1.3. Ароматические углеводороды

АРОМАТИЧЕСКИМИ УГЛЕВОДОРОДАМИ называют органические вещества, в молекуле которых содержится одно или несколько бензольных колец – циклических групп атомов углерода с особым характером связи.

Изомерия

Структурная изомерия в ряду бензола обусловлена взаимным расположением заместителей в кольце. Если в бензольном кольце только один заместитель, то такое соединение не имеет ароматических изомеров, т.к. все атомы в бензольном ядре равноценны. Если с кольцом связаны два заместителя, то они могут находиться в трёх разных положениях относительно друг друга. Положение заместителей указывают цифрами или обозначают словами: орто-(о-), мета-(м-), пара-(п-)

Получение

1. Дегидроциклизацией алифатических углеводородов, входящих в состав нефти, кокса:

2. Дегидрирование циклоалканов

3. Бензол можно получить в реакции тримеризации ацетилена, при пропускании ацетилена над активированным углём при нагревании

4. Гомологи бензола получают:

а) из бензола при его взаимодействии с алкилгалогенидами в присутствии галогенидов алюминия (реакция Фриделя − Крафтса)

б) из галогенпроизводных бензола и алкилгалогенидов (реакция Фиттига)

Химические свойства

Ароматические углеводороды могут вступать в реакции присоединения. Однако эти реакции приводят к разрушению ароматической системы, поэтому требуют больших затрат энергии и протекают только в жёстких условиях.

1. Гидрирование бензола проводят при нагревании и высоком давлении на катализаторе (Ni, Pt, Pd)

Гидрирование гомологов бензола приводит к получению производных циклогексана

2. Радикальное галогенирование бензола происходит при взаимодействии его паров с хлором при воздействии жёсткого ультрафиолетового излучения. Бензол присоединяет три молекулы хлора и образует твёрдый продукт – гексахлорциклогексан (гексахлоран)

3. При нагревании получают смесь малеиновой кислоты и её ангидрида

4. Бензол и его гомологи сгорают в кислороде воздуха

Реакции электрофильного замещения

1. Реакция нитрования

2. Галогенирование. Бензол и его гомологи взаимодействуют с хлором или бромом в присутствии катализаторов – безводных AlCl₃, FeCl₃, AlBr₃

3. Сульфирование

4. Алкилирование по Фриделю - Крафтсу

5. Алкилирование алкенами

Химические свойства гомологов бензола

Ориентация при замещении в бензольном кольце касается проведения электрофильного ароматического замещения в системе, уже имеющей заместители в цикле.

Имеются две группы заместителей – активирующие и дезактивирующие:

орто, пара - Ориентанты	мета - Ориентанты
Активизирующие (электрон – донорные)	Дезактивирующие (электрон – акцепторные)
- OH	- CN
- NH2	-COOH
- OR	- COOR
Алкил	- COOR
Акрил	- CHO
Дезактивирующие	- NO2
Все галогены	- SO3H
	- SO2OR

Схема влияния заместителей на ориентацию замещения и реакционную способность:

Активирующие заместители	Дезактивирующие заместители
Появление избыточной электронной плотности в кольце. Облегчение электрофильной атаки - активирование ароматического кольца в целом и орто- и пара-положений в частности.	Оттягивание электронной плотности -системы к электроноакцепторной группе. Дезактивация ароматического кольца. Затруднение электрофильной атаки. Меньшая дезактивация мета-положения.

1. Реакция галогенирования:

а) в отсутствии катализатора

При облучении галоген вступает только в боковую цепь молекулы. Причём, замещается всегда атом водорода, непосредственно связанный с бензольным кольцом (-атом углерода);

б) в присутствии катализатора замещение возможно только в кольцо

2. При действии на гомологи бензола перманганатом калия или другими сильными окислителями происходит окисление боковой цепи. Какой бы сложной ни была цепь заместителя, она разрушается, за исключением -атома углерода, который окисляется в карбонильную группу.

Гомологи бензола с одной углеводородной боковой цепью окисляются до бензойной кислоты:

Гомологи, содержащие две боковые углеводородные цепи, окисляются до двухосновных кислот:

Фенол

Фенол имеет тривиальное название – карболовая кислота, её используют в медицине как дезинфицирующее и антисептическое средство.

Фенолам свойственны слабокислотные свойства. Это проявляется в их способности растворяться в щелочах с образованием фенолятов

В воде фенол растворим плохо, так как кислотные свойства выражены слабо.