АРОМАТИЧНІ ВУГЛЕВОДНІ
Ароматичні вуглеводні
Ароматичні вуглеводні, або арени, — органічні сполуки з вуглецю й водню, молекули яких містять одне чи кілька ароматичних кілець, тобто циклів із замкненою системою спряжених π-зв'язків; найпростіший представник — бензен (бензол) C₆H₆.
Коротко
- Назва історична: перші такі сполуки добували із запашних природних смол і бальзамів.
- Ароматичне кільце дуже стійке, тому арени охоче вступають у реакції заміщення і майже не вступають у реакції приєднання.
- Колись їх добували з кам'яновугільної смоли, нині — переважно з нафти каталітичним риформінгом і піролізом.
- Основа виробництва пластмас, барвників, ліків, вибухових речовин, синтетичних волокон; бензен — визнаний канцероген.
1825 року Майкл Фарадей виділив з маслянистого залишку, що лишався після виробництва світильного газу, нову рідину — бензен. Сорок років хіміки не могли зрозуміти, як шість атомів вуглецю й шість атомів водню утворюють настільки стійку молекулу. 1865 року Фрідріх Август Кекуле запропонував кільце з шести атомів вуглецю з почерговими одинарними й подвійними зв’язками. З цієї ідеї виросла вся хімія ароматичних сполук.
Будова
У молекулі бензену шість атомів вуглецю утворюють плоский правильний шестикутник. Частина електронів зв’язків лежить у площині кільця, а π-електрони розподілені над і під нею, утворюючи спільну замкнену систему. Через це кільце надзвичайно стійке. Плоску будову кільця 1929 року підтвердила рентгеноструктурним аналізом Кетлін Лонсдейл.
Сполуки з двома і більше кільцями бувають двох типів:
- кільця з’єднані безпосередньо, як у дифенілі C₆H₅–C₆H₅;
- кільця конденсовані, тобто мають спільні атоми вуглецю, як у нафталені й антрацені. Такі речовини називають поліциклічними ароматичними вуглеводнями.
Найважливіші представники
| Речовина | Формула | Застосування |
|---|---|---|
| Бензен | C₆H₆ | сировина для стиролу, фенолу, циклогексану |
| Толуен | C₆H₅CH₃ | розчинник, найближчий гомолог бензену |
| Ксилени | C₆H₄(CH₃)₂ | разом з бензеном і толуеном — група BTX |
| Стирол | C₆H₅CH=CH₂ | мономер полістиролу |
| Нафтален | C₁₀H₈ | найпростіший поліциклічний арен |
Властивості
Моноциклічні арени, як бензен і толуен, — безбарвні леткі легкозаймисті рідини з характерним запахом. Вони легші за воду й у ній не розчиняються, натомість добре розчиняються в органічних розчинниках і самі є розчинниками.
Через стійкість кільця арени неохоче вступають у реакції приєднання, а натомість легко заміщують атоми водню. З галогенами за наявності каталізатора (наприклад, FeBr₃) утворюються галогенопохідні, з концентрованою азотною кислотою — нітросполуки, із сірчаною — сульфокислоти. Горять арени кіптявим полум’ям, бо містять багато вуглецю.
Добування і використання
У XIX столітті ароматичні вуглеводні добували з кам’яновугільної смоли — побічного продукту коксування вугілля. Сьогодні основним джерелом є нафта: арени отримують каталітичним риформінгом і піролізом нафтових фракцій. У лабораторії бензен можна добути дегідруванням циклогексану або тримеризацією ацетилену на активованому вугіллі.
Понад половину бензену переробляють на етилбензен, а з нього — на стирол і полістирол. Інші напрями — виробництво фенолу й ацетону, нейлону, барвників, ліків, вибухових речовин і моторного палива.
Запитання
Чому їх називають ароматичними, якщо пахнуть не всі?
Назва залишилася з XIX століття, коли сполуки групували за запахом, а перші представники класу виділяли з ароматних смол. Сучасне визначення ароматичності з запахом не пов'язане: йдеться про будову молекули — плоский цикл зі спряженими π-електронами, що відповідає правилу Гюккеля.
Чи шкідливий бензен?
Так. Міжнародне агентство з дослідження раку відносить бензен до речовин, канцерогенних для людини (група 1). Тривалий контакт з ним пов'язують з апластичною анемією, гострим лейкозом і мієломною хворобою, тому вміст бензену в повітрі робочих приміщень і в питній воді суворо нормують.
Див. також
- Азот Атомна маса — 14,007; молекула N₂ з потрійним зв’язком дуже міцна, тому за звичайних умов азот хімічно інертний.
- Глутамінова кислота Людський організм синтезує її сам, тож вона належить до замінних амінокислот.
- Абсорбер Абсорбція — поглинання газу всім об’ємом рідини, на відміну від адсорбції, що відбувається на поверхні твердого тіла.
- Розділ «Органічна хімія» Усі статті підрозділу «Органічна хімія».
Джерела
- Арени — Вікіпедія (українська)
- Aromatic compound — Wikipedia (англійська)
- Benzene — Wikipedia (англійська)
- Хомченко Г. П. Посібник з хімії для вступників до вузів. — Київ: Вища школа, 1970.
Статтю написано редакцією словника за наведеними джерелами; дати й факти звірено між ними. Якщо джерела розходяться, це сказано в тексті.
Поруч у словнику
- АҐРЕҐАТНІ СТАНИ РЕЧОВИНИ Агрегатні стани речовини — стани однієї й тієї самої речовини, що істотно різняться фізичними властивостями, характером теплового руху й упорядкованістю частинок; класично виділяють тверде тіло, рідину, газ і плазму.
- АКАБОРІ Акаборі Сіро (赤堀四郎; 20 жовтня 1900 — 3 листопада 1992) — японський хімік-органік і біохімік, дослідник амінокислот і білків, засновник і перший директор Інституту білка при Осакському університеті, член Японської академії наук та іноземний член Академії наук СРСР.
- АКРИЛОВА КИСЛОТА Акрилова кислота (пропенова, етиленкарбонова кислота; CH₂=CH–COOH) — найпростіша ненасичена карбонова кислота, безбарвна рідина з різким запахом, сировина для виробництва акрилатів і поліакрилових полімерів.
- АКТИНІЙ Актиній (лат. Actinium, від грецького ἀκτίς — «промінь»; символ Ac) — радіоактивний хімічний елемент з атомним номером 89, сріблясто-білий м’який метал, перший у ряду актиноїдів, який отримав від нього свою назву.