Ароматические углеводороды

Ароматические углеводороды (арены).

Структурным родоначальником аренов служит бензол С₆Н₆.

Строение бензола

Бензол впервые был выведен из продуктов переработки каменного угля в 1825г. В 1865г. немецкий ученый Ф.А. Кекуле впервые высказал предположение, что атомы углерода в молекуле бензола замкнуты в цикл.

Но эта формула не объясняет отсутствия склонности к реакциям присоединения, бензол не обесцвечивает бромную воду и перманганат калия, а с галогенами происходят реакции замещения.

По современным представлениям молекула бензола – правильный шестиугольник, в котором атомы углерода находятся в состоянииsp²-гибридизации с валентными в 120⁰, образуя -скелет.

Каждый атом углерода в молекуле бензола имеет одну негибридизированную p_z-орбиталь. Шесть этих орбиталей располагаются перпендикулярно плоскости молекулы. При их перекрывании образуется единое -электронное облако.

современное изображение бензола

В результате все связи между атомами углерода в бензоле выровнены. Такое электронное строение объясняет высокую устойчивость бензола.

Номенклатура. Изомерия

Б

СН₃



СН₃

/

С₂Н₅

/

СН₃

/

1,3-диметилбензол

СН₃



\

СН₃

СН₃





СН₃

метилбензол

(толуол)

этилбензол

1,3-диметилбензол

(

1,4-диметилбензол

о-ксилол

м-ксилол

п-ксилол

Радикал С₆Н₅ – фенил.

Физические свойства

Первые члены гомологического ряда бензола – бесцветные жидкости со специфическим запахом, легче воды, нерастворимы в воде, хорошо растворяются в органических растворителях, сами являются хорошими растворителями. Горят сильно коптящим пламенем.

Способы получения

Основным источником бензола и его гомологов служит каменноугольный деготь, образующийся при коксовании угля – нагревание угля до 1000⁰С-1200⁰С.

Получение из алифатических углеводородов реакцией дегидроциклизации при t=300⁰С и катализаторе Pt или оксиды хрома, молибдена, вольфрама.

С

бензол

гексан

Получение из ацетилена (реакция тримеризации)

600⁰

бензол

активированный уголь

Получение из алициклических углеводородов

бензол

- 3H₂

циклогексан

Химические свойства

Арены склонны к реакциям замещения.

1. Галогенирование

FeCl₃, 25⁰C

Н



Cl



бензол

хлорбензол

2. Нитрование

Н



NO₂



бензол

нитробензол

H₂SO₄, 50⁰C

конц

СмесьHNO₃ (конц) и H₂SO₄ (конц) называется нитрующей смесью.

3

Н



SO₃H



H₂SO₄, 25⁰C

бензол

бензолсульфокислота

Эта реакция обратима. При нагревании с водой происходит десульфирование

t

+H₂O+H₂SO₄

SO₃Н



бензолсульфокислота

бензол

4

Н



СH₃



толуол

AlCl₃

бензол

метилхлорид

Реакции окисления и восстановления

Окисление. Арены устойчивы к окислению, на них не действуют даже сильные окислители (HNO₃,KMnO₄).

Восстановление. Происходит в жестких условиях.

бензол

циклогексан

Реакции в боковой цепи

В

СН₂Сl



СНСl₂



ССl₂



толуол

СН₃



Cl₂h

-HCl

Cl₂h

-HCl

фенилхлорметан

Cl₂h

-HCl

фенилдихлорметан

фенилтрихлорметан

этилбензол

СН₂СН₃



Cl₂ h

-HCl

1-фенил-1-хлорэтан

СНСlСН₃



Боковые цепи подвергаются окислению (HNO₃,KMnO₄)

O

∕∕

С

\

 OH

толуол

СН₃



[O]

-HCl

бензойная кислота

Замещение в бензольном кольце происходит легче так: бромная вода обесцвечивается.

СН₃



СН₃



Br

\

Br

∕

FeBr₃

2.4.6трибромтолуол



Br

Отдельные представители

Бензол – бесцветная жидкость с характерным запахом. Нерастворим в воде, токсичен. Из бензола получают стирол, фенол, анилин, галогензамещенные арены, красители, фармацевтические препараты.

Толуол – бесцветная жидкость, нерастворим в воде. Используется как сырье для получения красителей, взрывчатых веществ (тринитротолуол – тротил).

Нафталин – бесцветные пластинки (t_пл=+80⁰С), легко возгоняется, нерастворим в воде, растворим в органических растворителях. Широко применяется в производстве красителей.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/250586-aromaticheskie-uglevodorody