Aromatické sloučeniny Úvodní snímek s motivačním tematickým obrázkem.

Benzen = benzenové jádro = aromatické jádro = cyklus = kruh Benzen – diskutujeme s žáky o tom, co si vybaví pod pojmem benzen, co si pamatují ze ZŠ. Sdělíme žákům, kdo byl Friedrich Kekulé.

… Kekulé a jeho sny … Motivační snímek – zajímavosti o Kekulém.

Název „aromatické“ Historický důvod např. benzaldehyd Diskutujeme s žáky o tom, co si vybaví pod pojmem aromatické sloučeniny. Benzaldehyd je obsažen v broskvích a třešních, oboje ovoce voní. např. benzaldehyd

Pravidlo aromaticity Molekula je planární cyklohexan benzen Předložíme žákům modely cyklohexanu a benzenu a vyzveme je, aby modely ve skupinách porovnali a aby odvodili, v čem se liší. Lépe si zapamatují pravidlo aromaticity, když ho sami vydedukují. Pracujeme s animací prezentace. cyklohexan benzen

Pravidlo aromaticity molekula obsahuje cyklický systém konjugovaných vazeb Necháme žáky zamyslet se nad tím, jaká další vlastnost by mohla být pro aromatické sloučeniny typická – podle obrázku. Společně si připomeneme vlastnosti konjugovaných dienů. Pracujeme s animací prezentace.  

Pravidlo aromaticity molekula obsahuje (4n+2) π elektronů kde n = 0,1,2,3,… (Hücklovo pravidlo) Seznámíme žáky s třetím bodem pravidla aromaticity. Vyzkoušíme si jeho určování na třech různých molekulách. Cyklobutadien není aromatický, pyridin je aromatická heterocyklická sloučenina. Pracujeme s animací prezentace.   pyridin benzen cyklobutadien

Benzen je konjugovaná molekula Délka jednoduché vazby je 154 nm Délka dvojné vazby je 134 nm Délka vazby v benzenu je 139 nm Můžeme s žáky diskutovat o tom, jak se liší jednoduchá a dvojná vazba. Poté žákům vysvětlíme, že v benzenu nejsou vazby ani jednoduché, ani dvojné.  

Delokalizované elektrony delokalizační = stabilizační = rezonanční energie chemicky stabilní látka = energeticky chudá Na tomto snímku vysvětlujeme delokalizaci elektronů, pokud žáci neznají hybridizaci. Seznámíme žáky s mapou elektrostatického potenciálu, na které mohou vidět rozložení e- „ve skutečnosti“. Žáci poté na obrázku porovnají dva druhy zobrazení e- v molekule benzenu. Sdělíme žákům, že při delokalizaci elektronů dochází k snížení energie molekuly a že tento úbytek energie se nazývá delokalizační = stabilizační = rezonanční energie. Toto budou pro žáky pravděpodobně nové pojmy. Porovnáme vlastnosti benzenu a cyklohex – 1,3,5 – trienu.

Proč? Pokud žáci znají hybridizaci, můžeme pomocí tohoto obrázku vysvětlit cyklický systém konjugovaných vazeb. V butadienu dochází k interakci p-orbitalů mezi uhlíkem C2 a C3. Elektrony tudíž nejsou umístěny pevně mezi konkrétní uhlíky, ale jsou delokalizované.  

Zakreslování struktury benzenu Diskutujeme s žáky nad výhodami a nevýhodami používání jednotlivých struktur benzenu. Pokud ještě neznají teorii rezonance, můžeme ji zde dobře vysvětlit. a) b) c)

Zdroje aromatických uhlovodíků ropa Diskutujeme s žáky. Pracujeme s animací prezentace.  

Klasifikace aromatických sloučenin AROMATICKÉ UHLOVODÍKY areny: benzen, kondenzovaná benzenová jádra, alkylované benzenové sloučeniny (-R) deriváty aromatických uhlovodíků vznikají substitucí atomu vodíku na aromatickém jádře skupinami -OH, -NH2, -CHO, -COOH, -COR, -CN, -X, -NO2, -SO3,… některé heterocykly Seznámíme žáky s klasifikací aromatických sloučenin.

Názvosloví Základní aromatické uhlovodíky mají triviální názvy. Číslování kruhů je pevně dané. Vysvětlíme žákům pravidla názvosloví. Formou skupinové práce procvičíme na příkladech tvorbu vzorců i názvů sloučenin. Vysvětlíme žákům pravidla názvosloví. Formou skupinové práce procvičíme na příkladech tvorbu vzorců i názvů sloučenin. benzen naftalen anthracen fenanthren

na některém z aromatických uhlovodíků je navázán substituent: triviálně základní cyklus a systematicky předpona poloha substituentů musí mít nejnižší možné lokanty substituenty uvádíme v abecedním pořadí 1-ethyl-2-methyl-4-propylbenzen Vysvětlíme žákům pravidla názvosloví. Formou skupinové práce procvičíme na příkladech tvorbu vzorců i názvů sloučenin.

(1-methylethyl)benzen některé areny mají jak triviální, tak semisystematické název toluen methylbenzen styren vinylbenzen ethenylbenzen kumen isopropylbenzen (1-methylethyl)benzen propan-2-ylbenzen Vysvětlíme žákům pravidla názvosloví. Formou skupinové práce procvičíme na příkladech tvorbu vzorců i názvů sloučenin.

vzájemná poloha substituentů může být vyjádřena předponami: ortho– pro polohu 1,2- meta– pro polohu 1,3- para– pro polohu 1,4- Vysvětlíme žákům pravidla názvosloví. Formou skupinové práce procvičíme na příkladech tvorbu vzorců i názvů sloučenin. ortho- (o-) meta- (m-) para- (p-)

Areny budou mít koncovku –yl (tzv. aryly). Pokud je uhlovodíkový řetězec napojený na benzenové jádro dlouhý, vyjádříme aren jako substituent. Areny budou mít koncovku –yl (tzv. aryly). Některé mají triviální názvy Vysvětlíme žákům pravidla názvosloví. Formou skupinové práce procvičíme na příkladech tvorbu vzorců i názvů sloučenin. fenyl benzyl o-tolyl 1-naftyl

Celé sloučeniny se poté pomocí arylů pojmenovávají jako deriváty acyklického uhlovodíku. Vysvětlíme žákům pravidla názvosloví. Formou skupinové práce procvičíme na příkladech tvorbu vzorců i názvů sloučenin. 1,4-difenylbutan

Zástupci benzen toluen styren naftalen Opakování a shrnutí názvosloví základních aromatických uhlovodíků, jejich charakteristika. Pracujeme s animací prezentace. styren naftalen

Aromatické nanomateriály fullereny uhlíkové nanotrubice grafen Motivační snímek

Nukleofil látka, která „miluje jádro“ je elektronově bohatá má záporný náboj, nebo je neutrální při reakci s látkou elektronově chudou poskytuje svůj volný elektronový pár a vytváří vazbu je to například amoniak, voda, OH-,… Zopakujeme s žáky důležité pojmy, pracujeme s animací prezentace.

Elektrofil látka, která „miluje elektrony“ je elektronově chudá má kladný náboj, nebo je neutrální při reakci s látkou elektronově bohatou přijme elektronový pár a vytváří vazbu jsou to například kyseliny, halogenalkany, karbonylové sloučeniny,… Zopakujeme s žáky důležité pojmy, pracujeme s animací prezentace.

Karbokation = uhlíkový kation, elektrofil, častý meziprodukt v organických reakcích Zopakujeme s žáky důležité pojmy, pracujeme s animací prezentace.

Elektrofilní aromatická substituce Na základě informací o vlastnostech benzenu, které již žáci znají, sami odvodí, jestli benzen vystupuje v reakcích jako činidlo nukleofilní nebo elektrofilní. Necháme žáky odvodit, že hlavní reakcí benzenu je elektrofilní aromatická substituce a porovnat tento fakt s typickou reakcí alkenů – elektrofilní adicí. Pracujeme s animací prezentace.

Elektrofilní aromatická substituce - halogenace chlorace Seznámíme žáky s jednotlivými reakcemi benzenu.

Elektrofilní aromatická substituce - halogenace bromace Seznámíme žáky s jednotlivými reakcemi benzenu.

Elektrofilní aromatická substituce - halogenace jodace Seznámíme žáky s jednotlivými reakcemi benzenu.

Elektrofilní aromatická substituce nitrace Seznámíme žáky s jednotlivými reakcemi benzenu.

Elektrofilní aromatická substituce sulfonace Seznámíme žáky s jednotlivými reakcemi benzenu.

Elektrofilní aromatická substituce Friedel – Craftsova alkylace Seznámíme žáky s jednotlivými reakcemi benzenu.

Elektrofilní aromatická substituce Friedel – Craftsova acylace Seznámíme žáky s jednotlivými reakcemi benzenu.

Oxidace postranních řetězců Seznámíme žáky s jednotlivými reakcemi benzenu.

Oxidace kondenzovaných aromatických uhlovodíků anthracen anthrachinon Seznámíme žáky s jednotlivými reakcemi benzenu. anthracen anthrachinon

Benzylová bromace arenů Seznámíme žáky s jednotlivými reakcemi benzenu. Upozorníme je na to, že reakce probíhá v benzylové poloze.

Radikálová adice katalytická hydrogenace Seznámíme žáky s jednotlivými reakcemi benzenu.

Aromatická léčiva Acylpyrin, Aspirin Paralen, Panadol, Coldrex kys. acetylsalicylová paracetamol Ibalgin, Nurofen Motivační snímek – vazba na reálný život. ibuprofen

Sulfonamidy = první antibiotika Motivační snímek – vazba na reálný život.

Kam se bróm naváže? Do které polohy? Žáci odhadují, do které polohy se naváže bróm. Pracujeme s animací prezentace.

Proč? důvodem je indukční a mezomerní efekt Je příčinou orientujících vlastností substituentů schopností substituentů aktivovat / deaktivovat jádro Nastíníme žákům existenci substitučních efektů. Na základě toho si žáci potvrdí nebo vyvrátí správnost svého původního odhadu. Hlubší vysvětlení podáme až v semináři. Pro zájemce je dané učivo podrobně rozepsáno v učebnici.

Indukční efekt posun elektronů po σ – vazbě mezi dvěma atomy s rozdílnou elektronegativitou (vazba je polarizovaná) Existují dva typy indukčního efektu – kladný a záporný. Nastíníme žákům existenci substitučních efektů. Na základě toho si žáci potvrdí nebo vyvrátí správnost svého původního odhadu. Hlubší vysvětlení podáme až v semináři. Pro zájemce je dané učivo podrobně rozepsáno v učebnici.

Mezomerní efekt posun elektronů po π – vazbě Existují dva typy mezomerního efektu – kladný a záporný. Nastíníme žákům existenci substitučních efektů. Na základě toho si žáci potvrdí nebo vyvrátí správnost svého původního odhadu. Hlubší vysvětlení podáme až v semináři. Pro zájemce je dané učivo podrobně rozepsáno v učebnici.

Aktivace aromatického kruhu a regioselektivita substituentů Seznámíme žáky s novými pojmy: substituenty 1. a 2. třídy, aktivující a deaktivující skupiny, ortho-, meta- a para- dirigující skupiny. Žáci vytvoří vlastní barevnou tabulku, kterou budou používat jako pomůcku při řešení reakcí.

Marie Tomanová 2011 Vytvořeno v rámci bakalářské práce UK PřF