Transcript: Arene – adiţie la nucleul aromatic, reacţii la catena laterală
Data trecută am vorbit despre reacțiile de substituție care au loc la nucleul benzenic.
Alte reacții care au loc la nucleu sunt cele de adiție și de oxidare.
Arenele participă la reacțiile de adiție numai în condiții energice.
Hidrogenarea, adică adiția hidrogenului, este o reacție comună pentru nucleul benzenic.
Prin adiția hidrogenului scăpăm de legăturile duble, iar dacă scăpăm și de o singură legătură dublă dintr-un radical fenil,
înseamnă că dispare rezonanța, deci dispare și caracterul aromatic al compusului.
Condițiile de care avem nevoie pentru ca hidrogenarea arenelor să aibă loc sunt temperaturile ridicate și prezența unor catalizatori,
precum nichelul sau platina.
Benzenul adiționează hidrogen în prezență de nichel la 200 de grade Celsius.
Astfel obținem hidrocarbura ciclică saturată și anume ciclohexanul.
Nu mai avem nici o legătură dublă.
Reacția nu poate fi oprită la etapele intermediare prin care obținem ciclohexadiena sau ciclohexenă,
deoarece hidrogenarea acestor compuși are loc cu o viteză și mai mare decât hidrogenarea primei legături duble.
În ceea ce privește naftalina, nucleele benzenice se hidrogenează pe rând, deci adiția hidrogenului la naftalina are loc în două etape.
Și în acest caz e nevoie de catalizatori metalici, precum nichelul, platina sau paladium.
În prima etapă obținem tetrahydronaftalina sau tetralina.
În a doua etapă, care are loc la temperaturi mai ridicate, obținem decahydronaftalina sau decalina.
Naftalina adiționează hidrogenul mai ușor decât benzenul.
Acest lucru ne arată că are un caracter aromatic mai slab decât benzenul.
În seria hidrocarburilor aromatice polinucleare cu nuclee condensate, caracterul aromatic scade odată cu creșterea numărului de nuclee benzenice condensate.
Deci cu cât sunt mai multe cicluri benzenice într-o moleculă, cu atât hidrogenarea va avea loc mai ușor.
Adiția halogenilor la nucleul benzenic are loc în prezența luminii a radiatilor ultraviolete sau a luminii solare.
Prin adiția clorului la benzen în prezența luminii, obținem hexaclorociclohexan.
Mai precis, obținem un amestec de izomeri sterici care diferă între ei prin aranjamentul atomilor de clor și de hidrogen în spațiu.
Unul dintre acești izomeri se folosește ca insecticid.
Un alt tip de reacție care are loc la nucleul benzenic este reacția de oxidare.
Nucleul benzenic este foarte stabil termic și este foarte rezistent față de agenții oxidanți obișnuiți care atacă legătura dublă.
Așadar, benzenul poate fi oxidat numai în condiții energice.
Catalizatorul de care avem nevoie pentru a rupe inelul benzenic este oxidul de vanadiu la o temperatură de 500 de grade Celsius în prezență de oxigen molecular.
Prin oxidarea benzenului, în aceste condiții, se obține acidul maleic.
La această temperatură de reacție, acidul maleic elimină o moleculă de apă, transformându-se în anidridă maleică.
Naftalina, având un caracter aromatic mai slab decât benzenul, se oxidează la o temperatură ceva mai scăzută și anume la 350 de grade Celsius, dar tot în prezența oxidului de vanadiu.
Și în cazul naftalinei, oxidarea are loc cu ruperea unuia dintre inelele benzenice.
Se formează astfel acidul phtalic, care poate elimina și el o moleculă de apă, transformându-se astfel în anidridă phtalică.
Antracenul are un caracter aromatic și mai slab decât naftalina, deci se poate oxida mult mai ușor, chiar cu agezi de oxidare obișnuiți, precum dicromatul de potasiu, în prezență de acid acetic.
Reacția de oxidare are loc la atomii de carbon din nucleul benzenic din mijloc, însă în cazul antracenului reacția de oxidare are loc fără ruperea unui nucleu benzenic.
Compusul obținut astfel se numește antracinonă și se folosește în industria coloranților sintetici.
În cazul alchilbenzenilor pot avea loc reacții atât la cadena laterală cât și la nucleul benzenic. Reacțiile caracteristice cadenei laterale sunt halogenarea și oxidarea.
La tratarea cu clor sau brom, în prezența luminii, alchilbenzenii nu dau o reacție de adiție la nucleul benzenic, ci o reacție de substituție la cadena laterală.
Această reacție de substituție are loc în poziția vecină a nucleului aromatic, numită poziție benzilică.
Atomii de hidrogen din poziția benzilică sunt mai reactivi decât ceilalți atomi din cadena saturată. Cu exces de halogen și la o temperatură mai ridicată, se pot substitui toți atomii de hidrogen din poziția benzilică.
De exemplu, în cazul clorurării toluenului, în prezența luminii, se obține mai întâi clorura de benzil, apoi clorura de benzilite și, într-un final, după ce este substituit și cel de al treilei atom de hidrogen, se obține și clorura de benzin.
Agenții oxidanți obișnuiți, precum permangaratul de potasiu sau dicromatul de potasiu, atacă poziția benzilică a unui alchil benzenic.
După cum am precizat mai devreme, nucleul benzenic este rezistent față de acțiunea acestor oxidanți, deci are loc o reacție de oxidare la cadena laterală.
În funcție de cadena laterală și de agentul oxidant folosit, pot rezulta diferiți produși de reacție.
În prezență de permanganat de potasiu, la cald, în soluție slab-bazică, grupa CH2 din poziția benzilică se oxidează, transformând compusul într-o cetonă.
Etilbenzenul se oxidează astfel la fenil-metil-cetonă, care se mai numește și acetofenonă.
Agenții oxidanți mai energici, precum dicromatul de potasiu în prezență de acid sulfuric sau permanganatul de potasiu în prezență de acid sulfuric,
oxidează cadena laterală în poziția benzilică, conducând la acizi carboxilici aromatici.
De exemplu, prin oxidarea toluenului, în prezență de permanganat de potasiu cu acid sulfuric, obținem acidul benzoic.
Iar prin oxidarea etilbenzenului, în aceleași condiții, obținem acid benzoic și dioxid de carbon.
Prin oxidarea ortoxilenului, tot în condiții energice, obținem acidul stalic.
Acestea au fost, foarte pe scurt, reacțiile hidrocarburilor aromatice.
Alături de hidrocarburile saturate și cele nesaturate, arenele sunt materii prime importante pentru multe sintezie organice.
Benzenul și alchilbenzenii sunt utilizați ca solvent, dar și ca materii prime pentru obținerea unui număr impresionant de produse,
ceea nume, fibre sintetice, mase plastice, coloranți, detergenți, explozivi, medicamente și multe altele.