ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Выполнили: Речкин.А Кузьмина.И. Ароматические углеводороды (арены)

Ароматическими углеводородами (аренами) называются вещества, в молекулах которых содержится одно или несколько бензольных колец циклических групп атомов углерода с особым характером связей.

Первая структура бензола была предложена в 1865г. немецким ученым А. Кекуле Эта формула правильно отражает равноценность шести атомов углерода, однако не объясняет ряд особых свойств бензола.

Каждый атом углерода имеет одну негибридизованную р-орбиталь. Шесть таких орбиталей располагаются перпендикулярно плоскому s -скелету и параллельно друг другу. Все шесть электронов взаимодействуют между собой, образуя p -связи, не локализованные в пары как при образовании двойных связей, а объединенные в единое p -электронное облако. Таким образом, в молекуле бензола осуществляется круговое сопряжение. Наибольшая p -электронная плотность в этой сопряженной системе располагается над и под плоскостью s - скелета.

Номенклатура и изомерия Условно арены можно разделить на два ряда. К первому относят производные бензола (например, толуол или дифенил), ко второму конденсированные (полиядерные) арены (простейший из них нафталин): Гомологический ряд бензола отвечает общей формуле С6Н2n-6.

Структурная изомерия В гомологическом ряду бензола обусловлена взаимным расположением заместителей в ядре. Монозамещенные производные бензола не имеют изомеров положения, так как все атомы в бензольном ядре равноценны. Дизамещенные производные существуют в виде трех изомеров

Способы получения 1. Получение из алифатических углеводородов. При пропускании алканов с неразветвленной цепью, имеющих не менее шести атомов углерода в молекуле, над нагретой платиной или оксидом хрома происходит дегидроциклизация образование арена с выделением водорода

2. Дегидрирование циклоалканов. Реакция происходит при пропускании паров циклогексана и его гомологов над нагретой платиной

3. Сплавление солей ароматических кислот со щелочью

Химические свойства Обладая подвижной шестеркой p -электронов, ароматическое ядро является удобным объектом для атаки электрофильными реагентами. Этому способствует также пространственное расположение p -электронного облака с двух сторон плоского s - скелета молекулы. Для аренов наиболее характерны реакции, протекающие по механизму электрофильного замещения, обозначаемого символом SE (от англ. substitution electrophilic).

Химические свойства бензола 1. Галогенирование. Бензол не взаимодействует с хлором или бромом в обычных условиях. Реакция может протекать только в присутствии катализаторов безводных АlСl3, FeСl3, АlВr3. В результате реакции образуются галогенозамещенные арены Роль катализатора заключается в поляризации нейтральной молекулы галогена с образованием из нее электрофильной частицы

2. Нитрование Бензол очень медленно реагирует с концентрированной азотной кислотой даже при сильном нагревании. Однако при действии так называемой нитрующей смеси (смесь концентрированных азотной и серной кислот) реакция нитрования проходит достаточно легко:

3. Сулъфирование Реакция легко проходит под действием дымящей серной кислоты (олеума):

4.Алкилирование по Фриделю Крафтсу В результате реакции происходит введение в бензольное ядро алкильной группы с получением гомологов бензола. Реакция протекает при действии на бензол галогеналканов RСl в присутствии катализаторов галогенидов алюминия. Роль катализатора сводится к поляризации молекулы RСl с образованием электрофильной частицы: В зависимости от строения радикала в галогеналкане можно получить разные гомологи бензола

5. Алкилирование алкенами Эти реакции широко используются в промышленности для получения этилбензола и изопропилбензола (кумола). Алкилирование проводят в присутствии катализатора АlСl3. Механизм реакции сходен с механизмом предыдущей реакции

Окисление кислородом воздуха По устойчивости к действию окислителей бензол напоминает алканы. Только при сильном нагревании (400 °С) паров бензола с кислородом воздуха в присутствии катализатора V2О5 получается смесь малеиновой кислоты и ее ангидрида:

Радикальное галогенирование. Взаимодействие паров бензола с хлором протекает по радикальному механизму только под воздействием жесткого ультрафиолетового излучения. При этом бензол присоединяет три молекулы хлора и образует твердый продукт гексахлорциклогексан (гексахлоран) С6Н6Сl6: