Каждый из шести атомов углерода в его молекуле находится в состоянии sp 2 -гибридизации и связан с двумя соседними атомами углерода и атомом водорода тремя -связями. Валентные углы между каждой парой -связей равны 120. Все связи С С в бензоле равноценны, их длина равна 0,140 нм. Бензол С 6 Н 6 – родоначальник ароматических углеводородов.

р-электроны всех атомов углерода взаимодействуют между собой путем бокового перекрывания соседних 2р-АО, расположенных перпендикулярно плоскости -скелета бензольного кольца. Они образуют единое циклическое -электронное облако, сосредоточенное над и под плоскостью кольца.

Гомологи бензола – соединения, образованные заменой одного или нескольких атомов водорода в молекуле бензола на углеводородные радикалы (R): С 6 Н 5 R (алкилбензол), R С 6 Н 4 R (диалкилбензол) и т.д. Общая формула гомологического ряда бензола С n H 2n-6 (n не менее 6). Номенклатура. Широко используются тривиальные названия (толуол, ксилол, кумол и т.п.). Систематические названия строят из названия углеводородного радикала (приставка) и слова бензол С 6 Н 5 СH 3 С 6 Н 5 С 2 H 5 С 6 Н 5 С 3 H 7 метилбензол этилбензолпропилбензол (толуол)

Для ароматических соединений наиболее типичны реакции электрофильного замещения. Другие реакции (присоединение, окисление) идут с трудом.

Реакции замещения в бензольном кольце 1. Галогенирование Замещение атома водорода в бензольном кольце на галоген происходит в присутствии катализаторов (кислот_Льюиса): AlCl 3 С 6 Н 6 + Cl 2 С 6 Н 5 Cl + HCl хлорбензол 2. Нитрование Бензол реагирует с нитрующей смесью (смесью концентрированных азотной и серной кислот): H 2 SO 4 С 6 Н 6 + HNO 3 С 6 Н 5 NO 2 + H 2 O нитробензол 3. Алкилирование (реакция Фриделя-Крафтса) AlCl 3 С 6 Н 6 + CH 3 Cl С 6 Н 5 CH 3 + HCl толуол AlCl 3 (HCl) С 6 Н 6 + CH 3 –CH=CH 2 С 6 Н 5 CH(CH 3 ) 2 кумол (изопропилбензол)

Замещение в алкилбензолах Гомологи бензола (алкилбензолы) С 6 Н 5 –R более активно вступают в реакции замещения по сравнению с бензолом. Например, при нитровании толуола С 6 Н 5 CH 3 (70 С) происходит замещение не одного, а трех атомов водорода с образованием 2,4,6- тринитротолуола: CH 3 С 6 Н 5 + 3HNO 3 CH 3 С 6 Н 2 (NO 2 ) 3 + 3H 2 O 2,4,6-тринитротолуол (тротил, тол) При бромировании толуола также замещаются три атома водорода: AlBr 3 CH 3 С 6 Н 5 + 3Br 2 CH 3 С 6 Н 2 Br 3 + 3HBr 2,4,6-трибромтолуол Правила ориентации

Реакции присоединения В реакции присоединения, приводящие к разрушению ароматической структуры бензольного кольца, арены могут вступать с большим трудом. 1. Гидрирование t, p, Ni С 6 Н 6 + 3H 2 С 6 Н 12 циклогексан 2. Радикальное хлорирование на свету h С 6 Н 6 + 3Cl 2 С 6 Н 6 Cl 6 гексахлорциклогексан (гексахлоран) В случае гомологов бензола более легко происходит реакция радикального замещения атомов водорода в боковой цепи h С 6 Н 5 СH 3 + Cl 2 С 6 Н 5 СH 2 Cl + HCl толуол бензилхлорид

Реакции окисления Бензол не окисляется даже под действием сильных окислителей (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7 и т.п.). Поэтому он часто используется как инертный растворитель при проведении реакций окисления других органических соединений. В отличие от бензола его гомологи окисляются довольно легко. 1. При действии раствора KMnO 4 и нагревании в гомологах бензола окислению подвергаются только боковые цепи: С 6 Н 5 СH 3 + 3[O] С 6 Н 5 СOOH + H 2 O толуол бензойная кислота Окисление других гомологов (этилбензол, пропилбензол и т.д.) также приводит к образованию бензойной кислоты. Разрыв связи при этом происходит между двумя ближайшими к кольцу атомами углерода в боковой цепи 2. Бензол и его гомологи на воздухе горят коптящим пламенем, что обусловлено высоким содержанием углерода в их молекулах: 2С 6 Н O 2 12 СO 2 + 6H 2 O

Реакции окисления

Основными природными источниками ароматических углеводородов являются каменный уголь и нефть.

1. При коксовании каменного угля образуется каменноугольная смола, из которой выделяют бензол, толуол, ксилолы, нафталин и многие другие органические соединения. 2. Ароматизация нефти: а) дегидроциклизация (дегидрирование и циклизация) алканов в присутствии катализатора (Cr 2 O 3 ) CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 C 6 H 6 + 4H 2 б) дегидрирование циклоалканов С 6 Н 12 С 6 Н 6 + 3Н 2 3. Алкилирование бензола галогеналканами или алкенами в присутствии безводного хлорида алюминия (AlCl 3 ) C 6 H 6 + C 2 H 5 Cl C 6 H 5 C 2 H 5 + HCl хлорэтан этилбензол При дегидрировании этилбензола образуется производное бензола с непредельной боковой цепью – винилбензол (стирол) C 6 H 5 CН=СН 2 (исходное вещество для получения ценного полимера полистирола). 4. Тримеризация алкинов над активированным углем (Зелинский): С, 600 С 3НC CH С 6 H 6 (бензол)

В лаборатории бензол можно получить из бензоата натрия t C C 6 H 5 COONa + NaOH C 6 H 6 + 2Na 2 CO 3

Бензол С 6 Н 6 используется как исходный продукт для получения различных ароматических соединений – нитробензола, хлорбензола, анилина, фенола, стирола и т.д., применяемых в производстве лекарств, пластмасс, красителей, ядохимикатов и многих других органических веществ. Ксилолы С 6 Н 4 (СН 3 ) 2 в виде смеси трех изомеров (орто-, мета- и пара-ксилолов) – технический ксилол – применяется как растворитель иисходный продукт для синтеза многих органических соединений. п-Ксилол используется при получении полимерного материала лавсан, из которого изготавливают синтетические волокна и пленки. Изопропилбензол (кумол) С 6 Н 4 -СН(СН 3 ) 2 – исходное вещество для получения фенола и ацетона. Винилбензол (стирол) C 6 H 5 CН=СН 2 используется для получения ценного полимерного материала полистирола.

Толуол С 6 Н 5 СН 3 применяется в производстве красителей, лекарственных и взрывчатых веществ (тротил, тол).

Вопросы для контроля 1.Какие вещества относят к аренам? Их общая формула? 2.Особенности строения молекулы бензола. 3.Какие химические свойства характерны для бензола? 4.Почему гомологи бензола активнее вступают в реакции замещения и окисления, чем бензол? 5.Как получают арены в промышленности? 6.Назовите области применения ароматических углеводородов. ТЕСТ