30 Приведите структурные формулы следующих соединений: а) бензола б) толуола; в) фенола; г) бензальдегида; д) бензойной кислоты; е) 2,4,6‑тринитротолуола.

ОТВЕТ:

31. Какой тип реакций наиболее характерен для бензола и его производных?

Ответ: Для бензола и его производных характерны реакции замещения. При этом атом водорода бензольного кольца подвергается замещению на какую-либо группировку Х (в зависимости от действующего реагента).

Все атомы водорода в бензольном кольце идентичны и вне зависимости от того, какой из них подвергнется замещению, образуется один и тот же продукт. Иными словами рядом изображено одно и то же соединение (просто одна молекула повернута относительно другой на некоторый угол).

Обычно для краткости не изображают все атомы водорода в исходной молекуле, а также в молекуле продукта. Тогда схема процесса выглядит следующим образом: . При этом надо четко понимать, что это – та же самая реакция замещения.

То, что ароматическим соединениям (к примеру, бензолу) характерны реакции замещения, а не присоединения (несмотря на наличие двойных связей), является достаточно необычным. Связано это с повышенной стабильностью этих соединений, обозначаемой обычно термином «ароматичность».

32. Приведите структурные формулы продуктов следующих реакций, приведите названия образующихся продуктов:

ОТВЕТЫ:

А)

Пояснение: Реакция бромирования бензола. Бромид железа(III) служит катализатором. Альтернативно в качестве катализатора иногда используют опилки металлического железа, которые первоначально при взаимодействии с бромом (Br₂) дает FeBr₃, который является истинным катализатором.

Б)

Пояснение: Реакция сульфирования бензола. Атом водорода подвергается замещению на сульфо-группу (SO₃Н). Реакция в целом сопровождается отщеплением молекулы воды, что можно проиллюстрировать следующей схемой:

В)

ПОЯСНЕНИЕ: Реакция нитрования бензола, протекающая при действии нитрующей смеси (смесь концентрированных азотной и серной кислот). Атом водорода подвергается замещению на нитро-группу (NO₂). Реакция также сопровождается отщеплением воды, что может быть проиллюстрировано схемой: Серная кислота в этой реакции служит в качестве водоотнимающего средства.

Г)

Пояснение: Реакция алкилирования бензола по Фриделю-Крафтсу. Хлорид алюминия служит катализатором реакции.

Д)

Пояснение: Реакция ацилирования бензола по Фриделю-Крафтсу. Хлорид алюминия служит катализатором реакции. В данном случае атом водорода заменяется на ацетильную группу (СОСН₃) – остаток уксусной кислоты (acetic acid).

33. Что такое орто-, мета- и пара-положения?

ОТВЕТ: В случае монозамещенных производных бензола (где один из атомов водорода замещен на какой-либо заместитель), оставшиеся атомы водорода перестают быть идентичными. Обычно говорят про атомы водорода, находящиеся в орто-, мета- или пара-положениях.

34. Какие заместители относятся к мета-ориентантам? Как вы понимаете понятие «мета-ориентанты»?

ОТВЕТ: Монозамещенные производные бензола вступают в те же самые реакции замещения, которые характерны для самого бензола. Поскольку атомы водорода в этих монозамещенных являются неэквивалентными, то в зависимости от того, какой из этих атомов подвергнется замещению получатся разные продукты.

Это (какой водород подвергнется замещению) зависит в основном от заместителя Х, который уже присутствует в исходном соединении. Заместителя делят на орто/пара-ориентанты, и мета-ориентанты.

Мета-ориентанты направляют реакцию по пути замещения мета-атома водорода. К примеру:

Приведенная реакция – реакция бромирования нитробензола, причем замещению подвергается именно атом водорода в мета-положении по отношению к нитро-группе. Говорят, что нитро-группа является мета-ориентантом. Другие заместители, являющиеся мета-ориентантами:

SO₃H – cульфо-группа

CHO альдегидная (формильная) группа

COOH карбоксильная группа

COCH₃ ацетильная группа

СЛЕДУЕТ ЗАМЕТИТЬ, ЧТО К МЕТА-ОРИЕНТАНТАМ ОТНОСЯТСЯ ЭЛЕКТРОНОАКЦЕПТОРНЫЕ ЗАМЕСТИТЕЛИ. ТАК, ВСЕ ВЫШЕПРИВЕДЕННЫЕ мета-ориентанты обладают –I и –M-эффектами (отрицательным индуктивным и отрицательным мезомерным эффектами).