Ароматические УВ. Бензол

Без рубрики

Ароматические УВ (арены) – это УВ, молекулы которых содержат одно или несколько бензольных колец.

Примеры ароматических УВ:

Ароматические УВ. Бензол

Арены ряда бензола (моноциклические арены)

Общая формула: CnH2n-6, n≥6

Простейшим представителем ароматических УВ является бензол, его эмпирическая формула С6Н6.

Электронное строение молекулы бензола

Общая формула моноциклических аренов CnH2n-6 показывает, что они являются ненасыщенными соединениями.

В 1856 г. немецкий химик А.Ф. Кекуле предложил циклическую формулу бензола с сопряженными связями (чередуются простые и двойные связи) — циклогексатриен-1,3,5:Ароматические УВ. Бензол

Такая структура молекулы бензола не объясняла многие свойства бензола:

  • для бензола характерны реакции замещения, а не реакции присоединения, свойственные ненасыщенным соединениям. Реакции присоединения возможны, но протекают труднее, чем для алкенов;
  • бензол не вступает в реакции, являющиеся качественными реакциями на непредельные УВ (с бромной водой и раствором КМnО4).

Проведенные позже электронографические исследования показали, что все связи между атомами углерода в молекуле бензола имеют одинаковую длину 0,140 нм (среднее значение между длиной простой связи С—С 0,154 нм и двойной связи С=С 0,134 нм). Угол между связями у каждого атома углерода равен 120о. Молекула представляет собой правильный плоский шестиугольник.

Современная теория для объяснения строения молекулы С6Н6 использует представление о гибридизации орбиталей атома углерода.

Атомы углерода в бензоле находятся в состоянии sp2-гибридизации. Каждый атом «С» образует три σ-связи (две с атомами углерода и одну с атомом водорода). Все σ-связи находятся в одной плоскости:

Каждый атом углерода имеет один р-электрон, который не участвует в гибридизации. Негибридизованные р-орбитали атомов углерода находятся в плоскости, перпендикулярной плоскости σ-связей. Каждое р-облако перекрывается с двумя соседними р-облаками, и в результате образуется единая сопряженная π-система (вспомните эффект сопряжения р-электронов в молекуле бутадиена-1,3, рассмотренный в теме «Диеновые углеводороды»):

Сочетание шести σ-связей с едиой π-системой называется ароматической связью.

Цикл из шести атомов углерода, связанных ароматической связью, называется бензольным кольцом, или бензольным ядром.

В соответствии с современными представлениями об электронном строении бензола молекулу С6Н6 изображают следующим образом:

Ароматические УВ. Бензол

Физические свойства бензола

Бензол при обычных условиях — бесцветная жидкость; toпл= 5,5оС; toкип. = 80оС; имеет характерный запах; не смешивается с водой, хороший растворитель, сильно токсичен.

Химические свойства бензола

Ароматическая связь определяет химические свойства бензола и других ароматических УВ.

6π-электронная система является более устойчивой, чем обычные двухэлектроиные π-связи. Поэтому реакции присоединения менее характерны для ароматических УВ, чем для непредельных УВ. Наиболее характерными для аренов являются реакции замещения.

I. Реакции замещения

1.Галогенирование

Ароматические УВ. Бензол

2.Нитрование

Реакцию осуществляют смесью концентрированных азотной HNO3 и серной H2SO4 кислот (нитрующая смесь):Ароматические УВ. Бензол

3.Сульфирование

Ароматические УВ. Бензол

4.Алкилирование (замещение атома «Н» на алкильную группу) – реакции Фриделя-Крафтса, образуются гомологи бензола:

Ароматические УВ. Бензол

Вместо галогеналканов можно использовать алкены (в присутствии катализатора – AlCl3 или неорганической кислоты):

Ароматические УВ. Бензол

II. Реакции присоединения

1.Гидрирование

Ароматические УВ. Бензол

2.Присоединение хлора

Ароматические УВ. Бензол

III. Реакции окисления

1. Горение

6Н6 + 15О2 → 12СО2 + 6Н2О

2. Неполное окисление (KMnO4 или K2Cr2O7 в кислой среде). Бензольное кольцо устойчиво к действию окислителей. Реакция не происходит.

Получение бензола

В промышленности:

1) переработка нефти и угля;

2) дегидрирование циклогексана:

Ароматические УВ. Бензол

3) дегидроциклизация (ароматизация) гексана:

Ароматические УВ. Бензол

4) тримеризация ацетилена:

Ароматические УВ. Бензол

В лаборатории:

Сплавление солей бензойной кислоты со щелочами:

Ароматические УВ. Бензол

Изомерия и номенклатура гомологов бензола

Любой гомолог бензола имеет боковую цепь, т.е. алкильные радикалы, связанные с бензольным ядром. Первый гомолог бензола представляет собой бензольное ядро, связанное с метильным радикалом:Ароматические УВ. Бензол

Толуол не имеет изомеров, поскольку все положения в бензольном ядре равноценны.

Для последующих гомологов бензола возможен один вид изомерии – изомерия боковой цепи, которая может быть двух видов:

1) изомерия числа и строения заместителей;

2) изомерия положения заместителей.

Ароматические УВ. Бензол

Ароматические УВ. Бензол

Ароматические УВ. Бензол

Физические свойства толуола

Толуол — бесцветная жидкость с характерным запахом, не растворимая в воде, хорошо растворяется в органических растворителях. Толуол менее токсичен, чем бензол.

Химические свойства толуола

I. Реакции замещения

1.Реакции с участием бензольного кольца

Метилбензол вступает во все реакции замещения, в которых участвует бензол, и проявляет при этом более высокую реакционную способность, реакции протекают с большей скоростью.

Метильный радикал, содержащийся в молекуле толуола, является заместителем рода, поэтому в результате реакций замещения в бензольном ядре получаются орто- и пара-производные толуола или при избытке реагента — трипроизводные общей формулы:

Ароматические УВ. Бензол

а) галогенирование

Ароматические УВ. Бензол

При избытке галогена можно получить ди- и три- замещенные производные в соответствии с правилами ориентации:

Ароматические УВ. Бензол

б) нитрование

Ароматические УВ. Бензол

в) сульфирование

Ароматические УВ. Бензол

г) алкилирование

Ароматические УВ. Бензол

2. Реакции с участием боковой цепи

Метильная группа в метилбензоле может вступать в реакции, характерные для алканов:

Ароматические УВ. Бензол

При дальнейшем хлорировании можно получить дихлорметилбензол и трихлорметилбензол:

Ароматические УВ. Бензол

II. Реакции присоединения

Гидрирование

Ароматические УВ. Бензол

III.Реакции окисления

1.Горение
C6H5CH3 + 9O2 → 7CO2 + 4H2O

2. Неполное окисление

В отличие от бензола его гомологи окисляются некоторыми окислителями; при этом окислению подвергается боковая цепь, в случае толуола – метильная группа. Мягкие окислители типа MnO2 окисляют его до альдегидной группы, более сильные окислители (KMnO4) вызывают дальнейшее окисление до кислоты:Ароматические УВ. Бензол

Любой гомолог бензола с одной боковой цепью окисляется сильным окислителем типа KMnO4 в бензойную кислоту, т.е. происходит разрыв боковой цепи с окислением отщепившейся части ее до СО2; например:Ароматические УВ. Бензол

При наличии нескольких боковых цепей каждая из них окисляется до карбоксильной группы и в результате образуются многоосновные кислоты, например:

Ароматические УВ. Бензол

Получение толуола:

В промышленности:

1) переработка нефти и угля;

2) дегидрирование метилциклогексана:

Ароматические УВ. Бензол

3) дегидроциклизация гептана:

Ароматические УВ. Бензол

В лаборатории:

1) алкилирование по Фриделю-Крафтсу;

2) реакция Вюрца-Фиттига (взаимодействие натрия со смесью галогенбензола и галогеналкана):

Ароматические УВ. Бензол

Оцените статью
Добавить комментарий

Adblock
detector