Ароматичні вуглеводні.

1. Синтезуйте: а) бензен (бензол) з толуену (толуолу); б) толуол з бензолу. За допомогою яких якісних реакцій можна відрiзнити бензол I толуол? Розв’язок:

Толуол з бензолу можна синтезувати в одну стадію за реакцією Фріделя-Крафтса (алкілування бензолу у присутності кислот Льюїса):

Присутність каталізатора – кислоти Льюїса – є обов’язковою, тому що з її допомогою генерується позитивно заряджена частинка електрофіл, що й атакує бензольне ядро:

Синтез бензолу з толуолу можна провести у дві стадії. Спочатку синтезують бензойну кислоту, при зтопленні якої з лугами відбувається її декарбоксилювання й утворюється бензол:

2. Напишiть реакцii нiтрування бензолу, толуолу, фенолу, нiтробензолу, хлоробензолу. Розмiстiть вихiднi продукти за легкiстю нiтрування. (При реакцiї нiтрування в молекулу вводять одну нiтрогрупу).

Розв’язок:

Реакція нітрування належить до реакцій електрофільного заміщення. Для її проведення найчастіше використовують нітруючу суміш, яка є сумішшю азотної та сірчаної (нітратної та сульфатної) кислот.

При нітруванні бензолу утворюється одне мононітропохідне:

Утворення електрофілу – катіона NO₂⁺ можна показати так:

HNO₃ + 2 H₂SO₄  NO₂⁺ + H₃O⁺ + 2HSO^-₄

Будова продуктів нітрування монопохідних бензолу буде залежати від природи замісника, який вже знаходиться у ядрі. Слід згадати, що вони поділяються на дві групи – замісники (орієнтанти) І та ІІ роду. Замісники І роду є електронодонорними, полегшують проходження реакції електрофільного заміщення (винятком є галогени!), спрямовують замісник, що входить, у о-, п-положення):

Кількість та співвідношення продуктів нітрування фенолу залежать від концентрації нітратної кислоти. У випадку надміру концентрованої кислоти буде утворюватися тринітропохідне:

За умовами задачі необхідно вводити одну нітрогрупу в бензольне ядро. Це можна зробити, якщо з фенолом буде реагувати розведена кислота при кімнатній температурі:

Щоб розмістити дані сполуки в ряд за легкістю нітрування, слід згадати вплив замісників І та ІІ роду на проходження реакцій електрофільного заміщення. Замісники ІІ роду є електроноакцепторними, дезактивують бензольне ядро у реакції електрофільного заміщення та спрямовують новий замісник у м-положення:

Усі замісники І роду, крім галогенів, активують бензольне ядро (підвищують електронну густину в о- та п-положеннях). За характером орієнтуючої дії вони поділяються на активуючі та дезактивуючі орієнтанти:

-O^-  -NH₂, -NR₂  -OH  -OR -O-CO-R -R (Alk)  C₆H₅ 

-F  -Cl  -Br  -I (дезактивуючі)

• Усі замісники ІІ роду дезактивують бензольне кільце, утруднюючи реакцію електрофільного заміщення. За силою дезактивуючої дії їх розміщують у наступний ряд:

-N⁺R₃ -NO₂ -CN-SO₃H-CCl₃ -CO-Cl-CO-H -CO-R - CO-OR -CO-OH  -CO-NH₂

Отже, за легкістю проходження реакції електрофільного заміщення вихідні сполуки можна розташувати у наступний ряд:

3. Напишіть реакції хлорування наступних сполук: