WĘGLOWODORY AROMATYCZNE

BENZEN

Benzen o wzorze sumarycznym C₆H₆ to najprostszy węglowodór aromatyczny.

W początkowym okresie rozwoju chemii organicznej określenia związki aromatyczne używano dla określenia grupy substancji o charakterystycznym zapachu.

Okazało się jednak, że substancje aromatyczne różnią się znacznie od innych związków chemicznych przede wszystkim swoimi właściwościami chemicznymi.

Obecnie pod pojęciem związek aromatyczny rozumiemy przede wszystkim benzen i inne związki strukturalnie pokrewne.

BENZEN

Benzen jest związkiem rakotwórczym, powodującym białaczkę. Obecnie benzen jest wycofywany ze stosowania w przemyśle z tego powodu.

Proste węglowodory aromatyczne uzyskuje się z węgla kamiennego oraz z ropy naftowej. Gdy ogrzewa się węgiel kamienny do temperatury 1000^oC bez dostępu powietrza, wówczas otrzymuje się mieszaninę lotnych, możliwych do oddestylowania związków, znanych jako smoła pogazowa. Destylacja frakcyjna smoły pogazowej prowadzi do uzyskania benzenu, toluenu, ksylenu (dimetylobenzenu), naftalenu i wielu innych związków aromatycznych.

Ropa naftowa składa się przede wszystkim z mieszaniny alkanów. W procesie reformingu, gdy alkany przepuszcza się nad katalizatorem w temperaturze około 500^oC pod wysokim ciśnieniem, tworzą się związki aromatyczne.

NAZEWNICTWO

Związki aromatyczne otrzymały wiele nazw zwyczajowych, które utrzymują się do dzisiaj, chociaż IUPAC nie zachęca do stosowania tych nazw. Należy je jednak znać ze względu na utrzymującą się powszechność stosowania.

• jednopodstawione pochodne benzenu tworzy się, dodając do podstawowej nazwy benzen jedynie nazwę podstawnika

• jeżeli alkilowa grupa podstawnika zawiera sześć lub mniej atomów węgla to nazwę stosuje się jak w przypadku podstawionych pochodnych benzenu. Jeżeli zawiera więcej niż sześć atomów węgla, to grupę aromatyczną (fenyl) traktuje się jak podstawnik i jest to wówczas alkan podstawiony grupą aromatyczną

• nazwy dwupodstawionych pochodnych benzenu tworzy się z wykorzystaniem przedrostków orto (o), meta (m) lub para (p)

• gdy benzen jest podstawiony więcej niż dwoma podstawnikami, wówczas stosuje się numerowanie węgli w pierścieniu benzenowym, tak aby indeksy były jak najmniejsze, a podstawniki wymienia się w kolejności alfabetycznej.

NAZWY ZWYCZAJOWE NIEKTÓRYCH ZWIĄZKÓW AROMATYCZNYCH

AROMATYCZNE ZWIĄZKI POLICYKLICZNE

Prócz jednopierścieniowych węglowodorów aromatycznych istnieją także wielopierścieniowe, policykliczne węglowodory aromatyczne o sprzężonych pierścieniach benzenowych, takich związków znanych jest kilkaset.

AROMATYCZNE ZWIĄZKI POLICYKLICZNE

Istnieje jeszcze wiele innych bardziej złożonych wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych.

Związki te praktycznie w naturze (w środowisku naturalnym) nie występują. Są one produktami niecałkowitego spalania węgla i innych paliw. Emitowane są do atmosfery i także na stanowiska pracy z procesów koksowania węgla, z procesów hutniczych, z przemysłu gumowego a szczególnie z procesów wulkanizacji, ze spalarni odpadów i z wielu innych.

Węglowodory te znajduję się w dymie tytoniowym, w produktach pieczonych na grillu.

Najlepiej poznanym węglowodorem z tej grupy jest benzo(a)piren. Kontakt z niewielka ilością tego związku powoduje raka skóry u myszy. Jest zaliczany do związków rakotwórczych, podobnie jak wiele innych wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych.

AROMATYCZNE ZWIĄZKI POLICYKLICZNE

Istnieje jeszcze wiele innych bardziej złożonych wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych.

Związki te praktycznie w naturze (w środowisku naturalnym) nie występują. Są one produktami niecałkowitego spalania węgla i innych paliw. Emitowane są do atmosfery i także na stanowiska pracy z procesów koksowania węgla, z procesów hutniczych, z przemysłu gumowego a szczególnie z procesów wulkanizacji, ze spalarni odpadów i z wielu innych.

Węglowodory te znajduję się w dymie tytoniowym, w produktach pieczonych na grillu.

Najlepiej poznanym węglowodorem z tej grupy jest benzo(a)piren. Kontakt z niewielka ilością tego związku powoduje raka skóry u myszy. Jest zaliczany do związków rakotwórczych, podobnie jak wiele innych wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych.

Do pierścienia aromatycznego, w wyniku reakcji substytucji elektrofilowej, można wprowadzić różne podstawniki. Poprzez wybór odpowiednich substratów możliwe jest halogenowanie pierścienia aromatycznego (podstawienie fluorowca), nitrowanie (podstawienie grupy nitrowej NO₂), sulfonowanie (podstawienie grupy sulfonowej SO₃H), alkilowanie (podstawienie grupy alkilowej R) oraz acylowanie (podstawienie grupy acylowej COR).

REAKCJE ZWIAZKÓW AROMATYCZNYCH

Przykłady niektórych związków aromatycznych powstałych w wyniku reakcji substytucji elektrofilowej.

REAKCJE REDUKCJI ZWIĄZKÓW AROMATYCZNYCH

Pierścienie aromatyczne są odporne zarówno na utlenianie jak i na redukcję w warunkach, które pozwalają na redukcje wiązań podwójnych typowych alkenów. W rezultacie możliwe jest selektywne zredukowanie wiązań podwójnych alkenów, podstawionych do pierścienia aromatycznego. Nawet w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem atmosferycznym, stosując katalizator palladowy (Pd) można zredukować podwójne wiązanie w podstawniku nie naruszając pierścienia aromatycznego.

Ani pierścień benzenowy, ani grupa karbonylowa ketonu nie jest naruszona.

REAKCJE REDUKCJI ZWIĄZKÓW AROMATYCZNYCH

Aby uwodornić pierścień aromatyczny, konieczne jest użycie katalizatora platynowego i gazowego wodoru pod ciśnieniem kilkuset atmosfer. W takich warunkach pierścienie benzenowe ulegają redukcji do cykloheksanu.