Shrnutí na Aromatické uhlovodíky (Areny)

## Úvod Areny neboli **aromatické uhlovodíky** jsou skupina cyklických uhlovodíků obsahujících alespoň jedno **aromatické (benzenové) jádro**. Aromatické jádro je šestičlenný kruh s konjugovanými vazbami, kde jsou π-elektrony delokalizovány přes celý kruh. Díky tomu mají areny speciální chemické a fyzikální vlastnosti odlišné od alkenů nebo alkanů. > **Definice:** Areny jsou cyklické uhlovodíky obsahující benzenové jádro, tj. šestičlenný kruh s konjugovanou π-elektronovou soustavou. ## Struktura a obecné vlastnosti ### Struktura benzenového jádra - Benzen má vzorec $\ce{C6H6}$ a šestičlenný kruh se střídajícími se jednoduchými a dvojnými vazbami v zjednodušeném zápisu. - V realitě jsou π-elektrony delokalizovány, což zapisujeme často kruhem uvnitř šestičlenného kruhu. - Delokalizace zvyšuje stabilitu jádra (aromatická stabilizace). > **Definice:** Delokalizované π-elektrony jsou elektrony, které jsou rozprostřeny nad více atomy místo lokalizovaných dvou nebo jedné vazby. ### Fyzikální vlastnosti - Obecný vzorec pro jednoduché aromáty není jednotný; benzen je $\ce{C6H6}$, další mají delší uhlovodíkové řetězce. (Pozn.: v původním textu je zmíněn obecný vzorec s chybou $C_4H_{24-6}$; správně pro benzen $\ce{C6H6}$.) - Vlastnosti jednotlivých arenů: - Benzen, toluen, xyleny: kapaliny - Naftalen, antracen, fenantren: pevné látky (krystalické) - Nerozpustné ve vodě - Rozpustné v organických rozpouštědlech (např. éter, aceton) - Bod varu roste s molekulovou hmotností - Bod vzplanutí závisí na symetrii molekuly - Typický zápach - Toxické: působí na centrální nervovou soustavu, jsou karcinogenní a mohou poškozovat kostní dřeň - Pálení často vytváří čadivý plamen ## Chemická reaktivita arenů Areny obecně nepodléhají snadno adičním reakcím, které jsou typické pro alkeny. Místo toho podléhají především reakcím **substitučním**, zejména elektrofilní substituci, kdy elektrofil nahradí atom vodíku na aromatickém kruhu. ### 1) Elektrofilní substituce (EAS) Elektrofilní substituce je hlavní typ reakce arenů. Mezi časté příklady patří: a) Halogenace $$\ce{C6H6 + Cl2 ->[AlCl3] C6H5Cl + HCl}$$ - Příkladem je vznik chlorbenzenu z benzenu za přítomnosti Lewisovy kyseliny $\ce{AlCl3}$. b) Nitrace $$\ce{C6H6 + HNO3 ->[H2SO4] C6H5NO2 + H2O}$$ - Nitroskupinu zavádíme pomocí směsi koncentrované kyseliny dusičné a sírové (nitratační směs). Kyselina sírová funguje jako katalyzátor a dehydratační činidlo. c) Sulfonace $$\ce{C6H6 + SO3 ->[H2SO4] C6H5SO3H}$$ - Vzniká benzen-sulfonová kyselina při působení oxidu sírového v kyselině sírové. ### 2) Adiční reakce (méně běžné) Aritmeticky jsou adiční reakce méně preferované; lze je provést za silných podmínek. a) Hydrogenace $$\ce{C6H6 + 3H2 -> C6H12}$$ - Při plné hydrogenaci vzniká cyklohexan ($\ce{C6H12}$). b) Halogenace za radikálových či speciálních podmínek může vést k hexachlorovaným cyklohexanům nebo jiným aduktům. ### 3) Oxidace - Aromatické jádro je odolné vůči silné oxidaci, obvykle oxidace postihuje boční alkylový řetězec. - Oxidace alkylbenzenů (např. toluenu) vede často k aromatickým karboxylovým kyselinám, např. toluen oxidací -> kyselina benzoová: $$\ce{C6H5CH3 + 3O2 -> C6H5COOH + H2O}$$ - Oxidace polycyklických arenů může vést na chinony (např. p-benzochinon) nebo anhydridy (např. anhydrid maleinový v některých reakcích). ## Typy arenů a názvosloví - **Monocyklické areny**: obsahují jedno benzenové jádro (např. benzen, toluen, styren). - **Kondenzované (fúzované) areny**: více benzenových jader spojených sdílením hran (např. naftalen, antracen, fenantren). - **Polycyklické areny**: složené z více spojených aromatických kruhů (zvláštní skupina kondenzovaných) > **Definice:** Kondenzované areny jsou aromatické sloučeniny, kde se benzenová jádra slučují sdílením dvou uhlíků (hran). Tabulka: porovnání vybraných arenů | Sloučenina | Vzorec | Stav | Použití | Rizika | |---|---:|---|---|---| | Benzen | $\ce{C6H6}$ | kapalina | rozpouštědlo, výchozí surovina p