Ароматические углеводороды. Бензол и его гомологи

Определение	Ароматические УВ (арены) — это соедине­ния, в молекулах которых содержится особая циклическая группировка из шести атомов угле­рода, т. н. бензольное ядро
Общая формула	CnH2n-6 (n ≥ 6) ® для гомологического ряда бензола
Гомологический ряд, изомерия, номенклатура	1.C6H6 ; радикал –C6H5 бензол фенил   2. C7H8 ; радикал C6H5CH2– толуол бензил (метилбензол, фенилметан) 3. C8H10 : этилбензол о-ксилол м-ксилол n-ксилол (1,2-диметил- (1,3-диметил- (1,4-диметил- бензол) бензол) бензол)
Электронное и пространственное строение молеку­лы бензола. Ароматичность	Молекула бензо­ла представляет со­бой правильный плос­кий шестиугольник. Все атомы углерода в бензоле находятся в состоянии sp2-гибри­дизации. Каждый атом углерода имеет один р-электрон, который не участвует в гибри­дизации. Облака этих р-электронов находятся в плоскостях, перпендикулярных плоскости σ-связей. Каждое р-облако перекрывается с дву­мя соседними р-облаками, и в результате обра­зуется единая сопряженная π-система. Цикл из шести атомов углерода, связанных шестью σ-связями и единой шестиэлектронной π -системой, называется бензольным ядром. Длина связи между атомами углерода 0,140 нм. Бензольное ядро обладает определенной совокупностью свойств, которую принято на­зывать ароматичностью
Физические свойства	Первые члены гомологического ряда бен­зола — бесцветные жидкости со специфиче­ским запахом. Плотность их меньше 1 (легче воды). В воде нерастворимы. Бензол и его го­мологи сами являются хорошими растворителями для многих органических веществ. Аре­ны горят коптящим пламенем ввиду высокого содержания углерода в их молекулах

Химические свойства

Ароматичность определяет химические свойства бензола и его го­мологов. Шестиэлектронная π-система является более устойчивой, чем обычные двухэлектронные π-связи. Поэтому реакции присоеди­нения менее характерны для ароматических УВ, чем для непредель­ных УВ. Наиболее характерными для аренов являются реакции за­мещения. Таким образом, ароматические УВ по своим химическим свойствам занимают промежуточное положение между предельными и непредельными УВ.

Свойства бензола

Тип, название реакции	Уравнения реакций
I. Реакции замещения 1. Галогенирование (с Cl2, Вr2)	AlCl3 + Cl2 ® +HCl Хлорбензол (илиFeCl3)
2. Нитрование	H2SO4(конц.) + HO–NO2 ® + H2O (конц.) нитробензол
3. Сульфиро­вание	H+,T + HO–SO3H ® H2O бензолсульфокислота (конц.) (сульфобензол)
4. Алкилирование (образуются гомо­логи бензола) — реакции Фриделя-Крафтса	AlCl3   + CH3Cl ® HCl толуол Алкилирование бензола происходит также при его взаимодействии с алкенами: AlCl3,T   + CH2=CH2 ® этилбензол Дегидрированием этилбензола получают стирол (винилбензол): Kat,T ® H2
II. Реакции присоединения 1. Гидрирование	Ni,T,P + 3H2 ® циклогексан
2. Хлорирование	hv(УФ) + 3Cl2 ® гексахлорциклогексан (гексахлоран)
III. Реакции окисления 1. Горение	Т 2C6H6 + 15O2 ® 12CO2 + 6H2O
2. Окисление под действием КМnО4, К2Сr2О7, HNO3 и др.	Не происходит (сходство с алканами)

Свойства гомологов бензола

В гомологах бензола различают ядро и боковую цепь (алкильные радикалы). По химическим свойствам алкильные радикалы подобны алканам; влияние бензольного ядра на них проявляется в том, что в реакциях замещения всегда участвуют атомы водорода у атома угле­рода, непосредственно связанного с бензольным ядром, а также в более легкой окисляемости С–Н связей. Влияние электронодонорного алкильного радикала (например, –СН₃) на бензольное ядро проявляется в повышении эффективных отри­цательных зарядов на атомах углерода в орто- и пара-положениях; в результате облегчается замещение связанных с ними атомов водорода. Поэтому гомологи бензола могут образовывать тризамещенные продукты (а бензол обычно образует монозамещенные производные).

Тип, название реакции	Уравнения реакций
I. Реакции с участием бо­ковой цепи 1. Галогенирование	толуол фенилхлорметан фенилдихлорметан фенил- трихлорметан   этилбензол 1-фенил-1 хлорэтан
2. Окисление под действием KMnO4, HNO3 и др.	толуол бензойная кислота этилбензол бензойная кислота о-ксилол о-фталевая кислота
II. Реакции с участием бен­зольного ядра 1. Галогенирование	+ толуол о-бромолуол n-бромолуол При избытке галогена: толуол 2,4,6-трибромтолуол
2. Нитрование	H2SO4(конц.) + 3HO–NO2 ® +3HBr Т толуол 2,4,6-тринитротолуол(тротил)
3. Гидрирование	толуол метилциклогексан

Способы получения

Название способа	Уравнения реакций
1. Сплавление солей бензой­ной кислоты с щелочами	бензоат натрия
2. Дегидрирование циклогексана	См. «Циклоалканы»
3. Дегидроцикли-зация гексана	См. «Алканы»
4. Тримеризация ацетилена	См. «Алкины»
1. Алкилирование бензола по Фриделю-Крафтсу	бензол изопропилбензол(кумол)
2. Конденса­ция арилгалогенидов с алкилгалогени-дами — реак­ция Вюрца-Фиттига	Т 2Na + CH3Br ® + 2NaBr бромбензол бромметан толуол
3. Ароматизация алканов	2,5-диметилгексан n-ксилол
4. Каталитическая дегидрогенизация гомологов циклогексана	метилциклогексан толуол

Кроме одноядерных ароматических УВ, к которым относятся бен­зол и его гомологи, существуют также многоядерные арены; например:

;

нафталин

антрацен