Ароматические углеводороды (арены)

Простейшим представителем аренов является бензол:

Для бензола и его гомологов выполняются следующие 3 главных критерия ароматичности:

1. Все атомы углерода находятся в sp² – гибридизации. Следовательно, - остов молекулы плоский, циклический.

2. Число -электронов соответствует правилу Хюккеля (4n+2). Правило Хюккеля выполняется при любом натуральном числе n = 0, 1, 2 и т.д. В данном случае в бензоле 6 электронов (n =1)

3. Единая, замкнутая, сопряженная - система охватывает все атомы цикла.

Химические свойства

Ароматические соединения обладают рядом специфических свойств.

1. Высокая термодинамическая устойчивость.

2. Устойчивость к действию окислителей.

3. Реакции электрофильного замещения (S_E).

1. Галогенирование:

FeCl₃

+ Cl₂ + HCl

хлорбензол

Роль катализатора (FeCl₃, ZnCl₂, AlCl₃) заключается в поляризации молекулы галогена и выделении электрофила Cl⁺

^+ClCl^-…. FeCl₃ Cl⁺ + FeCl^-₄

2. Нитрование:

H₂SO₄

+ ^- HO⁺NO₂ + H₂O

нитробензол

3.Сульфирование:

+ ^-HO-⁺SO₃H + H₂O

бензолсульфокислота

4. Алкилирование:

 ⁺ - ZnCl₂

+ СH₃  Cl + HCl

толуол (метилбензол)

Введение алкильных групп (метильной, изопропильной) усиливает токсическое действие бензола. Гомологи бензола и его производные также вступают в реакции S_E, но с разной скоростью. Скорость реакции и ориентация входящего в кольцо заместителя (электрофила) зависят от влияния уже имеющихся заместителей.

Заместители I рода (NH₂, OH, OCH₃ и др.) – электронодоноры, увеличивают электронную плотность в кольце, облегчают реакцию S_E и ориентируют входящий электрофил в орто- и пара-положения.

Названия приставок для дизамещенных производных бензола.

мета мета

Заместители 2 рода: и др.) –

э лектроноакцепторы

уменьшают электрон-

н ую плотность в кольце, затрудняют реакцию S_E и ориентируют электрофил в мета-положение.

5. Окисление аренов. Бензол устойчив к действию окислителей, но его гомологи, содержащие алифатический радикал, легко окисляются до бензойной кислоты:

KMnO₄

+ CO₂ + H₂O

T⁰

Какой бы длинной ни была боковая цепь, она окисляется до карбоксильной группы.