(N)	H2N-CO-CH2-CH(NH2)-COOH
ГЛУТАМИН Gln(Q)	H2N-CO-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH	Донорамино групи в синтези
ЦИСТЕИН Cys(C)	HS-CH 2-CH(NH2)-COOH	Образуване на S-S връзки (tert, протеинова структура, регулиране на ензимната активност)
ЦИСТИН	Cys-S-S-Cys
МЕТИОНИН*Мет	MeSCH 2 CH 2 - CH(NH2)COOH	Донор на метилови групи
	„Есенциални“ аминокиселини
ЛИЗИН* Lys (K)	H2N-(CH2)4-CH(NH2)-COOH	Образува кръстосани връзки в колагена и еластина, което ги прави еластични.
АРГИНИН Arg(R) Съдържа гуанидинова част	H 2 N-C (= NH) -NH-(CH 2) 3 -CH (NH 2) -COOH	Участва в отстраняването на амоняка от тялото
ХИСТИДИННеговият (H) Остатък от имидазол		Синтез на хистамин. Алергия.

* - незаменими аминокиселини.Глюкозата и мазнините се синтезират лесно от повечето аминокиселини. Нарушенията на метаболизма на аминокиселините при деца водят до умствена изостаналост.

ЗАЩИТНИ ГРУПИ, ИЗПОЛЗВАНИ В ПЕПТИДНИЯ СИНТЕЗ.

NH 2 - защитни групи -

RC(O)- = ( HC(O)- ) CF3C(O)-фталил

ROC(O)- = PhCH 2 OC(O)-и заместени бензили , t-BuOC(O)-и т.н. трет- групи,

Флуоренилметилоксикарбонилна група,

Ц-група

COOH - защитни групи - естери - PhCH 2 O- и заместени бензили,

t-BuO- и флуоренил метилови етери.

Не е предвидено отделно разглеждане на защитните групи за други PG аминокиселини.

Методи за създаване на пептидна връзка.

1. Киселинен хлорид (чрез X-NH-CH(R)-C(O)Cl). Методът е остарял.

2.. Азид (според Curtius, чрез X-NH-CH (R) -C (O) Y → C (O) N 3 като мек ацилиращ реагент.

3.Анхидрит - напр. чрез смесен анхидрид с въглена киселина.

4. Активирани естери (например C (O) -OS 6 F 5 и др.)

5. Карбодиимид - киселина + DCC + амин

6. Синтез върху твърда подложка (например върху смола Merrifield).

Биологичната роля на пептидите. Няколко примера .

1. Енкефалините и ендорфините са опиоидни пептиди.

например Tyr-Gly-Gly-Phe-Met и

Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu от свински мозък. Известни са няколкостотин аналози.

2. Окситоцин и вазопресин Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-лев -Gly-NH 2

│________________│

DuVigneaud, Nob.pr. 1955 Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Арг -Gly-NH 2

│________________│

3. Инсулинът контролира усвояването на глюкозата от клетката. Излишък на глюкоза в кръвта (диабет) - води до гликозилиране на всичко (главно протеини).

4. Пептидни трансформации: ангиотензиноген → ангиотензин I → ангиотензин II. Един от основните механизми за регулиране на кръвното налягане (BP), мястото на приложение на много лекарства (ACE блокери - ангиотензин-конвертиращ ензим. Етап 1 катализатор - ензим ренин (изолиран от бъбреците).

5. Пептидни токсини. Действат при заболявания - ботулизъм, тетанус, дифтерия, холера. Отрови от змии, скорпиони, пчели, токсини от гъби (фаллоидин, амантин), морски безгръбначни (Conusgeographus - 13 AA, два -S-S-моста). Много от тях са стабилни при варене в кисел разтвор (до 30 минути).

6. Пептидни антибиотици (грамицидин S).

7. Аспартамът Asp-Phe-OMe е 200 пъти по-сладък от захарта. Горчиви и "вкусни" пептиди.

8. Протеини. Четири нива на организация на естествена протеинова молекула. Протеинът е уникален (заедно с нуклеиновите киселини) вид макромолекула, която има точно известна структура, подредена до детайлите на стереохимията и конформацията. Всички останали известни макромолекули, включително естествените (полизахариди, лигнин и др.) имат нарушена структура в по-голяма или по-малка степен - широко разпределение на молекулните тегла, свободно конформационно поведение.

Първичната структура е последователността от аминокиселини. Колко накратко е посочена първичната структура?

Вторична структура - конформационно-правилни елементи от два вида (α-спирали и β-слоеве) - само част от протеиновата макромолекула е подредена по този начин.

Третичната структура е уникална подредена стереохимична конфигурация на пълна макромолекула. Концепцията за "сгъване" (сгъване) на полипептидната верига в третичната структура на протеина. Приони.

Кватернерна структура - свързване на няколко субединици в протеини, състоящи се от няколко полипептидни вериги. Дисулфидни мостове (обратима цистеин-цистин трансформация) като начин за фиксиране на третични и кватернерни структури.

ВЪГЛЕХИДРАТИ.

1. Какво представляват въглехидратите? Въглехидрати около и вътре в нас.

2. Концепцията за фотосинтезата на производни на D-глицеринова киселина Само за особено изявени студенти - за образуването на дифосфат на глицеринова киселина от D-рибулоза.

3. Какво представлява D-серията въглехидрати.(Накратко за историята на концепцията на D- и L-сериите).

4. Класификация на въглехидратите: а) по броя на С атомите; б) чрез наличието на С=О или СНО групи; в) по броя на цикличните фрагменти.

5. Синтез на въглехидрати от D-глицералдехид по метода на Киляни-Фишер.Как Фишер установи формулата за глюкозата?

6. Извеждане на формули на всички D-тетрози, -пентози, -хексози от D-глицералдехид (отворени структури).За всички ученици – да знаят формулата на глюкозата (отворена и циклична), манозата (2-епимер на глюкозата), галактозата (4-епимер на глюкозата), рибозата. пиранози и фуранози.

7. Да може да премине от отворена форма към циклична според Haworth. Да може да начертае формулите на α- и β-глюкоза (всички заместители в е-позиция, с изключение на аномерната) в конформацията на стола.

8. Какво представляват епимерите, аномерите, мутаротацията.аномерен ефект.

9. Химични свойства на глюкозата като алдехиден алкохол: а) хелати с метални йони, получаване на гликозиди, пълни етери и естери, изопропилиденова защита; б) окисление на СНО групата с метални йони, бромна вода, HNO 3 . Разделяне от Уил.Реакция с амини и получаване на озон.Най-важните принципи и техники за селективно алкилиране на различни хидроксилни групи в глюкозата.

10. D-фруктозата като представител на кетозата. Отворени и циклични форми.Сребърна огледална реакция за фруктоза.

11. Понятие за дезоксизахари, аминозахари. Това включва хитин и хепарин. Септулоза и октулоза в авокадото. Реакцията на Meillard (Maillard).

12. ОЛИГОЗАХАРИДИ. малтоза,целобиоза,лактоза, захароза. Редуциращи и нередуциращи захари.

13. Полизахариди – нишесте(20% амилоза + 80% амилопектин),йоден тест за нишесте, гликоген, целулоза,хидролиза на нишесте в устната кухина (амилаза) и хидролиза на целулоза,нитроцелулоза, вискозни влакна,производство на хартия , кръвни групи и разликата между тях.

НАЙ-ВАЖНИТЕ ПОЛИЗАХАРИДИ.

ПОЛИЗАХАРИД	СЪСТАВ и структура	бележки
циклодекстрини	α-(6), β-(7), γ-(8) Състои се от глюкоза 1-4 връзки.	Отлични комплексообразователи, хелатиращи агенти
нишесте	α-glu-(1,4)-α-glu 20% амилоза + 80% амилопектин	амилоза= 200 glu, линеен полизахарид. Амилопектин= 1000 или повече glu, разклонени.
гликоген	"разклонено" нишесте, участие на 6-OH	запаси от глюкоза в тялото
	От остатъци от фруктоза	Съдържа се в ерусалимския артишок
целулоза	β-glu-(1,4)-β-glu	Памук, растителни влакна, дърво
целулоза	Ксантат на 6 позиция	Получаване на вискоза - коприна, целофан (опаковъчно фолио)
целулозен ацетат	Приблизително диацетат	ацетатни влакна
целулозен нитрат	Тринитроетер	бездимен барут
Производство на хартия от дърво	дърво = целулоза + лигнин. Процес Ca (HSO 3) 2 или Na 2 S + NaOH	Сулфатиране на дървесина - отстраняване на лигнин във вода - получаване на целулоза.
	Поли-α-2-деокси-2-N-Ac-аминоглюкоза (вместо 2-OH - 2-NH-Ac)	Ако премахнете Ac от азота, получавате хитозан - модерна хранителна добавка
Хиалуронова киселина	– (2-AcNH-глюкоза – глюкуронова киселина) n –	Смазване в тялото (напр. в ставите).
	Структурата е много сложна - (2-HO 3 S-NH-глюкоза - глюкуронова киселина) n -	Увеличава времето за съсирване на кръвта
Хондроитин сулфат	Гликопротеини (колаген), протеогликани, комуникация чрез NH2 аспарагин или OH серин	Намира се навсякъде в тялото, особено в съединителната тъкан, хрущяла.

Забележка: Глюкуронова киселина: 6-COOH - 1-CHO

Глюконова киселина: 6-CH 2 OH - 1-COOH

Глюкарова киселина: 6-СООН - 1-СООН

1. Химия и биохимия на нуклеиновите киселини.

Азотни основи в РНК: U (урацил), C (цитозин) са пиримидинови производни. A (аденин), G (гуанин) - производни на пурин. В ДНКвместо Y (урацил) има Т (тимин).

Нуклеозиди ( захар+ азотна основа): уридин, цитидин, тимидин, аденозин, гуанозин.

нуклеотиди ( фосфат+ захар+ азотна основа).

Лактим-лактамен тавтомеризъм.

Първична структурануклеинови киселини (свързване на нуклеозиди чрез кислородни атоми при С-3 и С-5 на рибоза (дезоксирибоза) с помощта на фосфатни мостове.

РНК и ДНК.

а) Големи бази и второстепенни бази (РНК). Само за тРНК списъкът на второстепенните бази се доближава до 50. Смисълът на тяхното съществуване е защита от хидролитични ензими. 1-2 примера за второстепенни бази.

в) Правилата на Чаргаф за ДНК. Най-важното: A=T. G=C. Въпреки това, G+C< А+Т для животных и растений.

Принципи на структурата на ДНК

1. Нередност.
Има правилен захарно-фосфатен гръбнак, към който са прикрепени азотни основи. Редуването им е неравномерно.

2. Антипаралелизъм.
ДНК се състои от две полинуклеотидни вериги, ориентирани антипаралелно. Краят 3' на единия е срещу 5' края на другия.

3. Комплементарност (допълняемост).
Всяка азотна база от една верига съответства на строго определена азотна база от другата верига. Съответствието се дава от химията. Двойката пурин и пиримидин образува водородни връзки. Има две водородни връзки в A-T двойката и три в G-C двойката, тъй като тези бази имат допълнителна аминогрупа в ароматния пръстен.

4. Наличие на правилна вторична структура.
Две комплементарни, антипаралелни полинуклеотидни вериги образуват десни спирали с обща ос.

Функции на ДНК

1. ДНК е носител на генетична информация.
Функцията се осигурява от факта на съществуването на генетичния код. Брой ДНК молекули: в човешка клетка - 46 хромозоми, всяка има една ДНК молекула. Дължината на 1 молекула е ~ 8 (т.е. 2x4) см. В опакована форма - 5 nm (това е третичната структура на ДНК, ДНК супернавита върху хистонови протеини).

2. Възпроизвеждането и предаването на генетична информация се осигурява от процеса на репликация (ДНК → нова ДНК).

3. Внедряване на генетична информация под формата на протеини и всякакви други съединения, образувани с помощта на ензимни протеини.
Тази функция се осигурява от процесите на транскрипция (ДНК към РНК) и транслация (РНК към протеин).

Ремонт- възстановяване на увредения участък от ДНК. Това се дължи на факта, че ДНК е двуверижна молекула, има комплементарен нуклеотид, който "казва" какво трябва да се поправи.

Какви са грешките и щетите? а) Репликационни грешки (10 -6), б) депуринация, загуба на пурин, образуване на апуринови места (загуба на 5000 пуринови остатъка на ден във всяка клетка!), в) дезаминиране (например цитозинът се превръща в урацил).

предизвикани щети. а) димеризация на пиримидинови пръстени под действието на UV при C = C връзки с образуването на циклобутанов пръстен (фотолиазите се използват за отстраняване на димери); б) химическо увреждане (алкилиране, ацилиране и др.). Възстановяване на увреждане - ДНК гликозилаза - апуринизация (или апиримидинизация) на алкиловата база - по-нататъшно въвеждане на "нормалната" база в пет стъпки.

Нарушаване на процеса на ремонт - наследствени заболявания (пигментна ксеродерма, трихотиодистрофия и др.) Има около 2000 наследствени заболявания.

Инхибиторите на транскрипцията и транслацията са антибактериални лекарства.

Стрептомицин е инхибитор на протеиновия синтез в прокариотите.

Тетрациклини - "свързват се към 30S субединицата на бактериалната рибозома и блокират прикрепването на аминоацил-тРНК към А-центъра на рибозомата, като по този начин нарушават удължаването (т.е. четенето на иРНК и синтеза на полипептидна верига)".

Пеницилини и цефалоспорини – β-лактамни антибиотици. β-лактамният пръстен инхибира синтеза на клетъчни стени в грам-отрицателни микроорганизми.

Вируси - инхибитори на матриксния синтез в еукариотните клетки.

токсини – често правят същото като вирусите. а-аманитин- токсин от бледа гмурка, LD 50 0,1 mg на kg телесно тегло. Инхибиране на РНК полимераза. Резултатът е необратими промени в черния дроб и бъбреците.

Рицин - много силна протеинова отрова от рицин. Това е ензимът N-гликозилаза, който премахва адениновия остатък от 28S rRNA на голямата субединица на рибозомата, инхибира протеиновия синтез в еукариотите. Намира се в рициново масло.

Дифтериен ентеротоксин (протеин с маса 60 kDa) - инхибиране на протеиновия синтез във фаринкса и ларинкса.

Интерферони - протеини с размер около 160 AA се секретират от някои клетки на гръбначни животни в отговор на инфекция с вируси. Количеството интерферон - 10 -9 - 10 -12 g, т.е. една протеинова молекула защитава една клетка. Тези протеини, подобно на протеиновите хормони, стимулират синтеза на ензими, които разрушават синтеза на вирусна иРНК.

Наследствени заболявания (моногенни) и (да не се бърка!) фамилна предразположеност към заболявания (диабет, подагра, атеросклероза, уролитиаза, шизофрения са многофакторни заболявания.)

Принципи на анализ на нуклеотидната последователност (по избор).

ДНК технология в медицината.

А. Изолиране на ДНК. B. Разцепване на ДНК с рестрикционни ензими. Човешка ДНК - 150x10 6 базови двойки. Те трябва да бъдат разделени на 500 000 фрагмента по 300 двойки всеки. Следва гел електрофореза. Следва - Southern blot хибридизация с радиосонда или други техники.

Секвениране. Екзонуклеазите разцепват един мононуклеотид последователно. Това е остаряла техника.

PCR (PCR) - полимеразна верижна реакция. (Нобелова награда 1993: Кари Мълис)

Принцип:праймери (това са ДНК фрагменти от ~20 нуклеотида - налични в търговската мрежа) + ДНК полимераза → производство на ДНК (усилвател) ​​→ анализ на ДНК (секвентор). Сега всичко става автоматично!

Метод за секвениране на ДНК с използване на белязани дефектни нуклеотиди (напр. дидезоксинуклеотиди). Сега етикетите не са радиоактивни, а флуоресцентни. Анализ за СПИН и други ППИ. Бързо, но скъпо. По-добре не се разболявайте!

Успехът на PCR за диагностика и широко разпространение се дължи на факта, че участващите в процеса ензими, изолирани от топлоустойчиви бактерии от горещи извори и направени чрез генно инженерство, издържат на топлина, която причинява денатурация (дисоциация на ДНК вериги) и подготвят ги за следващия PCR цикъл.

ТЕРПЕНИ, ТЕРПЕНОИДИ И СТЕРОИДИ.

Терпентин – летливо масло от борова смола.

Терпените са група от ненаситени въглеводороди със състав (C 5 H 8) n, където n³ 2, широко разпространени в природата. Съдържа фрагменти от изопентан, свързани, като правило, според типа "глава към опашка". (това е Правилото на Ружичка).

Монотерпени C 10 (C 5 H 8) 2 Ce стискамтерпени C 15, (C 5 H 8) 3 Дитерпени C 20, (C 5 H 8) 4 Тритерпени C 30, (C 5 H 8) 6. Политерпени (каучук).

Степента на хидрогениране на терпените може да бъде различна, така че броят на Н атомите не трябва да е кратен на 8. Няма терпени C 25 и C 35.

Терпените са ациклични или карбоциклични.

Терпеноидите (изопреноидите) са терпени (въглеводороди) + функционално заместени терпени. Обширна група природни съединения с правилна скелетна структура.

Изопреноидите могат да бъдат класифицирани в

1) терпени, вкл. функционално заместени

2) стероиди

3) смолни киселини,

4) полиизопреноиди (каучук).

Най-важните представители на терпените.

Някои особености на химията на терпените, бицикличните молекули и стероидите.

1) некласически катиони; 2) пренареждания от типа на Вагнер-Майервайн; 3) лесно окисление; 4) диастереоселективен синтез; 5) влияние на отдалечени групи.

Формално терпените са продукти на полимеризация на изопрен, но пътят на синтез е съвсем различен! Защо полиизопреновите производни са толкова разпространени в природата? Това се дължи на особеностите на техния биосинтез от ацетил коензим А, т.е. всъщност от оцетна киселина. (Блох, 40-60 години. И двата въглеродни атома от C 14 H 3 C 14 UN са включени в терпена.)

СХЕМА ЗА СИНТЕЗ НА МЕВАЛОНОВА КИСЕЛИНА, най-важният междинен продукт в биосинтезата на терпени и стероиди.

Кондензация ацетилкоензим А в ацетоацетилкоензим А преминава през типа естерна кондензация на Claisen.

Синтез на лимонен от геранил фосфат, важен междинен продукт както в синтеза на голямо разнообразие от терпени, така и в синтеза на холестерол. По-долу е преобразуването на лимонен в камфор под действието на HCl, вода и окислител (PP е пирофосфатен остатък).

Превръщането на мевалонова киселина в геранил фосфат става чрез 1) фосфорилиране на 5-ОН, 2) повторно фосфорилиране на 5-ОН и образуване на пирофосфат, 3) фосфорилиране при 3-ОН. Всичко това се случва под въздействието на АТФ, който се превръща в АДФ. Допълнителни трансформации:

Основни стероидни хормони.

Образува се в тялото от холестерола. Холестеролът е неразтворим във вода. Прониква в клетката и участва в биосинтезата чрез комплекси с протеини, носещи стерол.

ЖЛЪЧНИ КИСЕЛИНИ . Холна киселина. Цис-връзка на пръстени А и В. Жлъчните киселини подобряват усвояването на липидите, понижават нивата на холестерола и се използват широко за синтеза на макроциклични структури.

СТЕРОИДИ - ЛЕКАРСТВА.

1. Кардиотоници. Дигитоксин. Съдържащи се в различни видове напръстник (Digitalispurpurea L. или DigitalislanataEhrh.) Гликозидите са естествени съединения, които се състоят от един или повече глюкозни или други захарни остатъци, най-често свързани чрез позиции 1- или 4- с органична молекула (AGLYCON). Вещества с подобна структура и действие се намират в отровата на някои видове жаби.

2. Диуретици.Спиронолактон (верошпирон). Алдостеронов антагонист. Блокира реабсорбцията на Na + йони, като по този начин намалява количеството течност, което води до намаляване на кръвното налягане Не влияе върху съдържанието на K + йони! Много е важно.

3. Противовъзпалителни лекарства.Преднизолон. 6-метилпреднизолон (виж формулата по-горе). Флуоростероиди (дексаметазон (9а-флуоро-16а-метилпреднизолон), триамцинолон (9а-флуоро-16а-хидроксипреднизолон. Противовъзпалителни мехлеми.

4. Анаболи.Насърчава образуването на мускулна маса и костна тъкан. метандростенолон.

5. БРАСИНОСТЕРОИДИ- ЕСТЕСТВЕНИТЕ СЪЕДИНЕНИЯ, ПОМАГАЩИ РАСТЕНИЯТА ДА СЕ БОРЯТ СЪС СТРЕСА (суша, измръзване, преовлажняване) ИМАТ РАСТЕЖНО РЕГУЛИРАЩО ДЕЙСТВИЕ.

24-епибрасинолид [(22R, 23R,24R)-2α,3α,22,23-тетрахидрокси-В-хомо-7-окса-5α-ергостан-6-он.

Препаратът "Epin-extra", NNPP "NEST-M".

МЕТАЛОКОМПЛЕКСНА КАТАЛИЗА (1 СЕМЕСТЪР).

Ксилол и др.), нафталин и неговите производни и др.

Бензоловите ароматни въглеводороди са предимно течности, отчасти твърди вещества с характерна ароматна миризма. Използват се както като изходни продукти при производството на багрила и др. Двойките им във високи концентрации имат наркотично и отчасти конвулсивно действие.

При остро отравяне се наблюдава възбуда, подобно на алкохола, след това постепенно потискане, понякога; смъртта идва от спиране на дишането. Хроничното отравяне се характеризира с тежко увреждане на кръвоносната система и, придружено от намаляване на съдържанието в кръвта, левкоцити и нарушения на нервната система, увреждане на черния дроб и органите на вътрешната секреция. Най-тежкото хронично отравяне причинява бензол (виж). Под действието на пари или прах от ароматни въглеводороди се наблюдава помътняване на лещата. Дразнещият ефект на бензолните производни върху кожата се увеличава с увеличаването на броя на метиловите групи, особено изразен в мезитилена (триметилбензен). Заместването на водород в страничната верига с ( , ) засилва дразнещия ефект на ароматните въглеводороди върху дихателните пътища и лигавиците. Токсичните свойства на ароматните амино- и нитросъединения (виж) са свързани с тяхната способност да превръщат оксихемоглобина в метхемоглобин.

Нафталинът и неговите производни могат да причинят увреждане на нервната система, стомашно-чревния тракт, бъбреците, дразнене на горните дихателни пътища и кожата. Съединения на многоядрени ароматни въглеводороди с кондензирани пръстени се характеризират с канцерогенна активност. Туморите обикновено се появяват в местата на директен контакт с тези ароматни въглеводороди, но понякога и в отдалечени органи (пикочен мехур).

Лечение на отравяне. При леки случаи на остро отравяне с ароматни въглеводороди е необходимо да се изведе жертвата от работната среда, обикновено не се изисква лечение (в случай на възбуда се предписват валерианови капки, препоръчва се почивка). В тежки случаи, когато дишането е отслабено, те прибягват до; на жертвата се дава да вдишва кислород или карбоген. При нарушения на кръвообращението - 10% разтвор на кофеин-натриев бензоат подкожно и вътре заедно с ацетилсалицилова киселина или. противопоказан. При повръщане - венозно 20 ml 40% разтвор. В случай на дразнене на лигавиците - сода, измиване на очите с 2% разтвор. При изразени промени в кръвта се препоръчва употребата на стимуланти [, tezan, (витамин Bc), цианокобаламин ()].

Ароматните въглеводороди са въглеводороди, които съдържат циклична група. Групата на ароматните въглеводороди се състои от бензен и неговите производни, ароматни съединения с два бензенови пръстена (бифенил и неговите производни), въглеводороди с кондензирани пръстени (инден, нафталин и неговите производни), полиядрени въглеводороди с кондензирани пръстени и техните хетероциклични аналози.

Бензоловите ароматни въглеводороди са предимно течности, отчасти твърди вещества с характерна ароматна миризма. Използват се като разтворители, както и като изходни продукти при синтеза на пластмаси, синтетичен каучук, багрила, лакове, инсектициди, фармацевтични продукти и като високоактивни компоненти на моторни горива. Бензол, толуен, ксилол се получават при дестилацията на въглища, както и от нефт. Полиядрените ароматни въглеводороди се намират в продукти от естествен произход (нефт, нефтен битум и др.), А също така се образуват по време на термичната обработка на органични суровини (суха дестилация, крекинг, коксуване и полукоксуване).

Парите на ароматни въглеводороди във високи концентрации имат наркотичен и отчасти конвулсивен ефект. При остро отравяне смъртта настъпва от спиране на дишането. Опасността от остро отравяне при използване на ароматни въглеводороди е голяма, особено при работа в затворени пространства. Още по-опасни са хроничните отравяния, които се характеризират с тежко увреждане на кръвта и кръвотворните органи. Индивидуалните ароматни въглеводороди действат различно. Най-тежкото хронично отравяне причинява бензол (виж). При отравяне с бензенови производни се наблюдава увреждане на черния дроб, дисфункция на нервната система, ендокринните органи, особено на надбъбречните жлези, и метаболизма на витамин С. Ароматните въглеводороди с четири метилови групи са леко дразнещи. Веществата с разклонени странични вериги и ненаситени вериги имат по-голям дразнещ ефект, с удължени вериги - по-малко.

Токсичните свойства на ароматните амино и нитро съединения са много високи, което се дължи главно на способността им да превръщат оксихемоглобина в метхемоглобин с появата на хипоксемия и хипоксия. Някои нитро съединения (тринитротолуен) са типични чернодробни отрови. Ароматните амино съединения, особено двуядрените (β-нафтиламин, бензидин, дианизидин), могат да причинят злокачествени и доброкачествени тумори на пикочния мехур. Когато водородът се замени с халоген в бензеновия пръстен, ароматните въглеводороди придобиват наркотични и дразнещи свойства. Когато водородът се замени с халоген в страничната верига, се образуват продукти, които са силно дразнещи за дихателните пътища и лигавиците на очите. Тяхната токсичност нараства с увеличаване на броя на халогенните атоми в молекулата. Нафталинът и неговите производни засягат нервната система, стомашно-чревния тракт, бъбреците и предизвикват дразнене на горните дихателни пътища и кожата. Действието на всички ароматни въглеводороди се характеризира с промени в кръвта (хемолиза на еритроцитите, поява на телца на Хайнц, анемия). Под действието на пари и прах от ароматни въглеводороди се наблюдава помътняване на лещата. Появата на катаракта е свързана с намаляване на съдържанието на цистеин в организма по време на детоксикация на отровата. Съединенията на многоядрените ароматни въглеводороди с кондензирани пръстени се характеризират с канцерогенна активност, която редица автори пряко зависят от съдържанието на 3-4-бензпирен в ароматните въглеводороди. Туморите обикновено възникват от директен контакт с тези ароматни въглеводороди, понякога и в отдалечени органи.

Настоящите санитарни стандарти за проектиране на промишлени предприятия (SN 245-63) позволяват съдържанието на бензол във въздуха на работните помещения в концентрация не повече от 20 mg / m 3, толуол - 50 mg / m 3, ксилен - 50 mg / m 3, нафталин - 20 mg / m 3. Не се допуска наличието на канцерогенни съединения във въздуха на работните помещения. При работа с ароматни въглеводороди е необходимо да се спазват предпазните мерки, регламентирани от посочените стандарти, както и санитарните правила и инструкции за отделните отрасли. За предотвратяване на хронично отравяне е важно да се провеждат предварителни и периодични (веднъж годишно) медицински прегледи на работещите с ароматни въглеводороди. За диагностични цели се използва определянето в урината на продуктите на окисление на ароматни въглеводороди. Редица автори предлагат дефинирането на бензен в биосубстрати, както и продукти на окисление на толуен (бензоена и хипурова киселина) като "експозиционен тест" за преценка на концентрацията на продукти във въздуха на работните помещения. Важно е да се определи съдържанието на органични сулфати в урината.

При леко остро отравяне обикновено не се изисква лечение (при възбуда се предписват бромиди, валерианови капки, препоръчва се почивка). В тежки случаи те прибягват до изкуствено дишане, назначаване на кислород или карбоген. При нарушения на кръвообращението кофеинът се инжектира подкожно и перорално заедно с ацетилсалицилова киселина или амидопирин. Адреналинът е противопоказен. При повръщане - венозна инфузия на 20 g 40% разтвор на глюкоза. При дразнене на лигавиците - инхалация със сода; изплакване на очите с 2% разтвор на сода за хляб.

Физически свойства

Бензолът и неговите най-близки хомолози са безцветни течности със специфична миризма. Ароматните въглеводороди са по-леки от водата и не се разтварят в нея, но лесно се разтварят в органични разтворители - алкохол, етер, ацетон.

Бензолът и неговите хомолози сами по себе си са добри разтворители за много органични вещества. Всички арени горят с димящ пламък поради високото съдържание на въглерод в техните молекули.

Физическите свойства на някои арени са представени в таблицата.

Таблица. Физически свойства на някои арени

Име	Формула	t°.pl., °C	t°.bp., °C
Бензол	C 6 H 6	5,5	80,1
Толуен (метилбензен)	C 6 H 5 CH 3	95,0	110,6
Етилбензен	C 6 H 5 C 2 H 5	95,0	136,2
Ксилол (диметилбензен)	C 6 H 4 (CH 3) 2
орто-		25,18	144,41
мета-		47,87	139,10
чифт-		13,26	138,35
Пропилбензен	C 6 H 5 (CH 2) 2 CH 3	99,0	159,20
Кумол (изопропилбензен)	C6H5CH(CH3)2	96,0	152,39
Стирен (винилбензен)	C 6 H 5 CH \u003d CH 2	30,6	145,2

Бензол - нискокипяща ( Tкип= 80,1°C), безцветна течност, неразтворима във вода

внимание! Бензол - отрова, действа върху бъбреците, променя кръвната формула (при продължителна експозиция), може да наруши структурата на хромозомите.

Повечето ароматни въглеводороди са животозастрашаващи и токсични.

Получаване на арени (бензен и неговите хомолози)

В лабораторията

1. Сливане на соли на бензоена киселина с твърди основи

C6H5-COONa + NaOH t → C6H6 + Na2CO3

натриев бензоат

2. Реакция на Wurtz-Fitting: (тук G е халоген)

от 6з 5 -G+2Na + Р-G →° С 6 з 5 - Р + 2 NaЖ

ОТ 6 H 5 -Cl + 2Na + CH 3 -Cl → C 6 H 5 -CH 3 + 2NaCl

В индустрията

• изолиран от нефт и въглища чрез фракционна дестилация, реформинг;
• от въглищен катран и коксов газ

1. Дехидроциклизация на алканис повече от 6 въглеродни атома:

C 6 H 14 T , кат→C 6 H 6 + 4H 2

2. Тримеризация на ацетилен(само за бензен) – Р. Зелински:

3С 2 H2 600°° С, акт. въглища→C 6 H 6

3. Дехидрогениранециклохексан и неговите хомолози:

Съветският академик Николай Дмитриевич Зелински установява, че бензолът се образува от циклохексан (дехидрогениране на циклоалкани

C 6 H 12 t, кат→C 6 H 6 + 3H 2

C6H11-CH3 T , кат→C 6 H 5 -CH 3 + 3H 2

метилциклохексанетолуен

4. Алкилиране на бензен(получаване на хомолози на бензен) – r Фридел-Крафтс.

C6H6 + C2H5-Cl t, AlCl3→C6H5-C2H5 + HCl

хлороетан етилбензен

Химични свойства на арените

аз. РЕАКЦИИ НА ОКИСЛЕНИЕ

1. Изгаряне (димен пламък):

2C6H6 + 15O2 T→12CO 2 + 6H 2 O + Q

2. Бензолът при нормални условия не обезцветява бромната вода и водния разтвор на калиев перманганат

3. Бензоловите хомолози се окисляват от калиев перманганат (обезцветяване на калиев перманганат):

А) в кисела среда до бензоена киселина

Под действието на калиев перманганат и други силни окислители върху хомолозите на бензола, страничните вериги се окисляват. Без значение колко сложна е веригата на заместителя, тя се разрушава, с изключение на a-въглеродния атом, който се окислява до карбоксилна група.

Хомолозите на бензена с една странична верига дават бензоена киселина:

Хомолозите, съдържащи две странични вериги, дават двуосновни киселини:

5C 6 H 5 -C 2 H 5 + 12KMnO 4 + 18H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 5CO 2 + 6K 2 SO 4 + 12MnSO 4 + 28H 2 O

5C 6 H 5 -CH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 3K 2 SO 4 + 6MnSO 4 + 14H 2 O

Опростено :

C6H5-CH3 + 3O KMnO4→C 6 H 5 COOH + H 2 O

Б) в неутрални и слабо алкални до соли на бензоената киселина

C 6 H 5 -CH 3 + 2KMnO 4 → C 6 H 5 COO K + K OH + 2MnO 2 + H 2 O

II. РЕАКЦИИ НА СЪБИРАНЕ (по-твърди от алкени)

1. Халогениране

C6H6 + 3Cl2 ч ν → C 6 H 6 Cl 6 (хексахлорциклохексан - хексахлоран)

2. Хидрогениране

C6H6 + 3H2 T , ПтилиNi→C 6 H 12 (циклохексан)

3. Полимеризация

III. РЕАКЦИИ НА ЗАМЕСТВАНЕ – йонен механизъм (по-лек от алкани)

1. Халогениране -

а ) бензен

C6H6 + Cl2 AlCl 3 → C 6 H 5 -Cl + HCl (хлоробензен)

C6H6 + 6Cl2 t,AlCl3→C 6 Cl 6 + 6HCl( хексахлоробензен)

C6H6 + Br2 t,FeCl3→ C 6 H 5 -Br + HBr( бромобензен)

б) бензенови хомолози при облъчване или нагряване

По отношение на химичните свойства алкиловите радикали са подобни на алканите. Водородните атоми в тях се заместват с халогени по свободнорадикален механизъм. Следователно, в отсъствието на катализатор, нагряването или UV облъчването води до реакция на радикално заместване в страничната верига. Влиянието на бензеновия пръстен върху алкиловите заместители води до факта, че водородният атом винаги се замества при въглеродния атом, директно свързан с бензеновия пръстен (а-въглероден атом).

1) C6H5-CH3 + Cl2 ч ν → C 6 H 5 -CH 2 -Cl + HCl

в) хомолози на бензен в присъствието на катализатор

C6H5-CH3 + CI2 AlCl 3 → (смес от орта, двойка производни) +HCl

2. Нитриране (с азотна киселина)

C6H6 + HO-NO2 t, H2SO4→ C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O

нитробензен - миризма бадемово!

C6H5-CH3 + 3HO-NO2 t, H2SO4→ ОТ H3-C6H2(NO2)3 + 3H2O

2,4,6-тринитротолуен (тол, тротил)

Използването на бензен и неговите хомолози

Бензол C6H6 е добър разтворител. Бензолът като добавка подобрява качеството на моторното гориво. Той служи като суровина за производството на много ароматни органични съединения - нитробензен C 6 H 5 NO 2 (от него се получава разтворител, анилин), хлоробензен C 6 H 5 Cl, фенол C 6 H 5 OH, стирен и др.

Толуен C 6 H 5 -CH 3 - разтворител, използван в производството на багрила, лекарства и експлозиви (тротил (тол) или 2,4,6-тринитротолуен TNT).

Ксилол C6H4(CH3)2. Техническият ксилен е смес от три изомера ( орто-, мета- и двойка-ксилоли) - използва се като разтворител и изходен продукт за синтеза на много органични съединения.

Изопропилбензен C 6 H 5 -CH (CH 3) 2 служи за получаване на фенол и ацетон.

Хлорни производни на бензенаизползвани за растителна защита. По този начин, продуктът от заместване на Н атоми в бензен с хлорни атоми е хексахлоробензен C 6 Cl 6 - фунгицид; използва се за суха обработка на семената на пшеница и ръж срещу твърда главица. Продуктът от добавянето на хлор към бензена е хексахлорциклохексан (хексахлоран) C 6 H 6 Cl 6 - инсектицид; използва се за борба с вредните насекоми. Тези вещества се отнасят до пестицидите - химически средства за борба с микроорганизми, растения и животни.

стирен C 6 H 5 - CH \u003d CH 2 полимеризира много лесно, образувайки полистирен и съполимеризирайки с бутадиен - стирен-бутадиенови каучуци.

ВИДЕО ИЗЖИВЯВАНИЯ

АРОМАТНОСТ(от гръцки. аромат, род. случай aromatos - тамян), понятие, което характеризира съвкупността от структурни, енергийни. sv-в и функции реакции. циклични способности. структури със система от спрегнати връзки. Терминът е въведен от F. A. Kekule (1865), за да опише съединения на St., структурно близки до - предшественика на класа.

Сред най важни характеристики на ароматността принадлежи към тенденцията аромат. конн. към заместване, което запазва системата от спрегнати връзки в цикъла, а не към добавяне, което разрушава тази система. В допълнение към неговите производни, такива р-ции са характерни за полициклични ч. ароматни. (напр. и техни производни), както и за изоелектронни спрегнати хетероциклени. връзки. Известно е, обаче, много Comm. (и т.н.), до-ръж също лесно влизат в заместващи р-ции, но нямат всички други характеристики на ароматност.

реакция способността не може да служи като точна характеристика на ароматността също и защото отразява Св. острови не само основни. състоянието на това съединение, но и преходното състояние (активиран комплекс) на областта, в която се намира Comm. влиза. Следователно, по-строги критерии за ароматичност са свързани с анализа на физическите. св. в осн. електронни състояния циклични. свързани структури. Основната трудност е, че ароматността не е експериментално определена характеристика. Следователно няма недвусмислен критерий за установяване на степента на ароматност, т.е. степен на сходство със св. ти. По-долу се считат за наиб. важни характеристики на ароматността.

Структурата на електронната обвивка на ароматните системи.

Тенденцията и нейните производни да запазят структурата на спрегнатия пръстен при разлагане. трансформации означава увеличени. термодинамика и кинетична стабилност на този структурен фрагмент. Стабилизиране (намаляване на електронната енергия) или цикличност. структура, се постига с пълно запълване на всички свързващи молекули и свободни места на несвързващи и антисвързващи. Изпълнението на тези условия се постига, когато общият брой в цикл. е равно на (4n + 2), където n = 0,1,2... (правилото на Хюкел).

Това правило обяснява стабилността (f-la I) и циклопентадиенил (II; n = 1). Това направи възможно правилното прогнозиране на стабилността на циклопропенил (III; n = 0) и циклохептатриенил (IV; n = 1). С оглед на сходството на електронните обвивки Comm. II-IV и те, подобно на висшите циклични. - , , (V-VII), се считат за ароматни. системи.

Правилото на Hückel може да се екстраполира към редица спрегнати хетероциклени. конн. - производни (VIII) и пирилий (IX), изоелектронни, петчленни хетероцикли от тип X ( , ), изоелектронни до циклопентадиенил. Тези съединения също се класифицират като ароматни. системи.

За производни на съединения II-X и други по-сложни структури, получени чрез изоелектронно заместване на метинови групи в I-VII, също се характеризират с висока термодинамика. стабилност и обща тенденция към р-ции на заместване в ядрото.

Циклични. конюгат, имащ 4n в цикъла (n = 1.2 ...), са нестабилни и лесно влизат в добавяне на p-ции, тъй като имат отворена електронна обвивка с частично запълнени несвързващи. Такива връзки напр. типичен пример за който е циклобутадиен (XI), включват кантиаромат. системи.

Правилата, които отчитат броя в цикъла, са полезни за характеризиране на св. в моноцикличен. структури, но не са приложими за полицикли. При оценката на ароматността на последния е необходимо да се вземе предвид как електронните обвивки на всеки отделен цикъл отговарят на тези правила. Те също трябва да се използват с повишено внимание в случай на силно заредени циклични. . Така електронните обвивки на дикатиона и дианиона на циклобутадиена отговарят на изискванията на правилото на Хюкел. Въпреки това, тези структури не могат да бъдат класифицирани като ароматни, тъй като дикатионът (n = 0) не е стабилен в плоска форма, което осигурява цикличност. конюгиране и в огънати диагонално; дианионът (n=1) обикновено е нестабилен.

Енергийни критерии за ароматност. Резонансна енергия.За определяне на количества. мерки за ароматичност, характеризиращи повишена. термодинамика ароматна стабилност. Comm., беше формулирана концепцията за резонансна енергия (ER) или енергия на делокализация.

Топлината на формално съдържание на три е 151 kJ/ повече от топлината на три. Тази стойност, свързана с ER, може да се разглежда като енергията, допълнително изразходвана за разрушаването на цикличността. система от спрегнати бензенови пръстени, стабилизиращи тази структура. T. arr., ER характеризира приноса на цикличния. конюгиране към (обща енергия, топлина на атомизация) съединения.

Предложени са редица теоретични методи. ER оценки. Те се различават по обр. изборът на структура за сравнение (т.е. структура, в която цикличното спрежение е нарушено) с цикличен. форма. Обичайният подход за изчисляване на ER е да се сравнят електронните енергии на цикличния. структура и сумата от енергиите на всички изолирани, съдържащи се в нея. Въпреки това, изчислената t. ER, независимо от използвания квантов химикал. метод имат тенденция да се увеличават с размера на системата. Това често противоречи на експериментите. данни за St.-wah аромат. системи. И така, ароматността в серията полиаценовбензен (I), (XII), (XIII), тетрацен (XIV) намалява (например, тенденцията към добавяне се увеличава, редуването на дължините на връзките се увеличава) и ER (дадено в единици = 75 kJ /) увеличение:

Този недостатък е лишен от величината на ER, изчислена чрез сравняване на електронните енергии на цикличния. структура и подобни ациклични. конюгиран fullen (M. Dewar, 1969). Изчислено t. количествата обикновено се наричат ​​ER Dewar (ERD). Например, ERD (1,013) се изчислява чрез сравняването му с 1,3,5-хексатриен, а ERD на циклобутадиен се изчислява чрез сравняването му = = с 1,3-бутадиен.

Връзки с положителни Стойностите на ERD се наричат ​​ароматни, с отрицателни стойности - антиароматни, а със стойности на ERD, близки до нула - до неароматни. Въпреки че стойностите на ERD варират в зависимост от квантово-химичните приближения. метод на изчисление, препраща. редът им практически не зависи от избора на метод. По-долу са ERD за един (ERD / e; в единици), изчислени от модификациите. Хюкел:

Наиб. ERD / e, тоест наиб. ароматен, притежава. Намаляването на ERD/e отразява намаляване на ароматните. св. Тези данни са в добро съответствие с преобладаващите представи за проявите на ароматност.

Магнитни критерии за ароматност.Циклични. конюгацията води до появата на пръстенов ток, който причинява екзалтация на диамагнетика. чувствителност. Тъй като величината на пръстеновия ток и екзалтацията отразяват ефективността на цикличността. спрежения, те могат б. използвани като количества. мярка за ароматност.

Съединенията са ароматни, в които се поддържат индуцирани диамагнитни електронни пръстенни токове (диатропни системи). В случай на пръстени (n = 0,1,2...) има пряка пропорционалност между силата на пръстеновия ток и големината на ERD. Въпреки това, за неалтернативни (напр.) и хетероциклични. конн. тази зависимост се влошава. В някои случаи системата може. както диатропни, така и антиароматни, например. бициклодекапентаен.

Наличието на индуктори. пръстенов ток в цикличен. спрегнати системи се проявява характерно в спектрите на протон магн. резонанс (PMR), т.к токът създава анизотропно магнитно поле. поле, което значително влияе върху хим. смени, свързани с пръстени. Сигнали, разположени във вътр. ароматни части. пръстени са изместени към силното поле, а сигналите, разположени по периферията на пръстена - към слабото поле. Да, вътрешно (форма VI) и (VII) се появяват съответно при -60°C в PMR спектъра. на 0.0 и -2.99м. д., а външно - при 7,6 и 9,28 ppm.

За антиаромат анулиновите системи, напротив, се характеризират с парамагнетизъм. пръстенови токове, водещи до изместване вътр. в силно поле (паратропични системи). Да, хим. смяна вътр. е само 4,8 ppm.

Структурни критерии за ароматичност.Най-важните структурни характеристики са неговата планарност и пълна равномерност на връзките. може да се счита за ароматен, ако дължините на въглерод-въглеродните връзки в него са в диапазона от 0,136-0,143 nm, т.е. близо до 0.1397 nm за (I). За нециклични спрегнати полиенови структури, дължините на C-C връзката са 0,144-0,148 nm, а C=C връзките са 0,134-0,135 nm. Още по-голямо редуване на дължините на връзките е характерно за антиароматичните. структури. Това се подкрепя от строги неемпирични данни. геометрични изчисления. параметри на циклобутадиен и експеримент. данни за неговите производни.

Предложена разл. изрази за количества. характеристиките на ароматността според степента на редуване на дължините на връзките, например. за индекса на ароматност (HOMA d) се въвежда:

където a = 98.89, X r е дължината на r-тата връзка (в A), n е броят на връзките. За