Wat is de eigenaardigheid van de structuur van aromatische structuren. Aromatische koolwaterstoffen (arenen): classificatie, nomenclatuur en isomerie, fysische eigenschappen

De structuur van het benzeenmolecuul

Isomerie en nomenclatuur van aromatische koolwaterstoffen

Fysische eigenschappen van aromatische koolwaterstoffen

Chemische eigenschappen van aromatische koolwaterstoffen

Benzeen homologen

Gedetailleerd lezingenprogramma
opmerkingen over het tweede deel van de cursus

Aromatische koolwaterstoffen- verbindingen van koolstof en waterstof, in het molecuul waarvan zich een benzeenring bevindt. De belangrijkste vertegenwoordigers van aromatische koolwaterstoffen zijn benzeen en zijn homologen - de producten van vervanging van een of meer waterstofatomen in het benzeenmolecuul voor koolwaterstofresiduen.

De eerste aromatische verbinding, benzeen, werd in 1825 ontdekt door M. Faraday. De moleculaire formule werd vastgesteld - C 6 H 6. Als we de samenstelling vergelijken met de samenstelling van de verzadigde koolwaterstof met hetzelfde aantal koolstofatomen - hexaan (C 6 H 14), dan kunnen we zien dat benzeen acht waterstofatomen minder bevat. Zoals bekend leidt het verschijnen van meerdere bindingen en cycli tot een afname van het aantal waterstofatomen in een koolwaterstofmolecuul. In 1865 stelde F. Kekule zijn structuurformule voor als cyclohexantrieen-1,3,5.

Het molecuul dat overeenkomt met de Kekule-formule bevat dus dubbele bindingen, daarom moet benzeen een onverzadigd karakter hebben, d.w.z. het is gemakkelijk om additiereacties aan te gaan: hydrogenering, bromering, hydratatie, enz.

Talrijke experimentele gegevens hebben echter aangetoond dat benzeen treedt alleen onder zware omstandigheden in additiereacties(bij hoge temperaturen en verlichting), bestand tegen oxidatie. Het meest kenmerkend zijn de substitutiereacties daarom is benzeen qua karakter dichter bij verzadigde koolwaterstoffen.

In een poging deze inconsistenties te verklaren, hebben veel wetenschappers verschillende versies van de structuur van benzeen voorgesteld. De structuur van het benzeenmolecuul werd uiteindelijk bevestigd door de reactie van zijn vorming uit acetyleen. In feite zijn de koolstof-koolstofbindingen in benzeen equivalent en hun eigenschappen zijn niet vergelijkbaar met die van enkele of dubbele bindingen.

Momenteel wordt benzeen aangeduid met de Kekule-formule of met een zeshoek waarin een cirkel is afgebeeld.

Dus wat is de eigenaardigheid van de structuur van benzeen?

Op basis van onderzoeksgegevens en berekeningen werd geconcludeerd dat alle zes koolstofatomen zich in de staat van sp 2 hybridisatie bevinden en in hetzelfde vlak liggen. De niet-gehybridiseerde p-orbitalen van koolstofatomen die dubbele bindingen vormen (de formule van Kekule) staan loodrecht op het vlak van de ring en evenwijdig aan elkaar.

Ze overlappen elkaar en vormen een enkel π-systeem. Het systeem van afwisselende dubbele bindingen weergegeven in de Kekule-formule is dus een cyclisch systeem van geconjugeerde, overlappende π-bindingen. Dit systeem bestaat uit twee torusvormige (donutachtige) gebieden met elektronendichtheid die aan weerszijden van de benzeenring liggen. Het is dus logischer om benzeen af te beelden als een regelmatige zeshoek met een cirkel in het midden (π-systeem) dan als cyclohexantrieen-1,3,5.

De Amerikaanse wetenschapper L. Pauling stelde voor om benzeen weer te geven in de vorm van twee grensstructuren die verschillen in de verdeling van elektronendichtheid en constant in elkaar transformeren:

De gemeten bindingslengtes bevestigen deze veronderstelling. Het bleek dat alle C-C-bindingen in benzeen dezelfde lengte hebben (0,139 nm). Ze zijn iets korter dan enkele C-C-bindingen (0,154 nm) en langer dan dubbele (0,132 nm).

Er zijn ook verbindingen waarvan de moleculen verschillende cyclische structuren bevatten, bijvoorbeeld:

Voor benzeen homologen kenmerkend is de isomerie van de positie van verschillende substituenten. De eenvoudigste homoloog van benzeen is tolueen(methylbenzeen) - heeft dergelijke isomeren niet; de volgende homoloog wordt gepresenteerd als vier isomeren:

De basis van de naam van een aromatische koolwaterstof met kleine substituenten is het woord benzeen. Atomen in een aromatische ring zijn genummerd beginnend van senior adjunct tot junior:

Als de substituenten hetzelfde zijn, dan nummering wordt uitgevoerd volgens het kortste pad: bijvoorbeeld, stof:

genaamd 1,3-dimethylbenzeen, niet 1,5-dimethylbenzeen.

Volgens de oude nomenclatuur worden posities 2 en 6 orthoposities genoemd, 4 - para-, 3 en 5 - metaposities.

Benzeen en zijn eenvoudigste homologen onder normale omstandigheden - zeer giftige vloeistoffen met een karakteristieke onaangename geur. Ze zijn slecht oplosbaar in water, maar goed - in organische oplosmiddelen.

substitutie reacties. Aromatische koolwaterstoffen gaan substitutiereacties aan.

1. Bromering. Bij reactie met broom in aanwezigheid van een katalysator, ijzer (III) bromide, kan een van de waterstofatomen in de benzeenring worden vervangen door een broomatoom:

2. Nitratie van benzeen en zijn homologen. Wanneer een aromatische koolwaterstof een interactie aangaat met salpeterzuur in aanwezigheid van zwavelzuur (een mengsel van zwavelzuur en salpeterzuur wordt een nitrerend mengsel genoemd), wordt een waterstofatoom vervangen door een nitrogroep - NO 2:

Vermindering van nitrobenzeen wordt verkregen aniline- een stof die wordt gebruikt om anilinekleurstoffen te verkrijgen:

Deze reactie is vernoemd naar de Russische chemicus Zinin.

Toevoeging reacties. Aromatische verbindingen kunnen ook additiereacties aangaan met de benzeenring. In dit geval worden cyclohexaan en zijn derivaten gevormd.

1. Hydrogenering. De katalytische hydrogenering van benzeen verloopt bij een hogere temperatuur dan de hydrogenering van alkenen:

2. chlorering. De reactie verloopt onder belichting met ultraviolet licht en is een vrije radicaal:

Chemische eigenschappen van aromatische koolwaterstoffen - compendium

De samenstelling van hun moleculen komt overeen met de formule CnH2n-6. De dichtstbijzijnde homologen van benzeen zijn:

Alle benzeenhomologen na tolueen hebben isomeren. Isomerie kan worden geassocieerd met zowel het aantal en de structuur van de substituent (1, 2), als met de positie van de substituent in de benzeenring (2, 3, 4). Verbindingen van de algemene formule C 8 H 10 :

Volgens de oude nomenclatuur die wordt gebruikt om de relatieve positie van twee identieke of verschillende substituenten in de benzeenring aan te geven, worden voorvoegsels gebruikt ortho-(afgekort als o-) - substituenten bevinden zich op naburige koolstofatomen, meta-(m-) - door één koolstofatoom en paar-(p-) - substituenten tegen elkaar.

De eerste leden van de homologe reeks benzeen zijn vloeistoffen met een specifieke geur. Ze zijn lichter dan water. Het zijn goede oplosmiddelen. Benzeenhomologen gaan substitutiereacties aan:

bromering:

nitratie:

Tolueen wordt geoxideerd door permanganaat bij verhitting:

Referentiemateriaal voor het slagen voor de test:

periodiek systeem

Oplosbaarheidstabel:

bijv. volgens Bayer

bijv. volgens D H van kcal/m (therm. beeld)

bijv. door D H van 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).

Verbrandingswarmte per CH 2 groep, kcal/m

KLEINE CYCLI

166,6 (C3), 164,0 (C4)

NORMAAL

158,7 (C5), 157,4 (C6)

MIDDEN TOT C 12 (C 13)

MACROFIETSEN > C 13

Het gedetailleerde lezingenprogramma en commentaar op het tweede deel van de algemene cursus van lezingen in organische chemie (PPL) zijn gebaseerd op het programma van de algemene cursus organische chemie, ontwikkeld aan de afdeling Organische Chemie, Faculteit der Scheikunde, Staatsuniversiteit van Moskou . PPL onthult de vulling van het tweede deel van de algemene cursus van colleges met feitenmateriaal over de theorie en praktijk van de organische chemie. PPL is primair bedoeld voor 3e jaars studenten die zich goed en redelijk snel willen voorbereiden op examens en colloquia en willen weten hoeveel kennis een student moet hebben om een excellent cijfer op het examen te halen. De PPL's zijn zo opgesteld dat het verplichte materiaal van het programma in normale tekst is gedrukt, het optionele materiaal in cursief, al moet worden erkend dat een dergelijke indeling soms nogal willekeurig is.

Een van de doelen van deze handleiding is om studenten te helpen bij het correct en nauwkeurig samenstellen van een collegesamenvatting, het structureren van de stof, het leggen van de juiste accenten in de opname, het scheiden van de benodigde stof van het secundaire bij het zelfstandig werken met een samenvatting of leerboek. Opgemerkt moet worden dat ondanks de wijdst verspreide verspreiding van moderne lesmethoden en de beschikbaarheid van een verscheidenheid aan educatief materiaal in studieboeken en op internet, alleen zelfstandig volhardend, zo niet hard werken aan het maken van aantekeningen (colleges, studieboeken, ander materiaal), op seminars kan het zelfstandig schrijven van de belangrijkste vergelijkingen en mechanismen en het zelfstandig oplossen van synthetische problemen leiden tot succes bij de studie van de organische chemie (en ook in andere vakken). De auteurs zijn van mening dat het luisteren naar een collegereeks de basis vormt voor de studie van organische chemie en alle onderwerpen behandelt die voor het examen zijn ingediend. De beluisterde lezingen en de gelezen leerboeken blijven echter passieve kennis totdat de stof wordt geconsolideerd op seminars, colloquia, bij het schrijven van tests, tests en het analyseren van fouten. Er zijn geen vergelijkingen van chemische reacties en mechanismen van de belangrijkste processen in PPL. Dit materiaal is beschikbaar in hoorcolleges en studieboeken. Elke student moet zelf enige kennis verwerven: schrijf de belangrijkste reacties, mechanismen, en liefst meer dan eens (zelfstandig werken met aantekeningen, met een tekstboek, colloquium). Alleen wat wordt verkregen door onafhankelijk, nauwgezet werk, wordt lang onthouden en wordt actieve kennis. Wat gemakkelijk te verkrijgen is, gaat gemakkelijk verloren of vergeten, en dit geldt niet alleen in verband met het verloop van de organische chemie.

Naast programmamaterialen bevat deze ontwikkeling een aantal hulpmaterialen die tijdens colleges zijn gedemonstreerd en die volgens de auteurs nodig zijn voor een beter begrip van de organische chemie. Deze hulpmaterialen (cijfers, tabellen, enz.), zelfs als ze in een normaal lettertype zijn afgedrukt, zijn meestal niet bedoeld om letterlijk te onthouden, maar zijn nodig om trends in veranderingen in de eigenschappen of reactiviteit van organische verbindingen te beoordelen. Aangezien de hulpmaterialen die tijdens colleges, figuren en tabellen worden getoond, moeilijk volledig en nauwkeurig in een samenvatting kunnen worden opgeschreven, is de plaatsing van deze materialen in deze ontwikkeling bedoeld om cursisten te helpen de leemten in notities en notities op te vullen en zich te concentreren op hoorcolleges niet over stenocijfers en tabellen, maar over perceptie en begrip van de door de docent besproken stof.

AROMATICITEIT.

1. Alifatische (van het Grieks αλιφατικό - olie, vet) en aromatische (αρωματικόσ - wierook) verbindingen (XIX eeuw).

2. Ontdekking van benzeen (Faraday, 1825). De structuur van benzeen (Kekule, 1865). o-, m-, p-isomeren, ortho-xyleen.

3. Andere voorgestelde formules voor benzeen (Ladenburg, Dewar, Thiele, en anderen). Benzeenisomeren (prisman, bicyclohexa-2,5-dieen, benzvaleen, fulveen).

4. Hückel moleculaire orbitale methode. Onafhankelijke beschouwing van σ- en π-bindingen (d.w.z. gevormd door sp 2 en p-orbitalen). Moleculaire orbitalen van benzeen (drie orbitalen binden: één orbitaal heeft geen knopen, twee orbitalen hebben elk één knoopvlak, ze zijn allemaal bezet, er zitten maar 6 elektronen op; drie orbitalen worden losser. Twee ervan hebben 2 knoopvlakken, de hoogste energie losmakende orbitaal heeft drie knoopvlakken, antibindende orbitalen zijn niet bezet.

Het concept van de Frost-cirkel voor benzeen, cyclobutadieen en cyclooctatetraeen.

De regel van Hückel. VLAK, MONOCYCLI, GECONJUCEERD koolwaterstoffen zullen aromatisch zijn als de cyclus bevat: (4n+2) π - elektronen.

anti-aromatische verbindingen. niet-aromatische verbindingen. Cyclooctatetraeen.

5. Beschrijving van benzeen volgens de methode van "valentieschema's", resonantietheorie (Pauling), mesomerie, gebruik van beperkende structuren.

6. Geannuleerd. Metanoannulled. aromatische ionen. gecondenseerde koolwaterstoffen. Heterocycli.

Een paar opmerkingen over de stabiliteit van annullens.

-vernietigd - niet vlak, kan niet aromatisch zijn.

1,6-methaan-- geannuleerd- vlak, (behalve de brug natuurlijk!), het is aromatisch.

Annuleen is een niet-aromatisch polyeen, stabiel beneden -70°C.

-vernietigd geen vlakke cycli als er geen 2 bruggen zijn. Daarom zijn ze niet aromatisch.

Annuleen zijn gewone polyenen.

-vernietigd- vlak, aromatisch. Ken de eigenaardigheid van zijn PMR-spectrum!

7. Gedetailleerde overweging AROMATISCHE CRITERIA.

Aromaticiteitscriteria – kwantummechanische – aantal p-elektronen 4n+2(Hückel's regel), zie opmerkingen hieronder.

Energie (verhogen van de thermodynamische stabiliteit door delokalisatie van elektronen, de zogenaamde delokalisatie energie - ED).

ED in benzeen: (6a + 8β) - (6a + 6β) (voor cyclohexatrieen) \u003d 2β \u003d 36 kcal / mol of 1,56 eV - dit is EER (empirische resonantie-energie).

Er zijn nog verschillende manieren om de resonantie-energie te berekenen: verticale resonantie-energie (ook bekend als ED volgens Hückel, gemeten in eenheden van de integraal β, voor benzeen is dit 0,333), gebeurt nog steeds (bij 5++) ERD (d.w.z. Dewar-resonantie-energie, per 1 elektron, 0,145 eV voor benzeen), gebeurt nog steeds (bij 5+++) Hess-Schaad ER, voor benzeen: 0,065 eV, dan hetzelfde als EDNOE in het leerboek Reutov, Kurts, Butin. Het gebeurt ook (op 5++++) FER (topologische ER). Toch "is er veel in de wereld, vriend Horatio, waar onze wijzen nooit van hebben gedroomd" (W. Shakespeare).

Het energiecriterium is het meest onhandige en duistere van allemaal. De energiewaarden voor dit criterium worden altijd berekend, omdat het in de regel onmogelijk is om het overeenkomstige niet-aromatische molecuul ter vergelijking te selecteren. Daarom moet men kalm zijn over het feit dat er veel verschillende schattingen zijn van de delokalisatie-energie, zelfs voor klassieke aromatische moleculen, en voor complexere systemen zijn deze waarden volledig afwezig. Men kan nooit verschillende aromatische systemen vergelijken in termen van delokalisatie-energieën - men kan niet concluderen dat molecuul A aromatischer is dan molecuul B, omdat de delokalisatie-energie groter is.

Structureel - een zeer belangrijk, zo niet het belangrijkste criterium, aangezien het geen theoretisch, maar experimenteel karakter heeft. De specificiteit van de geometrie van de moleculen van aromatische verbindingen ligt in de neiging om coplanaire rangschikking van atomen en uitlijning van bindingslengtes. Benzeen heeft een perfecte uitlijning van bindingslengtes - alle zes CC-bindingen zijn even lang. Voor complexere moleculen is de uitlijning niet perfect, maar significant. Als criterium wordt een maat genomen voor de relatieve afwijking van de lengtes van geconjugeerde bindingen van de gemiddelde waarde. Hoe dichter bij nul, hoe beter. Deze hoeveelheid kan altijd worden geanalyseerd als er structurele informatie beschikbaar is (experimenteel of uit hoogwaardige kwantumchemische berekeningen). De trend naar coplanariteit is te wijten aan het voordeel van collineaire assen van atomaire R-orbitalen vanwege hun effectieve overlap. De vraag rijst: welke afwijking van de vlakke opstelling is toelaatbaar zonder verlies van aromaticiteit? Voorbeelden van vlakvervorming in aromatische moleculen worden in de lezing gegeven, ze zijn ook terug te vinden in de vakliteratuur (zie hieronder, p. 20).

Magnetisch (de aanwezigheid van een ringstroom is een diatroop systeem, het effect op de chemische verschuivingen van protonen buiten en binnen de ring, voorbeelden zijn benzeen en -annuleen). Het meest geschikte en toegankelijke criterium, aangezien het 1H NMR-spectrum voldoende is voor de evaluatie ervan. Voor een nauwkeurige bepaling worden theoretische berekeningen van chemische verschuivingen gebruikt.

Wat is diatropisme?

Chemisch - een neiging tot substitutiereacties, niet tot toevoeging. Het meest voor de hand liggende criterium dat de chemie van aromatische verbindingen duidelijk onderscheidt van de chemie van polyenen. Maar het lukt niet altijd. In ionische systemen (bijvoorbeeld in cyclopentadienylanion of tropyliumkation) kan substitutie niet worden waargenomen. Substitutiereacties vinden soms plaats op niet-aromatische systemen, en aromatische systemen zijn altijd tot op zekere hoogte in staat tot additiereacties. Daarom is het juister om het chemische criterium een TEKEN van aromaticiteit te noemen.

8. HET CONCEPT AROMATICITEIT. TEKENS EN CRITERIA VAN AROMATICITEIT. - Opmerkingen

Aromaticiteit - een concept dat een reeks speciale structurele, energie- en magnetische eigenschappen kenmerkt, evenals kenmerken van de reactiviteit van cyclische structuren met een systeem van geconjugeerde bindingen.

Hoewel aromaticiteit een van de belangrijkste en meest vruchtbare concepten in de chemie is (niet alleen organisch), - er is geen algemeen aanvaarde korte definitie dit begrip. Aromaticiteit wordt begrepen door een reeks speciale kenmerken (criteria) die tot op zekere hoogte inherent zijn aan een aantal cyclische geconjugeerde moleculen. Sommige van deze criteria zijn van experimentele, waarneembare aard, maar het andere deel is gebaseerd op de kwantumtheorie van de moleculaire structuur. Aromaticiteit heeft een kwantumkarakter. Het is onmogelijk om aromaticiteit te verklaren in termen van klassieke structuurtheorie en resonantietheorie.

Doe het niet verwar aromaticiteit met delokalisatie en conjugatie. Polyeenmoleculen (1,3-butadieen, 1,3,5-hexatrieen, enz.) vertonen een uitgesproken neiging tot elektronendelokalisatie (zie 1e semester, dieenchemie) en de vorming van een enkele geconjugeerde elektronische structuur, die zich manifesteert in spectra (allereerst elektronische absorptiespectra), enige verandering in de lengte en volgorde van bindingen, energiestabilisatie, speciale chemische eigenschappen (elektrofiele 1,4-toevoeging in het geval van dienen, enz.). Delokalisatie en conjugatie zijn noodzakelijke, maar niet voldoende voorwaarden voor aromaticiteit. Aromaticiteit kan worden gedefinieerd als de eigenschap waarin de geconjugeerde ring van onverzadigde bindingen een grotere stabiliteit vertoont dan zou worden verwacht met slechts één conjugatie. Deze definitie kan echter niet worden gebruikt zonder experimentele of berekende gegevens over de stabiliteit van het cyclisch geconjugeerde molecuul.

Om een molecuul aromatisch te laten zijn, moet het bevatten: ten minste een fiets, iedereen uit de atomen waarvan het geschikt is voor de vorming van een aromatisch systeem R-orbitaal. Aromatisch in de volle zin van het woord wordt beschouwd (als de criteria hieronder worden vermeld) is precies deze cyclus (ring, ringsysteem).

Er zouden 4n+2 (dat wil zeggen 2, 6, 10, 14, 18, 22, enz.) elektronen in deze cyclus moeten zijn.

Deze regel wordt Hückel's aromaticiteitsregel of criterium genoemd. De bron van deze regel zijn de sterk vereenvoudigde kwantumchemische berekeningen van geïdealiseerde cyclische polyenen, gemaakt aan het begin van de ontwikkeling van de kwantumchemie. Verder onderzoek heeft aangetoond dat deze eenvoudige regel in wezen correcte voorspellingen van de aromatiteit geeft, zelfs voor zeer complexe reële systemen.

De regel moet echter correct worden gebruikt, anders kan de voorspelling onjuist zijn. Hieronder volgen algemene aanbevelingen.

Molecuul met ten minste één aromatische ring heeft het recht om aromatisch worden genoemd, maar deze generalisatie mag niet worden misbruikt. Het is dus duidelijk dat styreen een benzeenring bevat en daarom een aromatisch molecuul kan worden genoemd. Maar we zijn misschien ook geïnteresseerd in de dubbele binding van ethyleen in styreen, die geen directe relatie heeft met aromaticiteit. Vanuit dit oogpunt is styreen een typisch geconjugeerd olefine.

Vergeet nooit dat scheikunde een experimentele wetenschap is en dat geen enkele theoretische redenering kennis over de werkelijke eigenschappen van stoffen kan vervangen of vervangen. Theoretische concepten, zelfs zo belangrijk als aromaticiteit, helpen alleen om deze eigenschappen beter te begrijpen en bruikbare generalisaties te maken.

Welke orbitalen worden geschikt geacht voor de vorming van een aromatisch systeem?– Alle orbitalen loodrecht op het vlak van de cyclus, en

a) eigendom opgenomen in de cyclus meerdere (endocyclische dubbele of drievoudige) bindingen;

b) overeenkomend met eenzame elektronenparen in heteroatomen (stikstof, zuurstof, enz.) of carbanionen;

c) overeenkomend met zes-elektronen (sextet) centra, in het bijzonder carbokationen.

Merk op dat de vermelde fragmenten a), b), c) een even aantal elektronen aan het totale systeem geven: alle meervoudige bindingen - 2 elektronen, alleenstaande paren - 2 elektronen, lege orbitalen - 0 elektronen.

Wat is niet geschikt of draagt niet bij aan het aromatische systeem:

a) oniumvormen van kationcentra- dat wil zeggen, kationen die een volledig octet aan elektronen bevatten. In dit geval breekt zo'n centrum het geconjugeerde systeem, bijvoorbeeld N-methylpyrrool is aromatisch (6 elektronen in de cyclus) en N,N-dimethylpyrrolium is niet-aromatisch (ammoniumstikstof draagt niet bij aan het π-systeem) :

Let op - als het oniumcentrum deel uitmaakt van een meervoudige binding, dan is het de meervoudige binding die betrokken is bij de vorming van het aromatische systeem, daarom is bijvoorbeeld N-methylpyridinium aromatisch (6 π-elektronen, twee van elk van de drie meervoudige bindingen).

Een zeer grote hulp bij het overwegen van vergelijkbare systemen is het concept iso-elektronica. Iso-elektronische systemen zijn meestal vergelijkbaar in termen van aromaticiteit. In die zin is N-methylpyridinium bijvoorbeeld iso-elektronisch ten opzichte van methylbenzeen. Beide zijn duidelijk aromatisch.

b) eenzame paren die in het vlak van de ring liggen. Op een enkel atoom kan slechts één π-orbitaal bijdragen aan een aromatisch systeem. Daarom draagt in het cyclopentadienylanion het carbanioncentrum 2 elektronen bij, en in het fenylanion draagt het koolstofatoom van het carbanioncentrum 1 elektron bij, zoals in het benzeenmolecuul. Het fenylanion is iso-elektronisch ten opzichte van pyridine en het cyclopentadienylanion is iso-elektronisch ten opzichte van pyrrool.

Alle zijn aromatisch.

c) Exocyclische dubbele binding of radicaal centrum. Dergelijke structuren zijn meestal niet-aromatisch, hoewel elke dergelijke structuur heeft speciale aandacht nodig met de betrokkenheid van echte experimentele gegevens .

Chinonen zijn bijvoorbeeld niet-aromatisch, hoewel a) ze platte, volledig geconjugeerde ringen hebben die 6 elektronen bevatten (vier van de twee meervoudige bindingen in de ring plus twee van de twee exocyclische bindingen).

De aanwezigheid in een of andere geconjugeerde structuur van de zogenaamde chinoïdefragmenten, dat wil zeggen bindingssystemen met twee exocyclische dubbele bindingen, is altijd een bron van instabiliteit en bevordert processen die het systeem met het chinoïdefragment in een normaal aromatisch systeem transformeren. Antraceen is dus een aromatisch systeem met 14 elektronen dat een chinoïdefragment bevat, daarom voegt antraceen gemakkelijk broom of diënofielen toe, aangezien er al twee volwaardige aromatische benzeenringen in de producten zijn:

Aromaticiteit van polycyclische structuren is een nogal moeilijk theoretisch probleem. Formeel gezien, als een systeem ten minste één benzeenring bevat, kan het als aromatisch worden beschouwd. Een dergelijke benadering maakt het echter niet mogelijk om de eigenschappen van het molecuul als geheel te beschouwen.

De moderne benadering van polycyclische systemen is erin te vinden alle mogelijke aromatische subsystemen, beginnend met de grootste - de buitencontour. In die zin kan naftaleen bijvoorbeeld worden weergegeven als een gemeenschappelijk 10-elektronensysteem (buitenste lus) en twee identieke benzeenringen met 6 elektronen.

Als de buitencontour niet aromatisch is, moet gezocht worden naar kleinere aromatische contouren. Zo heeft difenyleen bijvoorbeeld 12 elektronen in de buitencontour, wat niet overeenkomt met de regel van Hückel. We kunnen echter gemakkelijk twee praktisch onafhankelijke benzeenringen in deze verbinding vinden.

Als bicyclische koolwaterstoffen vlak zijn en dubbele bindingen hebben, werkt de regel van Hückel voor bi- en polycyclische koolwaterstoffen die één binding gemeen hebben ( naftaleen, antraceen, fenantreen, enz., evenals azuleen). De regel van Hückel werkt niet goed voor gecondenseerde cycli met een koolstofatoom dat 3 cycli gemeen hebben. De regel voor het tellen van elektronenparen volgens de methode "rond de omtrek of langs een van de contouren gaan" kan in dit geval bijvoorbeeld helpen:

acenaftyleen pyreen peryleen

som van π-elektronen: 12 16 20

inclusief langs de omtrek, 10 14 18 (langs de naftaleencontour - 10 en 10)

Voor dergelijke complexe cycli werkt deze regel echter niet altijd. Bovendien zegt het niets over de feitelijke eigenschappen van het molecuul. Zo heeft acenaftyleen een regelmatige dubbele binding tussen atomen 1 en 2.

Verschillende voorbeelden van iso-elektronische aromatische heterocycli.

PYRROLE – FURAN – THIOPHEEN (6 .)π elektronen) .

PYRIDINE– PYRIDINIUM– PYRILIUS (6 .)π elektronen) .

Pyridazine - PYRIMIDINE– pyrazine (6 π elektronen) .

Oxazolen - thiazolen - IMIDAZOL (6 .)π elektronen) .

INDOL– QUINOLINE (10 .)π elektronen) .

Over "noten" . In de educatieve literatuur worden aromatische cycli vaak aangeduid met een cirkel in een veelhoek. Wij stellen met zekerheid vast dat deze wijze van aanduiding waar mogelijk in alle gevallen vermeden dient te worden. Waarom?

Omdat:

a) in complexe polycyclische structuren hebben cirkels geen duidelijke betekenis en laten ze niet toe om te begrijpen waar aromaticiteit leeft - in afzonderlijke cycli of als geheel. Als u "noten" tekent, bijvoorbeeld antraceen, dan zal het niet duidelijk zijn wat de reden is voor de "niet-helemaal-aromatische" en uitgesproken dieen-eigenschappen

b) zelfs de meest klassieke aromatische systemen zoals benzeen en zijn derivaten kunnen niet-aromatische polyeeneigenschappen vertonen, waarvoor het noodzakelijk is om de structuur van meervoudige bindingen te zien.

c) het is de Kekul-structuur die nodig is om de effecten van substituenten te beschouwen met behulp van een onmisbaar hulpmiddel - resonante structuren. "Nut" is in dit opzicht volkomen vruchteloos. Dus, met behulp van de Kekule-formule, zullen we de oorzaak van een hoge zuurgraad perfect begrijpen P-nitrofenol en felgele kleur P-nitrofenolaat. En wat gaan we doen met de "noot"?

Een eenvoudige "Kekul-Butler"-methode verdient de voorkeur, die overeenkomt met de klassieke structuurtheorie en expliciet meerdere bindingen aangeeft. Als je zo'n klassieke structuur hebt getekend, kun je altijd redeneren over de aromaticiteit of niet-aromaticiteit met behulp van de juiste regels en criteria. Het is de klassieke Kekul-structuur die in alle toonaangevende internationale chemische tijdschriften als de standaard wordt aanvaard.

En wanneer cirkels nog steeds gepast zijn? Om niet-benzenoïde aromatische systemen aan te duiden, in het bijzonder geladen. In dit geval is de klassieke notatie wat onhandig en laat deze geen delokalisatie van de lading zien.

Het is ook moeilijk om zonder cirkels te stellen in de organometaalchemie, waar aromatische systemen vaak de rol van liganden spelen. Probeer de structuur van ferroceen of andere complexen die een cyclopentadienylligand bevatten zonder cirkels weer te geven!

vlakheid. Een ring die claimt aromatisch te zijn en het gewenste continue systeem van p-orbitalen bevat, moet vlak(of bijna plat). Deze vereiste is een van de meest onaangename, omdat het niet gemakkelijk is om "met het oog" te bepalen welke cyclus plat is en welke niet. De volgende punten kunnen als eenvoudige tips worden beschouwd:

a) cyclische geconjugeerde systemen die 2 of 6 elektronen bevatten en die voldoen aan de beschouwde voorwaarden, in de regel vlak en aromatisch. Dergelijke systemen worden meestal geïmplementeerd in cycli van kleine en middelgrote (2-8 leden);

b) cyclische ionische systemen met 2, 6, 10, 14 elektronen zijn praktisch noodzakelijkerwijs aromatisch, aangezien aromaticiteit de reden is voor het bestaan en de stabiliteit van dergelijke ionen;

c) neutrale systemen met 10, 14, 18 of meer elektronen in één enkele grote ring, daarentegen, hebben bijna altijd aanvullende maatregelen nodig om de platte structuur te stabiliseren in de vorm van extra bruggen, aangezien de energiewinst door de vorming van een groot aromatisch systeem compenseert niet de energie van stress die ontstaat in macrocycli, noch de entropie die verloren gaat tijdens de vorming van een enkele platte structuur.

Aandacht : Het lezen van de volgende paragraaf wordt sterk afgeraden voor mensen met een zwakke en onstabiele kennis. Iedereen met een rating van minder dan 99 punten, kunnen sla deze paragraaf over.

Antiaromaticiteit. Systemen die voldoen aan alle hierboven besproken voorwaarden (platte cycli met een continu systeem van π-orbitalen), maar het aantal elektronen is 4n, worden als anti-aromatisch beschouwd - d.w.z. niet-bestaand. Maar als we in het geval van aromaticiteit te maken hebben met echte moleculen, dan is het probleem ingewikkelder in het geval van anti-aromaticiteit. Het is belangrijk om te begrijpen dat een echt anti-aromatisch systeem niet minimaal, maar maximaal potentiële energie heeft, dat wil zeggen dat het geen molecuul is, maar een overgangstoestand. Antiaromaticiteit is een puur theoretisch concept dat beschrijft waarom sommige cyclische geconjugeerde systemen ofwel volledig onstabiel zijn en zelfs niet ten koste van enorme inspanningen konden worden verkregen, of duidelijke neigingen vertonen om te bestaan in de vorm van een gewoon polyeen met afwisselend enkele en meervoudige bindingen.

Bijvoorbeeld cyclobutadieen zou zijn anti aromatisch als het bestond als een vierkant molecuul met bindingen van dezelfde lengte. Maar in de natuur bestaat zo'n vierkant molecuul niet. Dus de juiste manier om dit te zeggen is: het hypothetische vierkant cyclobutadieen is anti-aromatisch, en Daarom bestaat niet. Experimenteel werden gesubstitueerde cyclobutadienen geïsoleerd bij zeer lage temperaturen, maar het bleken typische niet-aromatische dienen te zijn qua structuur - ze hadden een duidelijk verschil tussen korte dubbele bindingen en lange enkelvoudige bindingen.

Werkelijk bestaande vlakke geconjugeerde moleculen met 4n-elektronen zijn altijd zeer reactieve niet-aromatische polyenen. Zo bestaat benzocyclobutadieen echt (8 elektronen in het buitenste circuit), maar heeft het de eigenschappen van een extreem actief dieen.

Anti-aromatisch - extreem belangrijk concept in de theorie van aromaticiteit. De theorie van aromaticiteit voorspelt zowel het bestaan van bijzonder stabiele aromatische systemen als de instabiliteit van anti-aromatische systemen. Beide polen zijn belangrijk.

Antiaromaticiteit is een zeer belangrijk concept in de chemie. Alle onverzadigde geconjugeerde cyclische systemen die een anti-aromatisch aantal π-elektronen bevatten, hebben altijd een zeer hoge reactiviteit bij verschillende additiereacties.

9. Triviale voorbeelden van de synthese van niet-benzenoïde aromatische ionen.

Cyclopropenyliumkation, tropyliumkation

Cyclopentadienylide-anion. Aromatische carbocyclische anionen С8, С10, С14.

10. Optioneel: pogingen om anti-aromatische moleculen te synthetiseren - cyclobutadieen, cyclopentadienyliumkation.

Ontwikkeling van het concept van aromaticiteit. Cyclobutadieen ijzer tricarbonyl. Volumetrische, sferische aromaticiteit, homoaromaticiteit, enz.

11. Verkrijgen van aromatische koolwaterstoffen.

1. industriële bronnen- olie en kolen.

Hervormen. Keten: heptaan - tolueen - benzeen - cyclohexaan.

2. Laboratorium methoden:

a) de Wurtz-Fittig-reactie (een verouderde methode, die nogal van historisch belang is, doe het niet toepassen op het oplossen van problemen)

b) katalytische trimerisatie van acetyleen,

c) door zuur gekatalyseerde trimerisatie van aceton en andere ketonen;

d) kruiskoppeling, zowel niet-katalytisch met behulp van cupraten als katalytisch in aanwezigheid van palladiumcomplexen,

e) Friedel-Crafts-reactie, in het algemeen moet acylering met Clemmensen-reductie (alkylarylketonen) of Kizhner-Wolf (alle ketonen en aldehyden) worden gebruikt,

f) aromatisering van alle derivaten van cyclohexaan, cyclohexeen, cyclohexadieen onder invloed van zwavel (fusie, alleen geschikt voor de eenvoudigste verbindingen) of dichloordicyaanbenzochinon (DDQ of DDQ, reagens voor algemeen gebruik).

12. Eigenschappen van de ring en alifatische zijketen in aromatische koolwaterstoffen.

1. Hydrogenering. Wanneer vindt gedeeltelijke hydrogenering van ringen plaats? Hydrogenering van functionele groepen (C=C, C=O) zonder ringhydrogenering. Voorbeelden.

2. Terugwinning volgens Berk (Na, vloeibaar. NH 3). Waarom is EtOH nodig? Invloed van donoren en acceptoren in de ring op de richting van de reactie.

3. Vrije radicalen halogenering van benzeen (was op school!). Halogenering van tolueen en zijn homologen tot een zijketen. Selectiviteit van halogenering.

4. Oxidatie van de zijketen en gepolycondenseerde aromatische koolwaterstoffen. Ozonering van benzeen en andere aromatische verbindingen.

5. Diels-Alder-reactie voor benzeen en antraceen. Voorwaarden.

6. Reactie van alkalimetalen en Mg met naftaleen en antraceen (optioneel).

ELEKTROFIELE VERVANGING IN DE AROMATISCHE SERIE.

1. Waarom elektrofiele substitutie (ES)?

2. Wat zijn elektrofielen en welke EZ-reacties gaan we in detail analyseren? (protonering, nitrering, sulfonering, halogenering, alkylering, acylering, formylering). Over een maand wordt gekeken naar: azokoppeling, nitrosering, carboxylatie).

3. Vereenvoudigd mechanisme van elektrofiele substitutie in de aromatische ring (zonder π-complexen). Arenonium-ionen. Gelijkenis met een allylkation. Tekenen van arenoniumionen op papier - resonante structuren of "hoefijzer" - leer hoe u resonante structuren kunt tekenen voor s-complexen, aangezien de "hoefijzer" tot een doodlopende weg leidt wanneer we de invloed van substituenten op de richting van elektrofiele substitutie. arene protonering.

4. Bewijs voor het bestaan van π-complexen aan de hand van het voorbeeld van de reactie van DCl en benzeen (G. Brown 1952). Bewijzen voor het bestaan van σ-complexen.

5. Gegeneraliseerd EZ-mechanisme, inclusief de vorming van π- en σ-complexen. De snelheidsbeperkende stap in EZ in de benzeenring. Het concept van het kinetische isotoopeffect. Laten we ons nog eens herinneren wat een overgangstoestand en een tussenproduct zijn.

6. Oriëntatie tijdens elektrofiele substitutie: ortho-, meta, para-, ipso. Oriëntatoren van de eerste en tweede soort. Zorg ervoor dat u resonantiestructuren tekent voor s-complexen met verschillende substituenten. Analyseer afzonderlijk het effect op de structuur van s-complexen van substituenten met inductieve en mesomere effecten, evenals een combinatie van multidirectionele effecten. Partiële snelheidsfactoren. Gecoördineerde en niet-gecoördineerde oriëntatie. Voorbeelden van verschillende verhoudingen van o-/p-isomeren in gevallen waarin de ring een substituent heeft van de 1e soort (bijvoorbeeld sterisch gehinderd) of van de 2e soort (ortho-effect). NMR van benzoloniumionen en enkele arenen.

7. Overweging van specifieke reacties van elektrofiele substitutie. Nitratie. agenten. exotische agenten. aanvalsdeeltje. Kenmerken van nitrering van verschillende klassen van verbindingen - nitroarenen (condities), halobenzenen (scheiding van o- en p-isomeren. Hoe?), naftaleen en difenyl. Nitratie van aromatische amines (beschermende groepen, hoe te doen) wat betreft- en P- isomeren? Is het mogelijk om anilinen in de m-positie te nitreren?). Nitratie van fenol (voorwaarden, deling) wat betreft- en P- isomeren).

7. Sulfonering van arenen. Agentia, aard van de elektrofiel, omkeerbaarheid. Kenmerken van de sulfonering van naftaleen, tolueen, fenol, aniline, bescherming door de sulfogroep in EZ-reacties.

8. Derivaten van sulfonzuren: tosylchloride, tosylaten, sulfamiden. Herstel van de sulfogroep.

9. Halogenering. Een aantal halogeneringsmiddelen in afnemende volgorde van activiteit (ken minstens 3 voorbeelden). De aard van de elektrofiel, de kenmerken van de halogenering van tolueen, halobenzenen, het vermogen om alle halonitrobenzenen te verkrijgen, de halogenering van naftaleen, bifenyl, aniline, fenol, anisool. Kenmerken van jodering. Chlorering van joodbenzeen zonder elektrofiele katalysatoren. Polyvalente jodiumverbindingen (PhICl 2 , PhI=O, PhI(OAc) 2)

10. Alkylering en acylering volgens Friedel-Crafts. Alkylering - 3 nadelen, synthesevoorbeelden, omkeerbaarheid, invloed van halogeen in RHal, middelen, intramoleculaire alkylering, beperkingen op substituenten, kenmerken van alkylering van fenolen en aminen, synthese van n-alkylbenzenen. Acylering - vergelijking met alkylering, reagentia, cyclische anhydriden bij acylering, intramoleculaire reacties, Fries-omlegging.

Tafel 1.

Tabel 2. Gegevens over de nitrering van halobenzenen.

Verbinding	producten, %*			familielid snelheid nitrering (benzeen =1)**	Partiële snelheidsfactor voor wat betreft- en P- posities (benzeen = 1)
	ortho	meta	paar-
C 6 H 5 - F					0,054 (wat betreft) 0,783 (P)
C 6 H 5 - Cl					0,030 (wat betreft) 0,136(P)
C 6 H 5 - Br					0,033 (wat betreft) 0,116(P)
C 6 H 5 - Ik ***					0,205 (wat betreft) 0,648(P)

*) K. Ingold. Theoretische grondslagen van organische chemie M., "Mir", 1973, p. 263;

**) idem. 247; ***) volgens het laatste onderzoek kan het mechanisme van elektrofiele substitutie in aryljodiden complexer zijn dan eerder werd aangenomen.

Oh scheiding wat betreft- en P- isomeren van digesubstitueerde arenen door kristallisatie.

Tabel 3. T. pl. wat betreft- en P-isomeren van digesubstitueerde arenen in ongeveer C.

VERGELIJKING VAN ALKYLATIE- EN ACYLATIEREACTIES VOLGENS FRIEDEL-CRAFTS.

	alkylering		acylering
REAGENS	AlkHal, AlkOH, alkenen. (Geen ArHal!).		Carbonzuurhalogeniden (CA), anhydriden CA, zelden - CA
KATALYSATOR	Lewis-zuren, vooral b/c-halogeniden van Al, Fe, Sn, enz., BF 3, H 2 SO 4, H 3 PO 4, kationenwisselaars.		AlCl 3 (minstens mol per mol, zelfs meer is beter), H 2 SO 4, H 3 PO 4.
PRODUCT	Alkyl en polyalkylarenen.		aromatische ketonen. Er kan slechts één acylgroep worden ingevoerd.
KENMERKEN EN NADELEN	Praktisch ongeschikt vanwege veel bijwerkingen, namelijk: 1) polyalkylering, 2) isomerisatie van de uitgangs-n-alkylen in sec- en tert-alkylen. 3) isomerisatie van polyalkylbenzenen tot een mengsel of tot een stabieler product.		Zeer gemakkelijke reactie, praktisch niet gecompliceerd door nevenreacties. In de regel wordt alleen een para-isomeer gevormd. Als een P-positie bezet is, dan de ortho-isomeer (ten opzichte van de sterkste oriëntant).
OMKEERBAARHEID	ER IS. (zie onder)
TOEPASSINGSGEBIED	NIET GEBRUIKEN voor arenen die Type II substituenten bevatten. Kan worden gebruikt voor arylhalogeniden.
KENMERKEN VAN TOEPASSING OP FENOLEN	ONGEWENST gebruik AlCl3. KAN gebruik katalysatoren - H 3 PO 4, HF met alcoholen als alkyleringsreagentia.	CAcCl kan bij zuurstof worden geacyleerd. Bij verhitting gaat fenolether weg FRIS herschikking(cat.-AlCl3). Soms kan AcOH \ BF 3 worden gebruikt voor de Fr-Cr-reactie Synthese van fenolftaleïne.
KENMERKEN VAN TOEPASSING OP AROMA- CHESKIM, AMINAM	Directe alkylering is praktisch onmogelijk, aangezien AlCl 3, H 2 SO 4, H 3 PO 4, HF niet kunnen worden gebruikt (aanval van AlCl 3 of H + of alkyl op stikstof - als resultaat nemen de elektronendonerende eigenschappen van stikstof af. Onder de werking van RHal, N-alkylanilines).	Er vindt stikstofacylering plaats. De katalysatoren vormen complexen op stikstof. Acylering is mogelijk bij gebruik van twee equivalenten. acyleringsmiddel en ZnCl2 om p-acyl-N-acylanilinen te vormen.

Opmerking:

De omkeerbaarheid van de Friedel-Crafts alkyleringsreactie leidt ertoe dat alle mogelijke reacties van alkylering en dealkylering gelijktijdig in het systeem plaatsvinden, en de metapositie wordt ook beïnvloed, aangezien de alkylgroep activeert alle positie van de benzeenring, zij het in verschillende mate.

Vanwege de overheersende ortho-para-oriëntatie van de processen van alkylering en omgekeerde dealkylering onder de werking van een elektrofiel, bijvoorbeeld tijdens proton ipso-aanval, zijn de minst reactieve en thermodynamisch stabiele 1,3- en 1,3, 5-isomeren, omdat daarin de alkylen de protonaanval onder andere alkylen slechter oriënteren:

Soortgelijke redenen bepalen de vorming van verschillende regio-isomeren tijdens sulfonering, met het essentiële verschil dat de sulfogroep een oriëntant van de tweede soort is, wat polysulfonering moeilijker maakt.

12. VORMING - de introductie van de CHO-groep.

Formylering is een speciaal geval van acylering.

Veel mierenzuurderivaten kunnen arenen vormen. Formyleringsreacties met CO, HCN, HCO(NMe 2) 2 . De specificiteit van de selectie van elektrofiele katalysatoren voor formyleringsreacties.

GATTERMAN-KOCH(1897) - ArH + CO + HC1 (AlC13 / Cu2C12). Bestaat HC(O)C1? Hoe zit het met HC(O)F?

GATTERMAN- HCN b \ w + Hc1-gas. Kat. A1C13 of ZnCl2.

Gutterman-Adams(optioneel) - Zn(CN) 2 + HCl. U kunt 1.3.5 gebruiken. triazine, / HC1 / A1C1 3 (optioneel), of C1 2 CHOR (voor 5+++)

Guben-Gesho(acylering met RCN, HCl en ZnCl 2).

FORMYLING VOLGENS WILSMEYER-HAACK. Alleen een met elektronen verrijkte arena! + DMF + ROS1 3 (u kunt SOCl 2, COCl 2).

13. Hydroxymethyleringsreactie, condensatie van carbonylverbindingen met arenen (DDT, difenylolpropaan), chloormethylering.

14. Toepasbaarheid van formylerings- en hydroxymethyleringsreacties.

Gutterman-Koch - alkylbenzenen, benzeen, halogeenbenzenen.

Gutterman - geactiveerde arenes, tolueen.

Vilsmeier-Haack - alleen geactiveerde arena's

Chloormethylering - fenol, anisool, alkyl- en halobenzenen.

Hydroxymethylering - geactiveerde arenen.

(Geactiveerde arenen zijn anilinen, fenol en fenolesters.)

15. Triarylmethaankleurstoffen. Kristalviolet (4-Me 2 N-C 6 H 4) 3 C + X -. Synthese van p-Me 2 N-C 6 H 4 CHO + 2 Me 2 NPh + ZnCl 2 → LEUKO FORM (witte kleur). Verdere oxidatie (PbO 2 of ander oxidatiemiddel) tot tert- alcohol, dan zuurbehandeling, het verschijnen van kleur.

OPTIONEEL MATERIAAL.

1) Mercurisatie van benzeen met Hg(OAc) 2 Hexamercuratie van benzeen met Hg(OAc F) 2. Bereiding van hexajoodbenzeen.

2) Decarboxylatie van aromatische zuren ArCOOH (verhitting met koperpoeder in chinoline) = ArH + CO 2 . Als er elektronenzuigende groepen in de ring zitten, dan kun je het areencarbonzuurzout gewoon heel sterk verhitten. Als er donoren zijn, vooral in de ortho-positie, is het mogelijk om de carboxylgroep te vervangen door een proton, maar dit is zeldzaam!

3) Exotische elektrofielen in reacties met arenen: (HN 3 / AlCl 3 - geeft aniline), R 2 NCl / AlCl 3 geeft R 2 NAr) (SCl 2 / AlCl 3 geeft Ar 2 S. Rhodanisering van aniline of fenol met dirodaan ( SCN) 2. Vorming van 2-aminobenzothiazolen.

4) Er zijn een groot aantal "lastige" reacties die onmogelijk te onthouden en niet nodig zijn, bijvoorbeeld PhOH + TlOAc + I 2 = o-joodfenol, of PhOH + t-BuNH 2 + Br 2, -70 o C = o-broomfenol

NUCLEOFIELE VERVANGING IN DE AROMATISCHE SERIE.

Waarom is nucleofiele substitutie in arenen die geen sterke elektronenzuigende groepen bevatten erg moeilijk?

1. S N Ar– TOEGANG-DETACHMENT.

1) De aard van het tussenproduct. Meisenheimer-complexen. (Omstandigheden voor stabilisatie van het tussenproduct.) 13C NMR, ppm: 3(ipso), 75,8(o), 131,8(m), 78,0(n).

2) Nucleofielen. oplosmiddelen.

3) Mobiliteitsreeks van halogenen. F (400)>>N02 (8)>Cl(1) ≈ Br(1,18)>I (0,26). beperkende fase.

4) Een reeks activerend vermogen van substituenten (in welke positie?) NO 2 (1)> MeSO 2 (0,05)> CN (0,03)> Ac (0,01).

5) Voorbeelden van specifieke reacties en specifieke omstandigheden.

6) Optioneel: de mogelijkheid om de NO 2 groep te vervangen. Selectieve substitutie van NO 2 groepen. Ruimtelijke factoren.

7) Nucleofiele substitutie van waterstof in di- en trinitrobenzeen. Waarom is een oxidatiemiddel nodig?

2. ARINE-mechanisme - (BESCHRIJVING-TOEGANG).

Gelabelde chloorbenzeen en ortho-chloortolueen, kalium- of natriumamiden in vloeibare NH 3 . Mechanisme.

Hydrolyse van o-, m- en p-chloortolueen, NaOH, H20, 350-400 oC, 300 atm. ZEER HARDE OMSTANDIGHEDEN!

Het belang van het inductieve effect. Het geval van o-chloranisol.

Het langzame stadium is protonabstractie (als Hal=Br, I) of halogenide-anionabstractie (als Hal=Cl, F). Vandaar de ongebruikelijke mobiliteitsreeks van halogenen:Br>Ik> Cl>F

Methoden voor het genereren van dehydrobenzeen. De structuur van dehydrobenzeen - in dit deeltje Nee drievoudige binding! Vangst van dehydrobenzeen.

3. MechanismeS RN1. Vrij zeldzaam mechanisme. Generatie van radicale anionen - elektrische stroom, of bestraling, of metallisch kalium in vloeibare ammoniak. Reactiviteit ArI>ArBr. Een paar voorbeelden. Welke nucleofielen kunnen worden gebruikt? Sollicitatie S RN1 : reacties voor a-arylering van carbonylverbindingen via enolaten.

4. Nucleofiele substitutie in aanwezigheid van koper. Synthese van difenylether, trifenylamine, hydrolyse van o-chloranisol.

5. Een paar zeldzame voorbeelden. Synthese van salicylzuur voor jou van benzoëzuur, nucleofiele substitutie in hexafluorbenzeen.

6. S N 1 Ar – zie onderwerp "Diazoverbindingen".

Verder lezen over het onderwerp "Aromatische verbindingen"

MV Gorelik, LS Efros. Grondbeginselen van chemie en technologie van aromatische verbindingen. M., "Chemie", 1992.

NITRO-VERBINDINGEN.

Een minimum aan kennis over alifatische nitroverbindingen.

1. SYNTHESE: a) directe nitrering in de gasfase - alleen de eenvoudigste (1 semester, onderwerp - alkanen).

b) RBr + AgN02 (ether) = RNO 2 (I) + RONO (II). De verhouding van I en II hangt af van R: R pervers. 80:10; R tweede. 15:30. R tert 0:10:60 (E2, alkeen). U kunt NaNO 2 gebruiken in DMF. Dan is de hoeveelheid RNO 2 zelfs groter voor secundaire R. Methode b) is goed voor RX actief in S N 2-substitutie, bijvoorbeeld ClCH 2 COONa + NaNO 2 in water bij 85 o C. (thema: nucleofiele substitutie en ambident anionen, 1 semester).

c) EEN NIEUWE SYNTHESEMETHODE– oxidatie van de aminogroep met CF 3 CO 3 H(uit (CF 3 CO) 2 O + H 2 O 2 in CH 2 Cl 2 of MeCN) Geschikt voor alifatische en aromatische aminen. Soms kunt u m-CHNBA (m-chloorperbenzoëzuur, m-CPBA, commercieel reagens) nemen. NEEM GEEN KMnO 4 of K 2 Cr 2 O 7 VOOR OXIDATIE! Speciaal voor aromatische amines!

2. EIGENSCHAPPEN. De belangrijkste eigenschap is een hoge CH-zuurgraad, tautomerie van de nitro- en aci-vormen (pKa MeNO 2 10,5). Evenwicht komt langzaam tot stand! Beide vormen reageren met NaOH, maar alleen de aci-vorm reageert met soda! (Gaan).

Hoge CH-zuurgraad maakt nitroverbindingen analoog aan enoliseerbare carbonylverbindingen. De zuurgraad van nitromethaan ligt dicht bij de zuurgraad van acetylaceton, en geen eenvoudige aldehyden en ketonen, daarom worden vrij zwakke basen gebruikt - alkaliën, alkalimetaalcarbonaten, aminen.

De Henri (Henry)-reactie is een analoog van aldol- of crotoncondensatie. Aangezien de Henri-reactie onder milde omstandigheden wordt uitgevoerd, is het product vaak een nitroalcohol (analoog aan een aldol) in plaats van een nitro-olefine (analoog aan een crotonproduct). RCH 2 NO 2 is altijd de CH-component!

Michael en Mannich reacties voor RNO 2 . Optioneel: halogenering in NaOH, nitrosering, alkylering van anionen.

HERSTEL VAN AROMATISCHE VERBINDINGEN.

1) De belangrijkste tussenproducten van de reductie van nitrobenzeen in een zuur milieu (nitrosobenzeen, fenylhydroxylamine) en een alkalisch milieu (azoxybenzeen, azobenzeen, hydrazobenzeen).

2) Selectieve reductie van een van de nitrogroepen in dinitrobenzeen.

3) DE BELANGRIJKSTE EIGENSCHAPPEN VAN DE PRODUCTEN VAN ONVOLLEDIGE VERMINDERING VAN NITROARENEN.

3a) Benzidine-omlegging (B.P.).

Opbrengst 85% voor benzidine. (R, R' = H of andere substituent). LET OP DE POSITIE VAN R EN R’ voor en na het hergroeperen!

Nog eens 15% zijn bijproducten - voornamelijk difenyline (2,4'-diaminodifenyl) en ortho-benzidine.

Kinetische vergelijking: V=k[hydrazobenzeen] 2– in de regel is protonering aan beide stikstofatomen noodzakelijk.

Benzidine-omlegging is een intramoleculaire reactie. Bewijs. Mechanisme - gecoördineerde -sigmatrope herschikking. Overeengekomen proces voor benzidine.

Als een of beide para-posities van de uitgangshydrazobenzenen bezet zijn (R=Hal. Alk, AlkO, NH 2 , NMe 2), kan een semidine-omlegging optreden om SEMIDIN OV.

Sommige substituenten, zoals S03H, C02H, RC(O), die zich op de p-positie bevinden, kunnen worden afgesplitst om producten van de gebruikelijke B.P.

BP gebruikt bij de productie van azokleurstoffen, diaminen, b.v. benzidine, tolidine, dianisidine. Ontdekt door NN Zinin in 1845

Benzidine is kankerverwekkend.

4) AZOBENZON Ph-N=N-Ph. Syn-anti-isomerie.

AZOXYBENZEEN Ph-N + (→O -) \u003d N-Ph. (Taak: synthese van asymmetrische azo- en azoxybenzenen uit respectievelijk nitrosoarenen en aromatische aminen of arylhydroxylaminen, of synthese van azoxybenzenen uit nitrobenzenen en aromatische aminen (NaOH, 175 o C).

5) FENYLHYDROXYLAMIN. herschikking in een zuur milieu.

op 5 +: verwante herschikkingen: N-nitroso-N-methylaniline (25 o C), N-nitroaniline (10 o C, was), Ph-NH-NH 2 (180 o C). Het mechanisme is meestal intermoleculaire.

6) NITROSOBENZEEN en zijn dimeer.

Over de reactie van nitrobenzeen RMgX met de vorming van alkylnitrosobenzenen en andere producten. Deze reactie laat zien waarom MAAK GEEN Grignard-reagentia van halonitrobenzenen!

METHODEN VOOR HET VERKRIJGEN VAN AMINEN,

bekend uit de materialen van eerdere colleges.

1. Alkylering van ammoniak en aminen volgens Hoffmann

2. Terugwinning van nitrillen, amiden, aziden, oximen.

3. Terugwinning van aromatische nitroverbindingen.

4. Herschikkingen van Hoffmann, Curtius en Schmidt.

5. (Hydrolyse van amiden.)

Nieuwe manieren.

1. Reductieve aminering C=O (katalytisch).

2. Leuckart (Eschweiler-Clarke) reactie.

3. Gabriël-synthese,

4. Ritter-reactie.

5. Katalytische arylering van aminen in aanwezigheid van koper- en palladiumkatalysatoren (Ullmann, Buchwald-Hartwig-reacties) is de krachtigste moderne methode voor de synthese van verschillende aminen.

Chemische eigenschappen van aminen bekend van eerdere colleges.

1. Nucleofiele substitutie (alkylering, acylering).

2. Nucleofiele toevoeging aan C=O (iminen en enaminen).

3. Eliminatie volgens Hoffmann en volgens Cope (uit amineoxiden).

4. Elektrofiele substitutiereacties in aromatische aminen.

5. Basiskennis van amines (schoolcurriculum).

Nieuwe woningen .

1. Basiciteit van amines (nieuw kennisniveau). Wat is pKa en pK b.

2. Reactie met salpeterigzuur.

3. Oxidatie van aminen.

4. Gemengd– Hinsberg-test, aminehalogenering.

DIAZO-VERBINDINGEN.

1. DIAZO- en AZO-verbindingen. DIAZONIUM ZOUT. Anionen zijn eenvoudig en complex. Oplosbaarheid in water. explosieve eigenschappen. Ladingsverdeling op stikstofatomen. covalente derivaten.

2. Diazotering van primaire aromatische aminen. Mechanisme van diazotering (vereenvoudigd schema met H + en NO +). Hoeveel mol zuur zijn nodig? (Formeel - 2, in werkelijkheid - meer.) Zijdelingse vorming van triazenen en zij-azokoppeling.

3. Diazoteringsmiddelen in afnemende volgorde van hun reactiviteit.

NEE + >>H 2 NEE 2 + >NOBr>NOCl>N 2 O 3 >HNO 2.

4. Nitrosering tweede. en tert. aminen. Reactie van alifatische aminen met HNO 2 .

5. Methoden voor diazotering: a) klassiek, b) voor laag-basische aminen, c) omgekeerde volgorde van mengen, d) in een niet-waterig medium - met behulp van i-AmONO. Eigenaardigheden van de diazotering van fenyleendiaminen. controle van het einde van de reactie.

6. Gedrag van diazoniumzouten in alkalisch milieu. Diazohydraat, syn- en anti-diazotaten. De ambivalentie van diazotaten.

7. Reacties van diazoverbindingen met stikstofontwikkeling.

1) Thermische ontleding van aryldiazonium verloopt via zeer reactieve arylkationen. Het substitutiemechanisme is in dit geval vergelijkbaar met S N 1 in de alifatische chemie. Volgens dit mechanisme verloopt de Schiemann-reactie en de vorming van fenolen en hun ethers.

2) Nucleofielen zijn reductiemiddelen. Het mechanisme is elektronenoverdracht en de vorming van een arylradicaal. Volgens dit mechanisme verloopt de reactie met het jodide-ion, de vervanging van de diazogroep door waterstof.

3) Reacties in aanwezigheid van koperpoeder of koper(I)zouten. Ze hebben ook een radicaal karakter, koper speelt de rol van reductiemiddel. De nucleofiel wordt overgebracht naar de arylradicaal in de coördinatiesfeer van de kopercomplexen. De meeste van deze reacties zijn in de chemie van diazoniumzouten. De Sandmeyer-reactie en zijn analogen.

4) Nesmeyanovs reactie.

5) Diaryliodonium- en bromoniumzouten.

8. Reacties van diazoverbindingen zonder stikstofontwikkeling. Herstel. Azokoppeling, eisen aan azo- en diazocomponenten. Voorbeelden van azokleurstoffen (methyloranje).

9. Gomberg-Bachmann- en Meyerwein-reacties Een modern alternatief zijn kruiskoppelingsreacties die worden gekatalyseerd door overgangsmetaalcomplexen en de Heck-reactie. Op 5++: kruiskoppeling met diazoniumzouten en diaryliodoniumzouten.

10. DIAZOMETHAAN. Verkrijgen, structuur, reacties met zuren, fenolen, alcoholen (verschil in omstandigheden), met ketonen en aldehyden.

Fenolen en chinonen.

De meeste van de belangrijkste methoden voor de synthese van fenolen zijn bekend uit de materialen van eerdere colleges:

1) synthese door Na-zouten van sulfonzuren;

2) hydrolyse van arylchloriden;

3) via diazoniumzouten;

4) cumeenmethode.

5) hydroxylering van geactiveerde arenen volgens Fenton.

EIGENSCHAPPEN VAN FENOLEN.

1) Zuurgraad; 2) synthese van esters; 3) elektrofiele substitutie (zie het onderwerp "Elektrofiele substitutie in arenes");

4) Elektrofiele substitutiereacties die niet eerder zijn overwogen: Kolb-carboxylering, Reimer-Thiemann-formylering, nitrosering; 5) tautomerisme, voorbeelden; 6) Synthese van ethers; 6a) synthese van allylethers; 7) Claisen-herschikking;

8) oxidatie van fenolen, aroxylradicalen; Bucherer-reactie;

10) omzetting van PhOH in PhNR2.

KINONNEN.

1. De structuur van chinonen. 2. Het verkrijgen van chinonen. Oxidatie van hydrochinon, semichinon, chinhydron. 3. Chlooranil, 2,3-dichloor-5,6-dicyaan-1,4-chinon (DDQ). 4. Eigenschappen van chinonen: a) redoxreacties, 1,2- en 1,4-additie, Diels-Alder-reactie.

DE BELANGRIJKSTE NATUURLIJKE ENOLEN, FENOLEN EN KINONEN.

VITAMINE C (1): Vitamine C. Reductiemiddel. Kleuring met FeCl 3 . In de natuur wordt het gesynthetiseerd door alle chlorofylbevattende planten, reptielen en amfibieën, en veel zoogdieren. Mensen, apen en cavia's hebben in de loop van de evolutie het vermogen verloren om het te synthetiseren.

De belangrijkste functies zijn de opbouw van intercellulaire substantie, weefselregeneratie en genezing, de integriteit van bloedvaten, weerstand tegen infectie en stress. COLLAGEEN SYNTHESE (hydroxylering van aminozuren). (Collageen is ons alles: huid, botten, nagels, haar.) Noradrenalinesynthese. Vitamine C-tekort - scheurbuik. Vitamine C-gehalte: zwarte bes 200 mg/100 g, rode peper, peterselie - 150-200, citrusvruchten 40-60, kool - 50. Behoefte: 50-100 mg/dag.

tannine het galluszuurglycoside (2). Zit in thee, heeft bruiningseigenschappen

RESVERATROL (3) - gevonden in RODE WIJN (Frans). Vermindert de kans op hart- en vaatziekten. Remt de vorming van het endotheline-1-peptide, een sleutelfactor in de ontwikkeling van atherosclerose. Bevordert de promotie van Franse wijn op de markt. Meer dan 300 publicaties in de afgelopen 10 jaar.

kruidnagelolie: eugenol (4).

VITAMINE E (5)(tocoferol - "Ik draag nakomelingen"). antioxidant. (vormt zelf inactieve vrije radicalen). Reguleert de uitwisseling van selenium in glutathionperoxidase, een enzym dat membranen beschermt tegen peroxiden. Met een tekort - onvruchtbaarheid, spierdystrofie, verminderde potentie, verhoogt de oxideerbaarheid van lipiden en onverzadigde vetzuren. Bevat plantaardige oliën, sla, kool, dooier, granen, havermout (hercules, muesli). De vereiste is 5 mg/dag. Avitaminose is zeldzaam.

VITAMINEN K GROEP (6). Regulering van bloedstolling en botmineralisatie (carboxylering van het glutaminezuurresidu op positie 4 (als onderdeel van eiwitten!)) - resultaat: calciumbinding, botgroei. Gesynthetiseerd in de darm. De behoefte is 1 mg / dag. Hemorragische ziekten. Antivitaminen K. Dicoumarine. Verminderde bloedstolling bij trombose.

UBIKHINON("alomtegenwoordig chinon"), ook bekend als co-enzym Q (7). Elektronen overdracht. weefsel ademhaling. Synthese van ATP. Gesynthetiseerd in het lichaam.

CHROMONE (8) en FLAVON (9)– semiquinonen, halfesters van fenolen.

QUERCETIN (10). RUTIN - vitamine P (11)(dit is quercetine + suiker).

Permeabiliteit Vitamine. Met een gebrek aan bloedingen, vermoeidheid, pijn in de ledematen. Communicatie van vitamine C en P (ascorutine).

ANTHOCYANINEN(uit het Grieks: kleuren van bloemen).

WAT IS LIGNIN Waar is hout van gemaakt? waarom is het hard en waterdicht?

"ALICYCLES", 2 lezingen.

1. Formele classificatie van cycli(Heterocycles en carbocycles, beide kunnen aromatisch en niet-aromatisch zijn. Niet-aromatische carbocycles worden alicycles genoemd.

2. Verspreiding in de natuur (olie, terpenen, steroïden, vitamines, prostaglandinen, chrysanthemumzuur en pyrethroïden, enz.).

3. Synthese - het einde van de 19e eeuw. Perkin Jr. - uit natriummalonzuurether. (zie punt 13). Gustaafson:

Br-CH2CH2CH2-Br + Zn (EtOH, 80°C). Dit is 1,3 eliminatie.

4. BAYER (1885). Theorie van stress. Dit is niet eens een theorie, maar een discussieartikel: Volgens Bayer – alle cycli zijn vlak. Afwijking van de hoek 109 ongeveer 28 '- spanning. De theorie leefde en leefde 50 jaar, stierf toen, maar de term bleef. De eerste syntheses van macro- en medium cycli (Ruzicka).

5. SOORTEN SPANNING IN CYCLI: 1) HOEKIG (alleen kleine cycli), 2) TORSIE (afgeschermd), TRANSANNULAR (in gemiddelde cycli).

6. CYCLOPROPAAN. Structuur(C-C 0,151 nM, P HCH = 114 o), hybridisatie ( volgens berekeningen voor C-H is het dichter bij sp 2, voor C-C - bij sp 5 ), bananenbindingen, hoek 102 o gelijkenis met alkenen, TORSION-stress - 1 kcal / m per C-H, d.w.z. 6 kcal/m vanaf 27,2 (tabel). Zuurgraad CH - pKa zoals in ethyleen = 36-37, mogelijke conjugatie van het cyclopropaanfragment met R-orbitalen van aangrenzende fragmenten (stabiliteit van cyclopropylmethylcarbocation) .

KENMERKEN VAN CHEMISCHE EIGENSCHAPPEN. 1. Hydrogenering in C 3 H 8 (H 2 /Pt, 50 o C) / 2. met natte HBr - opening van de methylcyclopropaanring volgens Markovnikov, 1,5-toevoeging aan vinylcyclopropaan 3. Radicale halogenering. 4. Bestendigheid tegen sommige oxidatiemiddelen (neutrale KMnO 4-oplossing, ozon). In fenylcyclopropaan oxideert ozon de Ph-ring om cyclopropaancarbonzuur te vormen.

7. CYCLOBUTAAN. Structuur(C-C 0,155 nM, P HCH = 107 o) , CONFORMATIE - gevouwen, afwijking van het vlak is 25 o. TORSIE spanning.

Bijna niet KENMERKEN VAN CHEMISCHE EIGENSCHAPPEN: Hydrogenering in C 4 H 10 (H 2 /Pt, 180 ongeveer C). Kenmerken van de structuur van oxetanen: TORSION stress - 4 kcal/m in plaats van 8.

8. CYCLOPENTAAN. Bijna geen hoekspanning. In de platte zijn er 10 paar verduisterde C-H-bindingen (dit zou een torsiespanning van 10 kcal/m kunnen geven, maar cyclopentaan is niet plat). Uitvoeringen: open ENVELOP - semi-stoel - open ENVELOP. PSEUDO-ROTATIE - een compromis tussen hoek- en torsiespanning.

9. CYCLOHEXAAN - ARMSTOEL. Er is geen hoek- of torsiespanning. Axiale en equatoriale atomen. Alle C-H-bindingen van naburige koolstofatomen bevinden zich in een gehinderde positie. De overgang tussen de twee mogelijke stoelconfiguraties door de draaivorm, enz. 10 5 keer per seconde NMR-spectrum van cyclohexaan Snelle en langzame uitwisselingsprocessen in NMR.

MONO-GESUBSTITUEERDE CYCLOHEXANEN. conformeren. Axiaal en Jeetje-butaan interacties.

Vrije conformatie-energieën van substituenten.– D G o, kcal/m: H(0), Me(1.74, dit is ~ 95% e-Me conformer in evenwicht), i-Pr(2.1), t-Bu (5.5), Hal (0.2-0.5) Ph (3.1).

Tret-butylgroep als anker, het fixeren van de conformatie waarin het zelf een equatoriale positie inneemt. BIJ tert-butylcyclohexaan bij kamertemperatuur meer dan 99,99% van de equatoriale conformeer.

anomerisch effect. Geopend op monosachariden en zal daar in meer detail worden besproken.

10. VERVANGEN CYCLOHEXANEN. Cis-trans-isomeren, enantiomeren voor 1,2-. 1,3-. 1,4-digesubstitueerde cyclohexanen.

11. EFFECT VAN CONFORMATIONELE STAAT OP REACTIVITEIT. Denk aan de eliminatie in menthyl en isomentylchloride (1 sem). Bredts regel.

12. Het concept van conformaties van middelste cycli (badstoelen, kronen, enz.)transannulaire spanning. Het concept van transannulaire reacties.

13. Methoden voor de synthese van kleine cycli.

14. SYNTHESE VAN GEWONE EN GEMIDDELDE CYCLI.

Door de malonether.

Pyrolyse van Ca, Ba, Mn, Th-zouten van a,w-dicarbonzuren.

Diekmann condensatie.

Door a, w - dinitrillen.

acyloïne condensatie.

Alkeen metathese.

Cyclotri- en tetramerisatie op metaalcomplexkatalysatoren.

Demyanovs reactie.

15. Kenmerken van de structuur van cycloalkenen.

16. Synthese van cycloalkynen.

17. Fietsen. Spiranje. Adamantaan.

18. Exotisch. Tetraëder, Cubaans, Angulan, Propellan.

HETEROCYCLISCHE VERBINDINGEN.

1. Vijfledige heterocycli met één heteroatoom.

Pyrrool, furaan, thiofeen, aromaticiteit, hun derivaten in de natuur (porfyrine, heem, chlorofyl, vitamine B12, ascorbinezuur, biotine).

2. Methoden voor de synthese van vijfledige heteroringen met één heteroatoom. Paal-Knorr-methode. Synthese van pyrrool volgens Knorr en furan volgens Feist-Benary. Furan-transformaties in andere vijfledige heterocycli volgens Yuriev. Het verkrijgen van furfural uit plantaardig afval dat vijf-koolstofkoolhydraten (pentosanen) bevat.

3. Fysische en chemische eigenschappen van vijfledige heterocycli.

1H en 13C NMR-gegevens, δ ppm (voor benzeen δН 7,27 en δС 129 ppm)

dipool momenten

3.1 Elektrofiele substitutie in pyrrool, furan en thiofeen.

In termen van reactiviteit met betrekking tot elektrofielen lijkt pyrrool op geactiveerde aromatische substraten (fenol of aromatische aminen), is pyrrool reactiever dan furan (snelheidsfactor hoger dan 105), thiofeen is veel minder reactief dan furaan (ook ongeveer 105 keer), maar meer reactief dan benzeen (snelheidsfactor 10 3 -10 5). Alle vijfledige heterocycli hebben de neiging om te polymeriseren en te verharen in aanwezigheid van sterke protische zuren en zeer reactieve Lewis-zuren. Pyrrool is vooral acidofoob. VOOR ELEKTROFILE VERVANGING IN VIJFLEDIGE HETEROCYCLEN, VOORAL PYRROL, IS HET ONMOGELIJK OM STERKE MINERALE ZUREN, ALCl 3, EVENALS STERKE OXIDATOREN TE NEMEN! Hoewel deze regel niet absoluut is en het thiofeen enigszins resistent is tegen zuren, is het voor alle donorheterocycli gemakkelijker en veiliger om dergelijke reacties helemaal te vermijden. Voorbeelden van elektrofiele substitutiereacties in pyrrool, furan en thiofeen.

3.2. Basiciteit en zuurgraad van pyrrool, alkylering van Li-, Na-, K- en Mg-pyrroolderivaten.

3.3. Condensatie van pyrrool met aldehyden (formylering, vorming van porfyrinen).

3.4. Kenmerken van de chemische eigenschappen van furanen (reactie met broom, Diels-Alder-reactie.

3.5. Kenmerken van de chemische eigenschappen van thiofeen. ontzwaveling.

3.6. Reacties van C-gemetalleerde vijfledige heterocycli.

4. Gefuseerde vijfledige heterocycli met één heteroatoom.

4.1. Indolen in de natuur (tryptofaan, skatol, serotonine, heteroauxine. Indigo.)

4.2 Synthese van indolen volgens Fischer. Mechanisme.

4.3 Vergelijking van de eigenschappen van indool en pyrrool. gelijk aan pyrrool indool is acidofoob en zeer gevoelig voor oxidatiemiddelen. Een significant verschil met pyrrool is de oriëntatie van de elektrofiele substitutie naar positie 3.

5. Vijfledige heterocycli met twee heteroatomen, amfotericiteit, tautomerie, gebruik bij acylering. Vergelijking met amidinen. Imidazol is een waterstofbrugdonor en -acceptor. Dit is belangrijk voor de chemie van enzymen zoals chymotrypsine. Het is het histidinefragment van chymotrypsine dat het proton overbrengt en zorgt voor hydrolyse van de peptidebinding.

6. Pyridine, aromaticiteit, basiciteit ( pKa 5,23; basiciteit vergelijkbaar met aniline (pKa = 4,8), maar iets hoger). pKa van pyridinederivaten: 2-amino-Py= 6,9 , 3-amino-Ru = 6,0 . 4-amino-Py = 9,2. Dit is een vrij sterke basis. 4-nitro-Py = 1,6; 2-cyaan-Py=-0,26).

Derivaten van pyridine in de natuur (vitamines, nicotine, NADP).

6.1. 1Н NMR-spectragegevens (13 С), δ, ppm

6.2. Methoden voor de synthese van pyridinen (van 1,5-diketonen, driecomponenten Hantzsch-synthese).

6.3. Chemische eigenschappen van pyridine. Alkylering, acylering, DMAP, complexen van pyridine met Lewis-zuren. (cSO 3 , BH 3 , NO 2 + BF 4 - , FOTf). Milde elektrofiele reagentia voor respectievelijk sulfonering, reductie, nitrering en fluorering.

6.4. Elektrofiele substitutiereacties voor pyridine. Kenmerken van reacties en voorbeelden van omstandigheden voor elektrofiele substitutie in pyridine.

6.5. Pyridine N-oxide, bereiding en het gebruik ervan bij de synthese. Introductie van een nitrogroep in de 4-positie van de ring.

6.6. Nucleofiele substitutie in 2-, 3- en 4-chloorpyridines. Partiële snelheidsfactoren vergeleken met chloorbenzeen.

Een vergelijkbare trend wordt waargenomen voor 2-, 3- en 4-haloquinolinen.

6.7. Nucleofiele substitutie van het hydride-ion:

reactie van pyridine met alkyl of aryllithium;

reactie van pyridine met natriumamide (Chichibabin-reactie). Aangezien de eliminatie van het vrije hydride-ion om energieredenen onmogelijk is, wordt in de Chichibabin-reactie het intermediaire sigmacomplex gearomatiseerd vanwege interactie met het reactieproduct om het natriumzout van het product en moleculaire waterstof te vormen.

Bij andere reacties wordt het hydride gewoonlijk verwijderd door oxidatie. Dus, pyridiniumzouten kunnen hydroxylering ondergaan, wat leidt tot de vorming van 1-alkylpyridonen-2. Het proces is vergelijkbaar met aminering, maar in aanwezigheid van een oxidatiemiddel, bijvoorbeeld K3.

6.8. lithiumderivaten van pyridine. Ontvangst, reacties.

6.9. Pyridinekern als een sterke mesomere acceptor. Stabiliteit van carbanionen geconjugeerd aan de pyridinekern op 2- of 4-posities. Kenmerken van de chemische eigenschappen van methylpyridines en vinylpyridines.

7. Gefuseerde zesledige heterocycli met één heteroatoom.

7.1. Chinoline. Kinine.

1H NMR-spectra (13C) van chinoline, δ, ppm

7.1. Methoden voor het verkrijgen van chinolinen. Syntheses van Skraup en Döbner-Miller. Het concept van het mechanisme van deze reacties. Synthese van 2- en 4-methylchinolinen.

7.2. isochinolines,Bischler-Napiralsky-synthese .

7.3. Chemische eigenschappen van chinolinen en isochinolines. Vergelijking met pyridine, verschillen in de eigenschappen van pyridine en chinoline.

Gedrag van heterocyclische verbindingen in aanwezigheid van oxidatie- en reductiemiddelen die zijn ontworpen om zijketens te modificeren.

terugwinners:

Pyrrool is bijna onbeperkt bestand tegen de werking van reductiemiddelen, evenals tegen basen en nucleofielen (het is bijvoorbeeld bestand tegen hydriden, boraan, Na in alcohol zonder de ring aan te tasten, zelfs bij langdurige verwarming).

Thiofeen - evenals pyrrool, is bestand tegen de werking van reductiemiddelen, evenals tegen basen, nucleofielen, met uitzondering van reductiemiddelen op basis van overgangsmetalen. Eventuele nikkelverbindingen (Raney-nikkel, nikkelboride) veroorzaken ontzwaveling en hydrogenering van het skelet. Op palladium en platina gebaseerde katalysatoren zijn meestal vergiftigd door thiofenen en werken niet.

Furan - hetzelfde als pyrrool, maar hydrogeneert heel gemakkelijk.

Indool is volledig analoog aan pyrrool.

De pyridinering wordt gemakkelijker gereduceerd dan de benzeenring. Voor zijketens kan NaBH 4 worden gebruikt, het is onwenselijk (vaak zelfs niet mogelijk) om LiAlH 4 te gebruiken.

Voor chinoline zijn de patronen praktisch hetzelfde als voor pyridine; LiAlH 4 kan niet worden gebruikt.

In de gequaterniseerde vorm (N-alkylpyridinium, quinolinium) zijn ze zeer gevoelig voor reductiemiddelen (ringreductie), basen, nucleofielen (ringopening).

Oxidatiemiddelen.

Het gebruik van oxidatiemiddelen voor verbindingen van pyrrool, indool en in mindere mate furaan leidt in de regel tot vernietiging van de ring. De aanwezigheid van elektronenzuigende substituenten verhoogt de weerstand tegen oxidatiemiddelen, maar meer gedetailleerde informatie hierover valt buiten het 3e cursusprogramma.

Thiofeen gedraagt zich als benzeen - conventionele oxidatiemiddelen vernietigen de ring niet. Maar het gebruik van peroxide-oxidanten in welke vorm dan ook is categorisch uitgesloten - zwavel wordt geoxideerd tot sulfoxide en sulfon met verlies van aromaticiteit en onmiddellijke dimerisatie.

Pyridine is onder milde omstandigheden vrij stabiel voor de meeste oxidatiemiddelen. De verhouding van pyridine tot verhitting met KMnO 4 (pH 7) tot 100 o C in een afgesloten ampul is dezelfde als voor benzeen: de ring is geoxideerd. In een zure omgeving in geprotoneerde vorm is pyridine nog beter bestand tegen oxidatiemiddelen; een standaard set reagentia kan worden gebruikt. Perzuren oxideren pyridine tot N-oxide - zie hierboven.

Oxidatie van een van de chinolineringen met KMnO 4 leidt tot pyridine-2,3-dicarbonzuur.

8. Zesledige heterocycli met meerdere stikstofatomen

8.1. Pyrimidine. Pyrimidinederivaten als componenten van nucleïnezuren en geneesmiddelen (uracil, thymine, cytosine, barbituurzuur). Antivirale en antitumormiddelen - pr-pyrimidine (5-fluorouracil, azidothymidine, alkylmethoxypyrazines - componenten van de geur van voedsel, fruit, groenten, paprika's, erwten, gebakken vlees. De zogenaamde Maillard-reactie (optioneel).

8.2. Het concept van de chemische eigenschappen van pyrimidinederivaten.

Pyrimidine kan worden gebromeerd op positie 5. Uracil (zie hieronder) kan ook worden gebromeerd en genitreerd op positie 5.

Lichte reacties S N 2 Ar in chloorpyrimidinen(analogie met pyridine!): 4 gaat sneller dan 2.

Substitutie van 2-C1 onder de werking van KNH 2 in NH 3 g. Het mechanisme is niet aryne, maar ANRORC (op 5+++).

10. Tweekernige heterocycli met meerdere stikstofatomen. Purines ( adenine, guanine).

De meest bekende purines (cafeïne, urinezuur, aciclovir). Purine-isosteren (allopurinol, sildenafil (Viagra™)).

Aanvullende literatuur over het onderwerp "Heterocycles"

1. T. Gilchrist "Chemistry of heterocyclische verbindingen" (Vertaald uit het Engels - M.: Mir, 1996)

2. J. Joule, K. Mills "Chemistry of heterocyclische verbindingen" (Vertaald uit het Engels - M.: Mir, 2004).

AMINOZUREN .

1. Aminozuren (AA) in de natuur. (≈ 20 aminozuren zijn aanwezig in eiwitten, dit zijn gecodeerde AA's, >200 AA's worden in de natuur gevonden.)

2. α-, β-, γ-aminozuren. S-configuratie van natuurlijke L-aminozuren.

3. Amfoteer, iso-elektrisch punt(pH is gewoonlijk 5,0-6,5). Basische (7,6-10,8), zure (3,0-3,2) aminozuren. Bevestiging van de zwitterionische structuur. Elektroforese.

4. Chemische eigenschappen van AK- eigenschappen van COOH en NH 2 groepen. chelaten. betaïnen. Gedrag verwarming(vergelijk met hydroxyzuren). Vorming van azlactonen uit N-acetylglycine en hydantoïnen uit ureum en AA - door 5++. Synthese van esters en N-acylering - de weg naar peptidesynthese (zie de lezing over eiwit).

5. Chemisch en biochemisch deaminering,(mechanismen leren niet!), het principe van enzymatische transaminering met vitamine B 6 (het was in het onderwerp "Carbonylverbindingen" en in de loop van de biochemie).

7. De belangrijkste methoden voor de synthese van aminozuren:

1) van halocarbonzuren - twee primitieve methoden, waaronder ftaalimide. (Beiden al bekend!)

2) Strecker-synthese;

3) alkylering van CH-zuuranionen - PhCH=N-CH2COOR en N-acetylaminomalonzuurester.

4) Enantioselectieve synthese van AA door:

a) microbiologische (enzymatische) scheiding en

b) enantioselectieve hydrogenering met behulp van chirale katalysatoren.

5) -aminozuren. Synthese volgens Michael.

	Hydrofobe aminozuren	Een beetje over de biochemische rol (voor algemene ontwikkeling)
ALANIN		De verwijdering van ammoniak uit weefsels naar de lever. Transaminering, transformatie in pyrodruivenzuur. Synthese van purines, pyrimidines en heem.
VALIN*		Als als gevolg van een mutatie valine de plaats inneemt van glutaminezuur in hemoglobine, is er een erfelijke ziekte - sikkelcelanemie. Een ernstige erfelijke ziekte die veel voorkomt in Afrika, maar tegelijkertijd resistentie geeft tegen malaria.
LEUCINE*
ISOLEUCINE*
PROLINE		Buigingen in eiwitmoleculen. Geen rotatie waar er proline is.
FENYLALANINE*		Als het niet in tyrosine verandert, zal er een erfelijke ziekte zijn - fenylpyruvische oligofrenie.
TRIPTOFAAN*		Synthese van NADP, serotonine. Verval in de darm tot skatol en indol.
	Hydrofiele aminozuren
GLYCINE Gly (G)	H2N-CH2-COOH	Neemt deel aan een groot aantal biochemische syntheses in het lichaam.
SERIN ser(s)	HO-CH 2-CH(NH 2) -COOH	Neem (als onderdeel van eiwitten) deel aan de processen van acylering en fosforylering.
DRIEONIJNEN* Thr(T)	CH 3-CH (OH) - CH (NH 2) -COOH
TYROSINE Tyr (Y)		Synthese van schildklierhormonen, adrenaline en noradrenaline
	"Zure" aminozuren
ASPERZUUR Asp(D)	HOOC-CH 2-CH(NH 2) -COOH	Aminogroepdonor in syntheses.
GLUTAMIC ZUUR Lijm)	HOOC-C 4 H 2 -CH 2-CH(NH 2) -COOH	Vormt GABA (γ-aminoboterzuur (aminalon) - een kalmerend middel. Glu verwijdert NH 3 uit de hersenen en verandert in glutamine (Gln). 4-carboxyglutaminezuur bindt Ca in eiwitten.
	"A M AND D S" zure aminozuren
ASPERGE Asn(N)	H2N-CO-CH 2-CH(NH 2) -COOH
GLUTAMIN Gln(Q)	H2N-CO-CH 2-CH 2-CH (NH 2) -COOH	Donoraminogroepen in syntheses

CYSTE .NE Cys(C)	HS-CH 2-CH(NH 2) -COOH	Vorming van S-S-bindingen (tert, eiwitstructuur, regulering van enzymactiviteit)
cystine	Cys-S-S-Cys
METIONINE* leerde kennen	MeSCH 2 CH 2 - CH(NH2)COOH	Donor van methylgroepen
	"Essentiële aminozuren
LYSINE* Lys (K)	H 2 N-(CH 2) 4-CH (NH 2) -COOH	Vormt verknopingen in collageen en elastine waardoor ze elastisch worden.
ARGININE Arg(R) Bevat een guanidine-deel	H 2 N-C (= NH) -NH- (CH 2) 3-CH (NH 2) -COOH	Neemt deel aan de verwijdering van ammoniak uit het lichaam
HISTIDINE Zijn(H) Residu van imidazool		Synthese van histamine. Allergie.

* - Essentiële aminozuren. Glucose en vetten worden gemakkelijk gesynthetiseerd uit de meeste aminozuren. Overtredingen van het aminozuurmetabolisme bij kinderen leiden tot een mentale handicap.

BESCHERMENDE GROEPEN DIE WORDEN GEBRUIKT IN PEPTIDE-SYNTHESE.

NH 2 - beschermende groepen -

RC(O)- = ( HC(O)- ) CF 3 C(O)-ftalyl

ROC(O)- = PhCH2 OC(O)- en gesubstitueerde benzylen , t-BuOC(O)- en etc. tert-groepen,

Fluorenylmethyloxycarbonylgroep,

Ts-groep

COOH - beschermende groepen - esters - PhCH20- en gesubstitueerde benzylen,

t-BuO- en fluorenylmethylethers.

Afzonderlijke beschouwing van beschermende groepen voor andere PG-aminozuren wordt niet verschaft.

Methoden voor het maken van een peptidebinding.

1. Zuurchloride (via X-NH-CH(R)-C(O)Cl). De methode is achterhaald.

2.. Azide (volgens Curtius, via X-NH-CH (R) -C (O) Y → C (O) N 3 als een mild acyleringsreagens.

3. Anhydriet - b.v. door gemengd anhydride met koolzuur.

4. Geactiveerde esters (bijvoorbeeld C (O) -OS 6 F 5, enz.)

5. Carbodiimide - zuur + DCC + amine

6. Synthese op een vaste drager (bijv. op Merrifield-hars).

De biologische rol van peptiden. Een paar voorbeelden .

1. Enkefalinen en endorfines zijn opioïde peptiden.

bijv. Tyr-Gly-Gly-Phe-Met en

Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu van varkensbrein. Er zijn enkele honderden analogen bekend.

2. Oxytocine en vasopressine Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Leu -Gly-NH 2

│________________│

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

│________________│

3. Insuline regelt de opname van glucose door de cel. Overtollige glucose in het bloed (diabetes) - leidt tot glycosylering van alles (voornamelijk eiwitten).

4. Peptidetransformaties: angiotensinogeen → angiotensine I → angiotensine II. Een van de belangrijkste mechanismen voor het reguleren van de bloeddruk (BP), de plaats van toediening van veel geneesmiddelen (ACE-blokkers - angiotensine-converterend enzym. Fase 1 katalysator - renine-enzym (geïsoleerd uit de nieren).

5. Peptidetoxinen. Ze werken bij ziekten - botulisme, tetanus, difterie, cholera. Vergiften van slangen, schorpioenen, bijen, schimmelgifstoffen (phalloidin, amantine), ongewervelde zeedieren (Conusgeographus - 13 AK, twee -S-S-bruggen). Velen zijn stabiel wanneer ze in een zure oplossing worden gekookt (tot 30 minuten).

6. Peptide-antibiotica (gramicidine S).

7. Aspartaam Asp-Phe-OMe is 200 keer zoeter dan suiker. Bittere en "smakelijke" peptiden.

8. Eiwitten. Vier organisatieniveaus van een natuurlijk eiwitmolecuul. Een eiwit is een uniek (samen met nucleïnezuren) type macromolecuul met een precies bekende structuur, geordend tot in de details van stereochemie en conformatie. Alle andere bekende macromoleculen, inclusief natuurlijke (polysachariden, lignine, enz.) hebben in meer of mindere mate een ongeordende structuur - een brede verdeling van molecuulgewichten, vrij conformatiegedrag.

De primaire structuur is de volgorde van aminozuren. Hoe kort wordt de primaire structuur aangegeven?

Secundaire structuur - conformationeel-reguliere elementen van twee typen (α-helices en β-lagen) - slechts een deel van het eiwitmacromolecuul is op deze manier geordend.

De tertiaire structuur is een unieke geordende stereochemische configuratie van een compleet macromolecuul. Het concept van "vouwen" (vouwen) van de polypeptideketen in de tertiaire structuur van het eiwit. prionen.

Quaternaire structuur - verbinding van verschillende subeenheden in eiwitten, bestaande uit verschillende polypeptideketens. Disulfidebruggen (omkeerbare transformatie van cysteïne-cystine) als een manier om de tertiaire en quaternaire structuren te fixeren.

KOOLHYDRATEN.

1. Wat zijn koolhydraten? Koolhydraten om en in ons.

2. Het concept van fotosynthese van derivaten van D-glycerinezuur Alleen voor bijzonder excellente studenten - over de vorming van glycerinezuurdifosfaat uit D-ribulose.

3. Wat is de D-serie van koolhydraten.(Kort over de geschiedenis van het concept van de D- en L-serie).

4. Indeling van koolhydraten: a) naar het aantal C-atomen; b) door de aanwezigheid van C=O- of CHO-groepen; c) door het aantal cyclische fragmenten.

5. Synthese van koolhydraten uit D-glyceraldehyde volgens de Kilyani-Fischer-methode.Hoe heeft Fischer de formule voor glucose vastgesteld?

6. Afleiding van formules van alle D-tetrosen, -pentoses, -hexosen uit D-glyceraldehyde (open structuren). Voor alle studenten - de formule kennen van glucose (open en cyclisch), mannose (2-epimeer van glucose), galactose (4-epimeer van glucose), ribose. pyranosen en furanosen.

7. Volgens Haworth van een open naar een cyclische vorm kunnen gaan. De formules van α- en β-glucose (alle substituenten in de e-positie behalve de anomere) in de stoelconformatie kunnen tekenen.

8. Wat zijn epimeren, anomeren, mutarotatie. anomerisch effect.

9. Chemische eigenschappen van glucose als een aldehydealcohol: a) chelaten met metaalionen, waardoor glycosiden, volledige ethers en esters worden verkregen, isopropylideen bescherming; b) oxidatie van de CHO-groep met metaalionen, broomwater, HN03. Splitsing door Will. Reactie met aminen en ozon krijgen. De belangrijkste principes en technieken van selectieve alkylering van verschillende hydroxylen in glucose.

10. D-fructose als vertegenwoordiger van ketose. Open en cyclische vormen. Zilverspiegelreactie voor fructose.

11. Het concept van deoxysuikers, aminosuikers. Dit omvat chitine en heparine. Septulose en octulose in avocado's. Reactie van Meillard (Maillard).

12. OLIGOSACHARIDEN. Maltose,cellobiose,lactose, sucrose. Reducerende en niet-reducerende suikers.

13. Polysachariden - zetmeel(20% amylose + 80% amylopectine),zetmeel jodium test, glycogeen, cellulose,hydrolyse van zetmeel in de mondholte (amylase) en hydrolyse van cellulose,nitrocellulose, viscosevezel, papierproductie , bloedgroepen en het verschil daartussen.

DE BELANGRIJKSTE POLYSACCHARIDEN.

POLYSACHARIDE	SAMENSTELLING en structuur	notities
cyclodextrines	α-(6), β-(7), γ-(8) Bestaat uit glucose 1-4 aansluitingen.	Uitstekende complexvormers, chelaatvormers
zetmeel	α-glu-(1,4)-α-glu 20% amylose + 80% amylopectine	amylose= 200 glu, lineair polysacharide. Amylopectine= 1000 of meer glu, vertakt.
glycogeen	"vertakt" zetmeel, deelname van 6-OH	opslag van glucose in het lichaam
	Van overgebleven fructose	Opgenomen in artisjok van Jeruzalem
cellulose	β-glu-(1,4)-β-glu	Katoen, plantaardige vezels, hout
cellulose	Xanthate op 6-positie	Viscose verkrijgen - rayon, cellofaan (verpakkingsfolie)
celluloseacetaat	ongeveer diacetaat	acetaatvezel
cellulosenitraat	Trinitroether	rookloos poeder
Productie van papier uit hout	hout = cellulose + lignine. Proces Ca (HSO 3) 2 of Na 2 S + NaOH	Sulfatie van hout - verwijdering van lignine in water - verkrijgen van pulp.
	Poly-α-2-deoxy-2-N-Ac-aminoglucose (in plaats van 2-OH - 2-NH-Ac)	Als je Ac uit stikstof haalt, krijg je chitosan - een trendy voedingssupplement
hyaluronzuur	– (2-AcNH-glucose – glucuronzuur) n –	Smering in het lichaam (bijv. in de gewrichten).
	De structuur is zeer complex - (2-HO 3 S-NH-glucose - glucuronzuur) n -	Verhoogt de bloedstollingstijd
Chondroïtinesulfaat	Glycoproteïnen (collageen), proteoglycanen, communicatie via NH 2 asparagine of OH serine	Het wordt overal in het lichaam aangetroffen, vooral in bindweefsel, kraakbeen.

Opmerking: Glucuronzuur: 6-COOH - 1-CHO

Gluconzuur: 6-CH 2 OH - 1-COOH

Glucaarzuur: 6-COOH - 1-COOH

1. Chemie en biochemie van nucleïnezuren.

Stikstofbasen in RNA: U (uracil), C (cytosine) zijn pyrimidinederivaten. A (adenine), G (guanine) - derivaten van purine. in DNA in plaats van Y (uracil) is er T (thymine).

nucleosiden ( suiker+ stikstofbase): uridine, cytidine, thymidine, adenosine, guanosine.

Nucleotiden( fosfaat+ suiker+ stikstofbase).

Lactim-lactam-tautomerie.

Primaire structuur nucleïnezuren (verbinding van nucleosiden via zuurstofatomen op C-3 en C-5 van ribose (deoxyribose) met behulp van fosfaatbruggen.

RNA en DNA.

a) Grote basen en kleine basen (RNA). Alleen voor tRNA nadert de lijst van minder belangrijke basen de 50. De betekenis van hun bestaan is bescherming tegen hydrolytische enzymen. 1-2 voorbeelden van kleine basen.

c) Chargaff's regels voor DNA. De belangrijkste: A=T. G=C. Echter, G+C< А+Т для животных и растений.

Principes van DNA-structuur

1. Onregelmatigheid.
Er is een normale suiker-fosfaatruggengraat waaraan stikstofbasen zijn gehecht. Hun afwisseling is onregelmatig.

2. Antiparallelisme.
DNA bestaat uit twee polynucleotideketens die antiparallel zijn georiënteerd. Het 3'-uiteinde van de ene is tegenover het 5'-uiteinde van de andere.

3. Complementariteit (additionaliteit).
Elke stikstofbase van de ene keten komt overeen met een strikt gedefinieerde stikstofbase van de andere keten. Naleving wordt gegeven door chemie. Purine- en pyrimidinepaar vormen waterstofbruggen. Er zijn twee waterstofbruggen in het A-T-paar en drie in het G-C-paar, omdat deze basen een extra aminogroep in de aromatische ring hebben.

4. Aanwezigheid van een reguliere secundaire structuur.
Twee complementaire, antiparallelle polynucleotideketens vormen rechtshandige helices met een gemeenschappelijke as.

Functies van DNA

1. DNA is de drager van genetische informatie.
De functie wordt geleverd door het bestaan van de genetische code. Aantal DNA-moleculen: in een menselijke cel - 46 chromosomen, heeft elk één DNA-molecuul. De lengte van 1 molecuul is ~ 8 (d.w.z. 2x4) cm In verpakte vorm - 5 nm (dit is de tertiaire structuur van DNA, DNA supercoiling op histon-eiwitten).

2. Reproductie en overdracht van genetische informatie wordt verzorgd door het proces van replicatie (DNA → nieuw DNA).

3. Implementatie van genetische informatie in de vorm van eiwitten en eventuele andere verbindingen gevormd met behulp van enzymeiwitten.
Deze functie wordt geleverd door de processen van transcriptie (DNA naar RNA) en translatie (RNA naar eiwit).

Reparatie- reparatie van het beschadigde deel van het DNA. Dit komt door het feit dat DNA een dubbelstrengs molecuul is, er is een complementaire nucleotide die "vertelt" wat er moet worden gerepareerd.

Wat zijn de fouten en beschadigingen? a) Replicatiefouten (10-6), b) depurinatie, verlies van purine, vorming van apurineplaatsen (verlies van 5000 purineresiduen per dag in elke cel!), c) deaminering (bijvoorbeeld cytosine omgezet in uracil).

veroorzaakte schade. a) dimerisatie van pyrimidineringen onder invloed van UV bij C=C-bindingen met de vorming van een cyclobutaanring (fotolyasen worden gebruikt om dimeren te verwijderen); b) chemische schade (alkylering, acylering, enz.). Herstel van schade - DNA-glycosylase - apurinisatie (of apyrimidinisatie) van de alkylbase - vervolgens de introductie van een "normale" base in vijf fasen.

Schending van het reparatieproces - erfelijke ziekten (xeroderma pigmentosa, trichothiodystrofie, enz.) Er zijn ongeveer 2000 erfelijke ziekten.

Transcriptie- en translatieremmers zijn antibacteriële geneesmiddelen.

streptomycine is een remmer van eiwitsynthese in prokaryoten.

tetracyclines - "binden aan de 30S-subeenheid van het bacteriële ribosoom en blokkeren de aanhechting van aminoacyl-tRNA aan het A-centrum van het ribosoom, waardoor de verlenging wordt verstoord (d.w.z. mRNA-aflezing en synthese van de polypeptideketen)".

Penicillines en cefalosporines – -lactam antibiotica. De β-lactamring remt de synthese van celwanden in gramnegatieve micro-organismen.

virussen - remmers van matrixsynthese in eukaryote cellen.

gifstoffen – doen vaak hetzelfde als virussen. α-Amanitine- bleek futentoxine, LD 50 0,1 mg per kg lichaamsgewicht. Remming van RNA-polymerase. Het resultaat is onomkeerbare veranderingen in de lever en de nieren.

ricinus - een zeer sterk eiwitgif uit ricinusbonen. Dit is het enzym N-glycosylase, dat het adenineresidu verwijdert uit het 28S-rRNA van de grote subeenheid van het ribosoom, en dat de eiwitsynthese in eukaryoten remt. Gevonden in ricinusolie.

Difterie enterotoxine (eiwit met een massa van 60 kDa) - remming van de eiwitsynthese in de keelholte en het strottenhoofd.

interferonen - eiwitten met een grootte van ongeveer 160 AA worden door sommige cellen van gewervelde dieren uitgescheiden als reactie op infectie met virussen. De hoeveelheid interferon - 10 -9 - 10 -12 g, d.w.z. één eiwitmolecuul beschermt één cel. Deze eiwitten stimuleren, net als eiwithormonen, de synthese van enzymen die de synthese van viraal mRNA vernietigen.

Erfelijke ziekten (monogene) en (niet te verwarren!) familiale aanleg voor ziekten (diabetes, jicht, atherosclerose, urolithiasis, schizofrenie zijn multifactoriële ziekten.)

Principes van nucleotidesequentieanalyse (optioneel).

DNA-technologie in de geneeskunde.

A. DNA-isolatie. B. Splitsing van DNA met restrictie-enzymen. Menselijk DNA - 150x106 basenparen. Ze moeten worden verdeeld in 500.000 fragmenten van elk 300 paren. De volgende is gelelektroforese. Volgende - Southern-blot-hybridisatie met een radiosonde of andere technieken.

Volgorde aanbrengen in. Exonucleasen splitsen één mononucleotide in volgorde. Dit is een verouderde techniek.

PCR (PCR) - polymerasekettingreactie. (Nobelprijs 1993: Carrie Mullis)

Beginsel: primers (dit zijn DNA-fragmenten van ~20 nucleotiden - in de handel verkrijgbaar) + DNA-polymerase → DNA-productie (versterker) → DNA-analyse (sequencer). Nu gaat alles automatisch!

DNA-sequencingmethode met behulp van gelabelde defecte nucleotiden (bijv. dideoxynucleotiden). Nu zijn de labels niet radioactief, maar fluorescerend. Analyse voor AIDS en andere soa's. Snel maar duur. Beter niet ziek worden!

Het succes van PCR voor diagnose en brede verspreiding is te danken aan het feit dat de enzymen die bij het proces betrokken zijn, geïsoleerd uit hittebestendige hete bronbacteriën en gemaakt door genetische manipulatie, hitte weerstaan, die denaturatie (dissociatie van DNA-strengen) veroorzaakt en voor de volgende PCR-cyclus.

TERPENEN, TERPENODEN EN STERODEN.

Terpentijn – vluchtige dennenharsolie.

Terpenen zijn een groep van onverzadigde koolwaterstoffen met samenstelling (C 5 H 8) n, waarbij n³ 2, wijdverbreid in de natuur. Bevat fragmenten van isopentaan, in de regel verbonden volgens het type "kop aan staart" (dit is de regel van Ruzicka).

Monoterpenen C 10 (C 5 H 8) 2 Ce knijpen terpenen C 15, (C 5 H 8) 3 Diterpenen C 20, (C 5 H 8) 4 Triterpenen C 30, (C 5 H 8) 6. Polyterpenen (rubber).

De mate van hydrogenering van terpenen kan verschillen, dus het aantal H-atomen hoeft geen veelvoud van 8 te zijn. Er zijn geen C 25 en C 35 terpenen.

Terpenen zijn acyclisch of carbocyclisch.

Terpenoïden (isoprenoïden) zijn terpenen (koolwaterstoffen) + functioneel gesubstitueerde terpenen. Een uitgebreide groep natuurlijke verbindingen met een regelmatige skeletstructuur.

Isoprenoïden kunnen worden ingedeeld in:

1) terpenen, incl. functioneel gesubstitueerd

2) steroïden

3) harszuren,

4) polyisopreenoïden (rubber).

De belangrijkste vertegenwoordigers van terpenen.

Enkele kenmerken van de chemie van terpenen, bicyclische moleculen en steroïden.

1) niet-klassieke kationen; 2) herschikkingen van het Wagner-Meyerwein-type; 3) gemakkelijke oxidatie; 4) diastereoselectieve synthese; 5) invloed van afgelegen groepen.

Formeel zijn terpenen isopreenpolymerisatieproducten, maar de syntheseroute is compleet anders! Waarom zijn polyisopreenderivaten zo wijdverbreid in de natuur? Dit komt door de eigenaardigheden van hun biosynthese van acetyl-co-enzym A, d.w.z. eigenlijk van azijnzuur. (Bloch, 40-60 jaar. Beide koolstofatomen uit C 14 H 3 C 14 UN zitten in terpeen.)

SYNTHESESCHEMA VAN MEVALONINEZUUR, het belangrijkste tussenproduct in de biosynthese van terpenen en steroïden.

condensatie acetyl co-enzym A in acetoacetyl co-enzym A gaat door het type Claisen-estercondensatie.

Synthese van limoneen uit geranylfosfaat, een belangrijk tussenproduct zowel bij de synthese van een grote verscheidenheid aan terpenen als bij de synthese van cholesterol. Hieronder staat de omzetting van limoneen in kamfer onder invloed van HCl, water en een oxidatiemiddel (PP is een pyrofosfaatresidu).

De omzetting van mevalonzuur in geranylfosfaat vindt plaats door 1) fosforylering van 5-OH, 2) herfosforylering van 5-OH en de vorming van pyrofosfaat, 3) fosforylering bij 3-OH. Dit alles gebeurt onder invloed van ATP, dat overgaat in ADP. Verdere transformaties:

Belangrijke steroïde hormonen.

In het lichaam gevormd uit cholesterol. Cholesterol is onoplosbaar in water. Dringt door in de cel en neemt deel aan de biosynthese door middel van complexen met steroldragende eiwitten.

GAZUREN . Cholzuur. Cis-junctie van ringen A en B. Galzuren verbeteren de opname van lipiden, verlagen het cholesterolgehalte en worden veel gebruikt voor de synthese van macrocyclische structuren.

STERODEN - GENEESMIDDELEN.

1. Cardiotonica. Digitoxine. Aanwezig in verschillende soorten vingerhoedskruid (Digitalispurpurea L. of DigitalislanataEhrh.) Glycosiden zijn natuurlijke verbindingen die bestaan uit een of meer glucose- of andere suikerresiduen, meestal via posities 1- of 4- geassocieerd met een organisch molecuul (AGLYCON). Stoffen met een vergelijkbare structuur en werking worden aangetroffen in het gif van sommige paddensoorten.

2. Diuretica. Spironolacton (veroshpiron). Aldosteron-antagonist. Blokkeert de omgekeerde opname van Na + -ionen, waardoor de hoeveelheid vocht wordt verminderd, wat leidt tot een verlaging van de bloeddruk Heeft geen invloed op het gehalte aan K + -ionen! Het is erg belangrijk.

3. Ontstekingsremmende medicijnen. Prednisolon. 6-methylprednisolon (zie formule hierboven). Fluorosteroïden (dexamethason (9a-fluor-16a-methylprednisolon), triamcinolon (9a-fluor-16a-hydroxyprednisolon) Ontstekingsremmende zalven.

4. anabolen. Bevordert de vorming van spiermassa en botweefsel. Methandrostenolon.

5. BRASSINOSTERODEN- NATUURLIJKE VERBINDINGEN DIE PLANTEN HELPEN TEGEN STRESS (droogte, vorst, overmatige vochtigheid) HEBBEN GROEIREGULERENDE ACTIVITEIT.

24-epibrassinolide [(22R, 23R,24R)-2α,3α,22,23-tetrahydroxy-B-homo-7-oxa-5α-ergostan-6-on.

De voorbereiding "Epin-extra", NNPP "NEST-M".

METAAL COMPLEX KATALYSE (1 SEMESTER).

xyleen, enz.), naftaleen en zijn derivaten, enz.

Benzeen aromatische koolwaterstoffen zijn voornamelijk vloeistoffen, deels vaste stoffen met een karakteristieke aromatische geur. Ze worden gebruikt als, maar ook als uitgangsproduct bij de productie van kleurstoffen, enz. Hun paren in hoge concentraties hebben een verdovend en gedeeltelijk stuiptrekkend effect.

Bij acute vergiftiging wordt opwinding, zoals alcohol, waargenomen, dan af en toe een geleidelijke depressie; de dood komt door ademstilstand. Chronische vergiftiging wordt gekenmerkt door ernstige schade aan het bloedsysteem en, vergezeld van een afname van het bloedgehalte, leukocyten en aandoeningen van het zenuwstelsel, schade aan de lever en organen van interne secretie. De meest ernstige chronische vergiftiging veroorzaakt benzeen (zie). Onder invloed van dampen of stof van aromatische koolwaterstoffen wordt vertroebeling van de lens waargenomen. Het irriterende effect van benzeenderivaten op de huid neemt toe met de toename van het aantal methylgroepen, het is vooral uitgesproken in mesityleen (trimethylbenzeen). De substitutie van waterstof in de zijketen voor ( , ) versterkt het irriterende effect van aromatische koolwaterstoffen op de luchtwegen en slijmvliezen. De toxische eigenschappen van aromatische amino- en nitroverbindingen (zie) zijn geassocieerd met hun vermogen om oxyhemoglobine om te zetten in methemoglobine.

Naftaleen en zijn derivaten kunnen schade aan het zenuwstelsel, het maagdarmkanaal, de nieren, irritatie van de bovenste luchtwegen en de huid veroorzaken. Verbindingen van polynucleaire aromatische koolwaterstoffen met gecondenseerde ringen worden gekenmerkt door kankerverwekkende activiteit. Tumoren komen meestal voor op plaatsen van direct contact met deze aromatische koolwaterstoffen, maar soms ook in verre organen (blaas).

Behandeling van vergiftiging. In milde gevallen van acute vergiftiging met aromatische koolwaterstoffen is het noodzakelijk om het slachtoffer uit de werkomgeving te verwijderen, behandeling is meestal niet vereist (in geval van opwinding worden valeriaandruppels voorgeschreven, rust wordt aanbevolen). In ernstige gevallen, wanneer de ademhaling verzwakt is, nemen ze hun toevlucht tot; het slachtoffer krijgt zuurstof of carbogen toegediend. Voor stoornissen in de bloedsomloop - een 10% oplossing van cafeïne-natriumbenzoaat onder de huid en binnen samen met acetylsalicylzuur of. gecontra-indiceerd. Met braken - intraveneus 20 ml van een 40% -oplossing. In geval van irritatie van de slijmvliezen - soda, de ogen wassen met een 2% -oplossing. Bij uitgesproken veranderingen in het bloed wordt het gebruik van stimulerende middelen aanbevolen [, tezan, (vitamine Bc), cyanocobalamine ()].

Aromatische koolwaterstoffen zijn koolwaterstoffen die een cyclische groep bevatten. De groep van aromatische koolwaterstoffen bestaat uit benzeen en zijn derivaten, aromatische verbindingen met twee benzeenringen (bifenyl en zijn derivaten), koolwaterstoffen met gecondenseerde ringen (indeen, naftaleen en zijn derivaten), polynucleaire koolwaterstoffen met gecondenseerde ringen en hun heterocyclische analogen.

Benzeen aromatische koolwaterstoffen zijn voornamelijk vloeistoffen, deels vaste stoffen met een karakteristieke aromatische geur. Ze worden gebruikt als oplosmiddelen, maar ook als uitgangsproducten bij de synthese van kunststoffen, synthetisch rubber, kleurstoffen, vernissen, insecticiden, farmaceutische producten en als zeer actieve componenten van motorbrandstof. Benzeen, tolueen, xyleen worden verkregen tijdens de destillatie van steenkool, evenals uit olie. Polynucleaire aromatische koolwaterstoffen komen voor in producten van natuurlijke oorsprong (olie, petroleumbitumen, enz.), en worden ook gevormd bij de thermische verwerking van organische grondstoffen (droge destillatie, kraken, vercooksen en semi-verkooksen).

Dampen van aromatische koolwaterstoffen in hoge concentraties hebben een verdovend en deels stuiptrekkend effect. Bij acute vergiftiging vindt de dood plaats door ademstilstand. Het gevaar van acute vergiftiging bij het gebruik van aromatische koolwaterstoffen is groot, vooral bij het werken in besloten ruimten. Nog gevaarlijker zijn chronische vergiftigingen, die worden gekenmerkt door ernstige schade aan het bloed en de bloedvormende organen. Individuele aromatische koolwaterstoffen werken anders. De meest ernstige chronische vergiftiging veroorzaakt benzeen (zie). In geval van vergiftiging met benzeenderivaten treden schade aan de lever, disfunctie van het zenuwstelsel, endocriene organen, met name de bijnieren, en vitamine C-metabolisme op. Aromatische koolwaterstoffen met vier methylgroepen zijn licht irriterend. Stoffen met vertakte zijketens en onverzadigde ketens hebben een groter irriterend effect, bij langwerpige ketens - minder.

De toxische eigenschappen van aromatische amino- en nitroverbindingen zijn zeer hoog, wat voornamelijk te wijten is aan hun vermogen om oxyhemoglobine om te zetten in methemoglobine met het optreden van hypoxemie en hypoxie. Sommige nitroverbindingen (trinitrotolueen) zijn typische leververgiften. Aromatische aminoverbindingen, vooral binucleaire (β-naftylamine, benzidine, dianisidine), kunnen kwaadaardige en goedaardige tumoren van de blaas veroorzaken. Wanneer waterstof wordt vervangen door een halogeen in de benzeenring, krijgen aromatische koolwaterstoffen verdovende en irriterende eigenschappen. Wanneer waterstof in de zijketen wordt vervangen door halogeen, ontstaan er producten die zeer irriterend zijn voor de luchtwegen en de slijmvliezen van de ogen. Hun toxiciteit neemt toe met een toename van het aantal halogeenatomen in het molecuul. Naftaleen en zijn derivaten tasten het zenuwstelsel, het maagdarmkanaal, de nieren aan en veroorzaken irritatie van de bovenste luchtwegen en de huid. De werking van alle aromatische koolwaterstoffen wordt gekenmerkt door veranderingen in het bloed (erytrocytenhemolyse, het verschijnen van Heinz-lichamen, bloedarmoede). Onder invloed van dampen en stof van aromatische koolwaterstoffen wordt vertroebeling van de lens waargenomen. Het optreden van staar gaat gepaard met een afname van het gehalte aan cysteïne in het lichaam tijdens ontgifting van het gif. Verbindingen van polynucleaire aromatische koolwaterstoffen met gecondenseerde ringen worden gekenmerkt door kankerverwekkende activiteit, waarvan een aantal auteurs direct afhankelijk is van het gehalte aan 3-4-benzpyreen in aromatische koolwaterstoffen. Tumoren ontstaan meestal door direct contact met deze aromatische koolwaterstoffen, soms en in verre organen.

De huidige sanitaire normen voor het ontwerp van industriële ondernemingen (SN 245-63) laten het gehalte aan benzeen in de lucht van werkruimten toe in een concentratie van niet meer dan 20 mg / m 3, tolueen - 50 mg / m 3, xyleen - 50 mg/m 3, naftaleen - 20 mg/m 3. De aanwezigheid van kankerverwekkende stoffen in de lucht van werkruimten is niet toegestaan. Bij het werken met aromatische koolwaterstoffen is het noodzakelijk om de beschermende maatregelen in acht te nemen die zijn gereguleerd door de aangegeven normen, evenals sanitaire regels en instructies voor individuele industrieën. Om chronische vergiftiging te voorkomen, is het belangrijk om voorafgaand en periodiek (eenmaal per jaar) medisch onderzoek uit te voeren bij degenen die met aromatische koolwaterstoffen werken. Voor diagnostische doeleinden wordt de bepaling in de urine van de oxidatieproducten van aromatische koolwaterstoffen gebruikt. Een aantal auteurs stelt de definitie van benzeen in biosubstraten voor, evenals tolueenoxidatieproducten (benzoëzuur en hippuurzuren) als een "blootstellingstest" om de concentratie van producten in de lucht van werkruimten te beoordelen. Het is belangrijk om het gehalte aan organische sulfaten in de urine te bepalen.

In het geval van milde acute vergiftiging is behandeling meestal niet nodig (in geval van opwinding worden bromiden, valeriaandruppels voorgeschreven, rust wordt aanbevolen). In ernstige gevallen nemen ze hun toevlucht tot kunstmatige beademing, de benoeming van zuurstof of carbogen. Bij stoornissen in de bloedsomloop wordt cafeïne onder de huid en per os samen met acetylsalicylzuur of amidopyrine geïnjecteerd. Adrenaline is gecontra-indiceerd. Bij braken - intraveneuze infusie van 20 g 40% glucose-oplossing. Met irritatie van de slijmvliezen - inademing van frisdrank; oogspoeling met een 2% oplossing van zuiveringszout.

Fysieke eigenschappen

Benzeen en zijn dichtstbijzijnde homologen zijn kleurloze vloeistoffen met een specifieke geur. Aromatische koolwaterstoffen zijn lichter dan water en lossen er niet in op, maar ze lossen gemakkelijk op in organische oplosmiddelen - alcohol, ether, aceton.

Benzeen en zijn homologen zijn zelf goede oplosmiddelen voor veel organische stoffen. Alle arena's branden met een rokerige vlam vanwege het hoge koolstofgehalte van hun moleculen.

De fysieke eigenschappen van sommige arenes zijn weergegeven in de tabel.

Tafel. Fysische eigenschappen van sommige arena's

Naam	Formule	t°.pl., °C	t°.bp., °C
benzeen	C 6 H 6	5,5	80,1
Tolueen (methylbenzeen)	C 6 H 5 CH 3	95,0	110,6
Ethylbenzeen	C 6 H 5 C 2 H 5	95,0	136,2
Xyleen (dimethylbenzeen)	C 6 H 4 (CH 3) 2
ortho-		25,18	144,41
meta-		47,87	139,10
paar-		13,26	138,35
Propylbenzeen	C 6 H 5 (CH 2) 2 CH 3	99,0	159,20
Cumeen (isopropylbenzeen)	C 6 H 5 CH(CH 3) 2	96,0	152,39
Styreen (vinylbenzeen)	C 6 H 5 CH \u003d CH 2	30,6	145,2

benzeen - laagkokend ( tkip= 80,1°C), kleurloze vloeistof, onoplosbaar in water

Aandacht! benzeen - gif, werkt op de nieren, verandert de bloedformule (bij langdurige blootstelling), kan de structuur van chromosomen verstoren.

De meeste aromatische koolwaterstoffen zijn levensbedreigend en giftig.

Het verkrijgen van arenen (benzeen en zijn homologen)

In het laboratorium

1. Fusie van zouten van benzoëzuur met vaste basen

C 6 H 5 -COONa + NaOH t → C 6 H 6 + Na 2 CO 3

natriumbenzoaat

2. Wurtz-Fitting reactie: (hier is G halogeen)

Vanaf 6H 5 -G+2nee + R-G →C 6 H 5 - R + 2 neeG

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

In industrie

geïsoleerd uit olie en steenkool door gefractioneerde destillatie, reforming;
uit koolteer en cokesovengas

1. Dehydrocyclisatie van alkanen met meer dan 6 koolstofatomen:

C 6 H 14 t , kat→C 6 H 6 + 4H 2

2. Trimerisatie van acetyleen(alleen voor benzeen) – R. Zelinski:

3C 2 H2 600°C, Handeling. steenkool→C 6 H 6

3. dehydrogenering cyclohexaan en zijn homologen:

Sovjet-academicus Nikolai Dmitrievich Zelinsky stelde vast dat benzeen wordt gevormd uit cyclohexaan (dehydrogenering van cycloalkanen

C 6 H 12 t, kat→C 6 H 6 + 3H 2

C 6 H 11 -CH 3 t , kat→C 6 H 5 -CH 3 + 3 H 2

methylcyclohexanetolueen

4. Alkylering van benzeen(het verkrijgen van homologen van benzeen) – r Friedel-Crafts.

C 6 H 6 + C 2 H 5 -Cl t, AlCl3→C 6 H 5 -C 2 H 5 + HCl

chloorethaan ethylbenzeen

Chemische eigenschappen van arenes

l. OXIDATIE REACTIES

1. Verbranding (rokerige vlam):

2C 6 H 6 + 15O 2 t→12CO 2 + 6H 2 O + Q

2. Benzeen ontkleurt onder normale omstandigheden broomwater en een waterige oplossing van kaliumpermanganaat niet

3. Homologen van benzeen worden geoxideerd door kaliumpermanganaat (verkleuren kaliumpermanganaat):

A) in een zure omgeving tot benzoëzuur

Onder invloed van kaliumpermanganaat en andere sterke oxidanten op de homologen van benzeen worden de zijketens geoxideerd. Hoe complex de keten van de substituent ook is, deze wordt vernietigd, met uitzondering van het a-koolstofatoom, dat wordt geoxideerd tot een carboxylgroep.

Homologen van benzeen met één zijketen geven benzoëzuur:

Homologen met twee zijketens geven dibasische zuren:

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

Vereenvoudigd :

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

B) in neutraal en licht alkalisch tot zouten van benzoëzuur

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

II. AANVULLENDE REACTIES (harder dan alkenen)

1. Halogenatie:

C 6 H 6 + 3Cl 2 h ν → C 6 H 6 Cl 6 (hexachloorcyclohexaan - hexachloraan)

2. Hydrogenering

C 6 H 6 + 3H 2 t , ptofNi→C 6 H 12 (cyclohexaan)

3. Polymerisatie

III. VERVANGINGSREACTIES – ionisch mechanisme (lichter dan alkanen)

1. Halogenering -

a ) benzeen

C 6 H 6 + Cl 2 AlCl 3 → C 6 H 5 -Cl + HCl (chloorbenzeen)

C 6 H 6 + 6Cl 2 t, AlCl3→C 6 Cl 6 + 6 HCl( hexachloorbenzeen)

C 6 H 6 + Br 2 t,FeCl3→ C 6 H 5 -Br + HBr( broombenzeen)

b) benzeenhomologen bij bestraling of verwarming

In termen van chemische eigenschappen zijn alkylradicalen vergelijkbaar met alkanen. Waterstofatomen daarin worden vervangen door halogenen door een mechanisme van vrije radicalen. Daarom leidt verwarming of UV-straling bij afwezigheid van een katalysator tot een radicale substitutiereactie in de zijketen. De invloed van de benzeenring op alkylsubstituenten leidt ertoe dat: het waterstofatoom wordt altijd vervangen bij het koolstofatoom dat direct aan de benzeenring is gebonden (a-koolstofatoom).

1) C 6 H 5 -CH 3 + Cl 2 h ν → C 6 H 5 -CH 2 -Cl + HCl

c) benzeenhomologen in aanwezigheid van een katalysator

C 6 H 5 -CH 3 + Cl 2 AlCl 3 → (mengsel van orta, paar derivaten) +HCl

2. Nitratie (met salpeterzuur)

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

nitrobenzeen - geur amandel!

C 6 H 5 -CH 3 + 3HO-NO 2 t, H2SO4→ Met H 3 -C 6 H 2 (NO 2) 3 + 3H 2 O

2,4,6-trinitrotolueen (tol, trotyl)

Het gebruik van benzeen en zijn homologen

benzeen C 6 H 6 is een goed oplosmiddel. Benzeen als additief verbetert de kwaliteit van motorbrandstof. Het dient als grondstof voor de productie van veel aromatische organische verbindingen - nitrobenzeen C 6 H 5 NO 2 (oplosmiddel, aniline wordt daaruit verkregen), chloorbenzeen C 6 H 5 Cl, fenol C 6 H 5 OH, styreen, enz.

Tolueen C 6 H 5 -CH 3 - een oplosmiddel dat wordt gebruikt bij de vervaardiging van kleurstoffen, medicijnen en explosieven (trotyl (tol), of 2,4,6-trinitrotolueen TNT).

xyleen C6H4 (CH3) 2 . Technisch xyleen is een mengsel van drie isomeren ( ortho-, meta- en paar--xylenen) - wordt gebruikt als oplosmiddel en uitgangsproduct voor de synthese van veel organische verbindingen.

Isopropylbenzeen C6H5-CH(CH3)2 dient om fenol en aceton te verkrijgen.

Chloorderivaten van benzeen gebruikt voor gewasbescherming. Het product van substitutie van H-atomen in benzeen door chlooratomen is dus hexachloorbenzeen C6C16 - een fungicide; het wordt gebruikt voor droge zaaddressing van tarwe en rogge tegen hard vuil. Het product van de toevoeging van chloor aan benzeen is hexachloorcyclohexaan (hexachloran) C 6 H 6 Cl 6 - een insecticide; het wordt gebruikt om schadelijke insecten te bestrijden. Deze stoffen verwijzen naar pesticiden - chemische middelen om micro-organismen, planten en dieren te bestrijden.

styreen C 6 H 5 - CH \u003d CH 2 polymeriseert zeer gemakkelijk, vormt polystyreen en copolymeriseert met butadieen - styreen-butadieenrubbers.

VIDEO ERVAREN

AROMATICITEIT(van het Grieks. aroma, genus. case aromatos - wierook), een concept dat de totaliteit van structureel, energetisch kenmerkt. sv-in en beschikt over reacties. cyclische vermogens. structuren met een systeem van geconjugeerde bindingen. De term werd geïntroduceerd door F.A. Kekule (1865) om St.-verbindingen te beschrijven die structureel dicht bij de voorouder van de klasse liggen.

een van de meest belangrijke kenmerken van aromaticiteit behoren tot de neiging aromatisch. conn. tot substitutie, waardoor het systeem van geconjugeerde bindingen in de cyclus behouden blijft, en niet tot toevoeging, dat dit systeem vernietigt. Naast zijn derivaten zijn dergelijke p-tions kenmerkend voor polycyclische aromatische verbindingen. (bijv. en hun derivaten), evenals voor isoelektronisch geconjugeerde heterocyclische. verbindingen. Het is echter bekend dat veel Comm. (, etc.), to-rogge gaat ook gemakkelijk in substitutiep-ties, maar heeft niet alle andere kenmerken van aromaticiteit.

reactie vermogen kan niet dienen als een nauwkeurig kenmerk van aromaticiteit, ook omdat het St. Islands niet alleen basaal weerspiegelt. de toestand van deze verbinding, maar ook de overgangstoestand (geactiveerd complex) van het district, waarin het Comm. komt binnen. Daarom zijn strengere criteria voor aromaticiteit geassocieerd met de analyse van fysisch. St. in het algemeen. elektronische toestanden cyclisch. verwante structuren. De grootste moeilijkheid is dat aromaticiteit geen experimenteel bepaalde eigenschap is. Daarom is er geen eenduidig criterium voor het vaststellen van de mate van aromaticiteit, d.w.z. mate van gelijkenis met St. you. Hieronder worden beschouwd als naib. belangrijke kenmerken van aromaticiteit.

De structuur van de elektronenschil van aromatische systemen.

De neiging en zijn afgeleiden om de structuur van de geconjugeerde ring in decomp te behouden. transformaties betekent toegenomen. thermodynamisch en kinetisch stabiliteit van dit structurele fragment. Stabilisatie (verlagen van elektronische energie) of met cyclisch. structuur, wordt bereikt met de volledige vulling van alle bindende moleculaire en vacatures van niet-bindende en anti-bindende. De vervulling van deze voorwaarden wordt bereikt wanneer het totale aantal in de cyclische. is gelijk aan (4n + 2), waarbij n = 0,1,2... (regel van Hückel).

Deze regel verklaart de stabiliteit (f-la I) en cyclopentadienyl (II; n = 1). Het maakte het mogelijk om de stabiliteit van cyclopropenyl (III; n = 0) en cycloheptatrienyl (IV; n = 1) correct te voorspellen. Gezien de gelijkenis van elektronenschillen Comm. II-IV en zij, net als de hogere cyclische. - , , (V-VII), worden als aromatisch beschouwd. systemen.

Regel van Hückel kan worden geëxtrapoleerd naar een aantal geconjugeerde heterocyclische. conn. - derivaten (VIII) en pyrylium (IX), iso-elektronische, vijfledige heterocyclische verbindingen van het type X ( , ), iso-elektronisch tot cyclopentadienyl. Deze verbindingen worden ook geclassificeerd als aromatisch. systemen.

Voor derivaten van verbindingen II-X en andere complexere structuren verkregen door iso-elektronische substitutie van methinegroepen in I-VII, ook gekenmerkt door hoge thermodynamisch. stabiliteit en algemene neiging tot substitutie in de kern.

Cyclisch. geconjugeerd, met 4n in de cyclus (n = 1,2 ...), zijn onstabiel en gaan gemakkelijk in additie-p-ties, omdat ze een open elektronenschil hebben met gedeeltelijk gevulde niet-bindende. Dergelijke verbindingen bijvoorbeeld. een typisch voorbeeld hiervan is cyclobutadieen (XI), waaronder kantiaromatich. systemen.

Regels die rekening houden met het aantal in de cyclus zijn nuttig voor het karakteriseren van St. in monocyclisch. structuren, maar zijn niet van toepassing op polycycles. Bij het beoordelen van de aromaticiteit van de laatste moet er rekening mee worden gehouden hoe de elektronenschillen van elke afzonderlijke cyclus met deze regels overeenkomen. Ze moeten ook met voorzichtigheid worden gebruikt in het geval van sterk geladen cyclische. . De elektronenschillen van het dication en dianion van cyclobutadieen voldoen dus aan de eisen van de regel van Hückel. Deze structuren kunnen echter niet als aromatisch worden geclassificeerd, omdat de dication (n = 0) niet stabiel is in een platte vorm, wat cyclisch oplevert. vervoeging, en in diagonaal gebogen; het dianion (n=1) is over het algemeen onstabiel.

Energiecriteria voor aromaticiteit. Resonantie energie. Om hoeveelheden te bepalen. maten van aromaticiteit, kenmerkend verhoogd. thermodynamisch aromatische stabiliteit. Comm., het concept van resonantie-energie (ER), of delokalisatie-energie, werd geformuleerd.

De warmte van het formeel bevatten van drie is 151 kJ/ meer dan de warmte van drie. Deze waarde, geassocieerd met de ER, kan worden beschouwd als de extra energie die wordt besteed aan de vernietiging van de cyclische. systeem van geconjugeerde benzeenringen, waardoor deze structuur wordt gestabiliseerd. T. arr., ER kenmerkt de bijdrage van cyclisch. conjugatie aan (totale energie, vernevelingswarmte) verbindingen.

Er zijn een aantal theoretische methoden voorgesteld. ER schattingen. Ze verschillen in arr. de keuze van een vergelijkingsstructuur (d.w.z. een structuur waarin de cyclische conjugatie wordt verbroken) met een cyclische. formulier. De gebruikelijke benadering voor het berekenen van de ER is om de elektronenenergieën van de cyclische te vergelijken. structuur en de som van de energieën van alle geïsoleerde erin. Echter, de berekende t. arr. ER, ongeacht de gebruikte kwantumchemische stof. methode hebben de neiging toe te nemen met de grootte van het systeem. Dit is vaak in tegenspraak met experimenten. gegevens over St.-wah aromatisch. systemen. Dus de aromaticiteit in de reeks polyacenovbenzeen (I), (XII), (XIII), tetraceen (XIV) neemt af (bijvoorbeeld de neiging tot toevoeging neemt toe, de afwisseling van bindingslengtes neemt toe), en de ER (gegeven in eenheden = 75 kJ /) toename :

Deze tekortkoming is beroofd van de grootte van de ER, berekend door de elektronische energieën van de cyclische te vergelijken. structuur en soortgelijke acyclische. geconjugeerd fullen (M. Dewar, 1969). Berekende t. arr. hoeveelheden worden meestal ER Dewar (ERD) genoemd. De ERD (1.013) wordt bijvoorbeeld berekend door deze te vergelijken met 1,3,5-hexatrieen, en de ERD van cyclobutadieen wordt berekend door deze = = te vergelijken met 1,3-butadieen.

Verbindingen met positieve ERD-waarden worden aromatisch genoemd, met negatieve waarden - tot anti-aromatisch en met ERD-waarden dichtbij nul - tot niet-aromatisch. Hoewel de waarden van de ERD variëren afhankelijk van de kwantumchemische benaderingen. berekeningsmethode, verwijst. hun volgorde hangt praktisch niet af van de keuze van de methode. Hieronder staan de ERD per één (ERD/e; in eenheden), berekend door de modificaties. Hükel:

Naib. ERD / e, dat wil zeggen, naib. aromatisch, bezit. De afname in ERD/e weerspiegelt een afname in aromaten. sv. Deze gegevens sluiten goed aan bij de heersende opvattingen over de manifestaties van aromaticiteit.

Magnetische criteria voor aromaticiteit. Cyclisch. conjugatie leidt tot het verschijnen van een ringstroom, die verheffing van de diamagneet veroorzaakt. gevoeligheid. Omdat de grootte van de ringstroom en verhoging de effectiviteit van de cyclische weerspiegelen. vervoegingen, dat kunnen ze b. gebruikt als hoeveelheden. graadmeter voor de aromatiteit.

Verbindingen zijn aromatisch, waarin geïnduceerde diamagnetische elektronische ringstromen (diatrope systemen) worden ondersteund. In het geval van annules (n = 0,1,2...) is er een directe evenredigheid tussen de sterkte van de ringstroom en de grootte van de ERD. Echter, voor niet-alternatieve (bijv.) en heterocyclische. conn. deze afhankelijkheid wordt erger. In sommige gevallen kan het systeem. zowel diatroop als anti-aromatisch, bijvoorbeeld. bicyclodecapentaeen.

De aanwezigheid van inductoren. ringstroom in cyclisch. geconjugeerde systemen komt typisch tot uiting in de spectra van proton magn. resonantie (PMR), omdat stroom creëert een anisotroop magnetisch veld. veld dat de chem aanzienlijk beïnvloedt. verschuivingen in verband met ringen. Signalen in ext. aromatische delen. ringen worden naar het sterke veld verschoven en signalen aan de rand van de ring - naar het zwakke veld. Ja, intern (vorm VI) en (VII) verschijnen respectievelijk bij -60°C in het PMR-spectrum. op 0,0 en -2,99m. d., en extern - bij 7,6 en 9,28 ppm.

Voor anti-aromatische annulen-systemen daarentegen worden gekenmerkt door paramagnetisme. ringstromen die leiden tot een verschuiving ext. in een sterk veld (paratrope systemen). Ja, chem. verschuiven ext. is slechts 4,8 ppm.

Structurele criteria voor aromaticiteit. De belangrijkste structurele kenmerken zijn de vlakheid en volledige gelijkmatigheid van bindingen. kan als aromatisch worden beschouwd als de lengtes van koolstof-koolstofbindingen daarin in het bereik van 0,136-0,143 nm liggen, d.w.z. dicht bij 0,1397 nm voor (I). Voor niet-cyclische geconjugeerde polyeenstructuren, de lengtes van de C-C-bindingen zijn 0,144-0,148 nm en de C=C-bindingen zijn 0,134-0,135 nm. Een nog grotere afwisseling van bindingslengtes is kenmerkend voor anti-aromatisch. structuren. Dit wordt ondersteund door rigoureuze niet-empirische gegevens. geometrische berekeningen. parameters van cyclobutadieen en experiment. gegevens voor zijn derivaten.

Voorgesteld verschil. uitdrukkingen voor hoeveelheden. kenmerken van aromaticiteit volgens de mate van afwisseling van bindingslengtes, bijvoorbeeld. voor de aromaticiteitsindex (HOMA d) wordt ingevoerd:

waarbij a \u003d 98,89, X r de lengte is van de r-de binding (in A), n is het aantal bindingen. Voor