Конспект урока "Правила ориентации в ароматическом кольце"


Тема урока: Правила ориентации в ароматическом кольце.
Цель урока: понимание учащимися роли заместителей в бензольном кольце, их влияния
на смещение электронной плотности в сопряжённой системе и на дальнейшее протекание
замещения в кольце.
Учебные задачи урока:
образовательные: закрепить знания об электронной плотности в бензольном кольце;
сформировать умения использовать знания о видах связей и об электронных эффектах для
решения вопроса о положении заместителей;
развивающие: продолжить развитие умений логически мыслить, обобщать, делать
выводы, проводить аналогии; содействовать развитию самостоятельности при принятии
решения;
воспитательные: способствовать в ходе урока нравственному воспитанию учащихся,
умению рассуждать, выслушивать мнения, оппонировать.
Материал будет полезен учителям химии, работающим в 10 профильном химико-
биологическом классе.
Тип урока: Урок открытия нового знания.
Форма урока: Урок-лекция с элементами беседы.
Ход урока:
Важнейшим фактором, определяющим химические свойства органической
молекулы, служит распределение электронной плотности всех атомов в её составе.
Характер распределения плотности вызван взаимным влиянием атомов в молекуле.
В молекулах, имеющих только σ-связи между атомамм, взаимное влияние
атомов осуществляется через индуктивный эффект (I-эффект), от менее
электроотрицательного атома к более электрооотрицательному. Например, по связи
между атомами углерода (С) и водорода (Н), плотность «перетекает» с Н на С или
схематично, Н → С.
В молекулах, представляющих собой сопряженные (сопряжение чередование
одинарных и кратных связей в системе связанных атомов углерода) системы, проявляется
действие мезомерного эффекта. Влияние заместителей, передающееся по сопряженной
системе пи-связей, называется мезомерным (М) эффектом.
В молекуле С
6
Н
6
π-электронное облако распределено равномерно по всем атомам
углерода за счет сопряжения. Если же в бензольное кольцо вводят заместитель, это равно-
мерное распределение нарушается, и происходит перераспределение электронной
плотности в кольце. Дальнейшее замещение атомов водорода в кольце будет подчинено
природе уже имеющегося заместителя. Из-за важности первого заместителя, его влияния
на дальнейшее протекание реакции замещения, все заместители классифицировали в
зависимости от проявляемого ими эффекта (мезомерного или индуктивного):
электронодонорные и электроноакцепторные.
Электронодонорные заместители, например: гидроксильная группа -ОН и
аминогруппа -NH
2,
проявляют и +I-эффект и повышают электронную плотность в
сопряженной системе. Имеющаяся в них неподелённая электроннная пара вступает в
общее сопряжение с π-электронной системой бензольного кольца и увеличивает длину
сопряженной системы. В результате электронная плотность увеличивается в орто- и
пара-положениях.
Углеводородные радикалы - группы, которые не могут участвовать в общем
сопряжении, но они проявляют +I-эффект, под действием которого происходит подобное
перераспределение π-электронной плотности.
Электроноакцепторные заместители, например: нитрогруппа -NO
2
, сульфогруппа
SO
3
H, альдегидная СНО и карбоксильная СООН группы, проявляют ̶ М-эффект
и уменьшают электронную плотность в сопряженной системе. Эти заместители тоже
образуют с ароматическим кольцом общую сопряженную систему, но общее электронное
облако смещается в сторону этих групп. Таким образом, общая электронная плотность в
кольце значительно уменьшается, причем меньше всего она уменьшается в
метаположениях:
Полностью галогенированные алкильные радикалы (например. - ССl
3
) проявляют
-I-эффект и также способствуют понижению электронной плотности кольца.
Закономерности преимущественного направления замещения в бензольном
кольце называют правилами ориентации.
Заместители, обладающие +I-эффектом или +M-эффектом, способствуют
электрофильному замещению в орто- и пара-положения бензольного кольца и
называются заместителями (ориентантами) первого рода.
-СН
3
-ОН -NH
2
-CI (-F,-Вr,-I)
+I +M,-I +M,-I +М,-I
Заместители, обладающие -I-эффектом или -M-эффектом, направляют
электрофильное замещение в мета-положения бензольного кольца и называются
заместителями (ориентантами) второго рода:
-SО
3
H -ССl
3
-МО
2
-СООН -СН=О
- М -I -М,-I -М -М
Например, толуол, содержащий заместитель первого рода, нитруется и бромируется в
пара- и ортоположения:
Нитробензол, содержащий заместитель второго рода, нитруется и бромируется в мета-
положение:
Помимо ориентирующего действия, заместители оказывают влияние и на
реакционную способность бензольного кольца: ориентанты 1-го рода (кроме галогенов)
облегчают вступление второго заместителя; ориентанты 2-го рода галогены)
затрудняют его.
Задания на закрепление темы.
1. Соотнесите термин: Взаимное расположение заместителей:
1) орто; 2) мета; 3) пара. а) напротив; б) рядом; в) через один.
2. Используя правила ориентации, получите из бензола все изомерные
нитробромбензолы.
Список использованной литературы
1. Габриелян О.С., Маскаев Ф.М., Лысова Г.Г. Химия 10 класс: Учебник для
общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа, 2003.
2. Потапов В.М. Органическая химия: Пробное учебное пособие для учащихся 10 11
классов школ с углублённым изучением химии. – М.: Просвещение, 1996.
3. Сайкс П. Механизмы реакций в органической химии. – Изд. 3-е. – М.: Химия, 1977.
4. Чертков И.Н. Методика формирований у учащихся основных понятий органической
химии. – М.: Просвещение: 1991.