Ароматические углеводороды

Ароматическими углеводородами называются углеводороды, содержащие одно или несколько бензольных ядер. Типичным представителем ароматических углеводородов является бензол (С₆Н₆).

Необходимым условием проявления ароматических свойств являются:

1. Наличие плоской циклической структуры с сопряженными двойными связями.
2. Количество электронов в системе должно подчиняться правилу Хюккеля (4n+2); n³0.

Поскольку арены достаточно стабильны, они содержатся в значительных количествах в некоторых сортах нефти.

Способы получения бензола

Химические свойства аренов определяются наличием устойчивой сопряженной системой p-связей. Отличительная их особенность – устойчивость к окислителям и действию галогенов в обычных условиях. Таким образом, бензол и другие представители аренов не обесцвечивают бромную воду и раствор перманганата калия при контакте с ним в обычных условиях. Для ароматических углеводородов характерны реакции электрофильного замещения. Они проистекают в несколько стадий, промежуточными частицами являются p- и s- комплексы.

Электронодонорные заместители (алкил, NH₂-, HO-, галогены) повышают электронную плотность в ароматическом ядре, облегчая реакцию электрофильного замещения. Они направляют замещение в орто- и пара-положения.

Электроакцепторные заместители (NO₂-, -COOH, -SO₃H, -⁺NH₃) затрудняют электрофильное замещение и направляют заместитель в мета-положение, где электронная плотность повышена по сравнению с орто- и пара-положениями.

Для ароматических соединений в жестких условиях возможно также радикальное присоединение по двойным связям Cl₂, Br₂, H₂.

Химические свойства ароматических соединений

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Опыт 1. Горение ароматических соединений.

Поместите в фарфоровые чашечки под тягой 2 мл толуола и 1 г нафталина. Подожгите и наблюдайте характер пламени. Запишите реакции горения.

Опыт 2. Взаимодействие толуола с бромной водой и раствором перманганата калия.

В две пробирки налейте по 1 мл толуола и добавьте в одну 1 мл бромной воды, а в другую – 1 мл раствора перманганата калия. Обе пробирки встряхните. Наблюдения и выводы запишите в лабораторный журнал. Обратите внимание на то, что толуол легче воды.

Опыт 3. Нитрование толуола.

В плоскодонную колбу на 10 мл налейте 2 мл концентрированной серной кислоты и 1 мл концентрированной азотной кислоты. Полученную нитрующую смесь охладите до комнатной температуры. Прилейте к ней 1 мл толуола. Закройте пробкой и энергично встряхивайте в течение 5-6 минут. Затем вылейте смесь в стакан с холодной водой. Образовавшая смесь орто- и пара-нитротолуолов собирается на дне стакана в виде желтоватых маслянистых капель. Наблюдения и выводы запишите в лабораторный журнал.

Опыт 4. Бромирование толуола.

1. Налейте в пробирку 1 мл толуола и 2 мл бромной воды. Смесь нагрейте на водяной бане в течение 5 минут (до полного обесцвечивания бромной воды). Опустите полоску фильтровальной бумаги в раствор. Затем выньте ее и подсушите. Образовавшийся бромистый бензил можно обнаружить по резкому запаху. Наблюдения и выводы запишите в лабораторный журнал.

2. Налейте в пробирку 2 мл толуола, 2 мл бромной воды и прибавьте на кончике шпателя немного железных опилок. Смесь нагрейте на водяной бане в течение 5 минут (до полного обесцвечивания бромной воды). Опустите полоску фильтровальной бумаги в раствор. Затем выньте ее и подсушите. Образовавшиеся орто- и пара-бромтолуол обнаруживается по характерному ароматическому запаху. Наблюдения и выводы запишите в лабораторный журнал.

Задачи (ароматические углеводороды)

1. Определите, являются ли изображенные соединения ароматическими или нет, дайте объяснения:

1. Назовите следующие соединения по тривиальной номенклатуре и IUPAC:

3. Напишите и назовите структурные формулы всех углеводородов ряда бензола, имеющие состав С₉Н₁₂ (восемь изомеров).

4. Напишите механизм электрофильного замещения в ароматическом ядре на примере бромирования этилбензола в присутствии AlBr₃.

5. Закончите уравнения реакций:

6. Какие из перечисленных соединений реагируют с бромом: стирол, этилбензол, метилфенилацетилен, п-метилэтилбензол, 1-фенилбутен-2? Напишите уравнения реакций.

7. Какие производные образуются при нитровании бензойной кислоты, кумола, нитробензола, бромбензола, анизола.

8. Какие гомологи бензола могут образоваться при каталитической дегидроциклизации гексана, гептана, октана, 2-метилгексана, 4-метилгептана?

9. Напишите реакции взаимодействия толуола с пропиленом, этилбромидом, этанолом, ацетилхлоридом. В каких условиях протекают эти реакции? Какие катализаторы используются в каждом случае?

10. Ароматический углеводород состава С₉Н₁₀ легко обесцвечивает раствор перманганата калия в воде. При окислении в серной кислоте образуется фталевая кислота. Установите строение этого вещества, напишите схемы указанных реакций.