2.3. Ароматические углеводороды

Бензол и его гомологи. Особенности строения бензола в свете электронных и квантово – механических представлений; структура углерод – углеродных связей, обеспечивающая равномерное распределение электронной плотности в ароматическом кольце бензола. Химические свойства ароматических углеводородов. Реакции замещения водорода в ароматическом кольце, их электрофильный механизм. Устойчивость бензола в реакциях окисления и присоединения.

Правила ориентации при замещении в бензольном кольце, взаимное влияние кольца и заместителей. Ориентанты 1 и 2 рода.

Применение ароматических углеводородов в технике. Токсичность бензола и его гомологов и техника безопасности при работе с ними (табл. 5).

Таблица 5

Характеристика ароматических углеводородов (состав, строение, номенклатура, характерные реакции)

N п/п	Характеристика ароматических углеводородов
1. 2. 3. 4. 5. 6. 77.	Общая формула гомологического ряда Первый член ряда Систематическая номенклатура Структура Состояние гибридизации Геометрическая форма молекулы, угол связи между атомами Характерные реакции	CnH2n-6 C6H6 -бензол sp2 , π- связь не локализована ( сопряженная связь) 120o Замещения, присоединения, окисления гомологов за счет боковой цепи.

Литература / 2, с. 275 - 289; 2, с. 359 – 389 /.

Контрольные задания

43. Рассмотрите образование связей в молекуле бензола. Укажите валентное состояние атомов углерода (тип гидридизации). В чем причина высокой устойчивости молекулы бензола?

43. Представьте структурные формулы изомеров ароматических углеводородов с общей формулой С₉Н₁₂. Напишите формулы ближайших гомологов. Назовите соединения, используя как буквенные (о-, n-, м-), так и цифровые (1,2 и т.д.) обозначения положения заместителей в бензольном кольце.

43. Рассмотрите основные природные источники и методы получения ароматических углеводородов.

43. Назовите виды моторного топлива и рассмотрите основы его стандартизации, сущность понятия ″октановое число″. Каково влияние ароматичности на антидетонационные свойства топлива?

43. На основании строения бензола объясните его устойчивость в реакциях окисления. Почему гомологи бензола окисляются легче, чем бензол? Приведите уравнения реакций окисления бензола, этилбензола, пропилбензола, м-ксилола и укажите условия их протекания. Назовите продукты реакции.

43. Почему бензол, несмотря на формально высокую ненасыщенность, с трудом вступает в реакции присоединения? Дайте объяснения, основываясь на строении бензольного кольца. Напишите уравнения реакций гидрирования и хлорирования (в разных условиях) толуола, указав тип и механизм реакций.

43. Почему ароматические углеводороды, несмотря на формально высокую ненасыщенность, главным образом вступают в реакции замещения? Ответ поясните, основываясь на строении бензола. Напишите уравнение реакции алкилирования бензола, рассмотрев механизм процесса.

44. Представьте общую формулу гомологического ряда бензола. Напишите структурную формулу пропилбензола и его изомеров, которые отличаются строением заместителей, и их положения в бензольном кольце. Назовите все соединения, используя буквенное ( о -, п- , м- ), а также цифровое обозначение заместителей бензольного кольца.

43. Напишите уравнения реакций электрофильного замещения бензола (хлорирования, нитрования, сульфирования). Назовите все соединения. На основе строения бензола поясните, почему именно реакции замещения, а не присоединения, характерны для бензола и его гомологов.

43. Напишите уравнения реакций замещения бензола, в результате протекания которых образуются пара- и мета- октилбензолсульфакислоты. Какие вещества получаются при «омылении» (щелочном гидролизе) n-и м- октилбензолсульфакислот? Предложите возможные направления использования продуктов, полученных при «омылении».

43. Допишите уравнения реакций получения гомологов и производных бензола. Укажите тип реакций. Назовите все соединения по систематической номенклатуре.

43. В каком из приведенных соединений– хлорбензоле С₆Н₅ Cl или хлористом бензиле С₆Н₅ - CH₂Cl – атом хлора является более подвижным? Какова роль сопряжения в устойчивости молекул? Подтвердите уравнениями реакций.

43. Какой из углеводородов – бензол или толуол - легче нитруется? Ответ обоснуйте влиянием заместителя на реакционную способность ароматических углеводородов. Напишите уравнения реакций полного нитрования названных выше углеводородов, указав, как меняются условия процесса.

43. По реакции Фриделя-Крафтса получите толуол и этилбензол, укажите их техническое использование. Приведите уравнения реакций, механизм и условия бромирования углеводородов в ядро и боковую цепь.

43. Рассмотрите классификацию заместителей атомов водорода в бензоле. Среди приведенных функциональных групп

-NH₂, -NO₂, -OH, -CH₃, -SO₃H укажите заместители первого и второго рода и покажите распределение электронной плотности под влиянием этих заместителей.

Допишите уравнения реакций:

Объясните различную химическую активность исходных веществ. Какая из трех реакций протекает наиболее легко, а какая – наиболее трудно? Ответ мотивируйте.

76. Допишите уравнения реакций замещения атомов водорода бензольного кольца. Назовите все соединения.

Мотивируйте различное направляющее действие заместителей, уже имеющихся в бензольном кольце. Какая из приведенных реакций протекает наиболее легко, а какая – наиболее трудно?

77. Графически изобразите перераспределение электронной плотности в бензольном кольце под влиянием следующих групп: -СООН и - СН₃.

Допишите уравнения реакций замещения, укажите природу атакующего реагента Cl₂ (электрофильный, нуклеофильный или радикальный) и механизм процесса в каждом случае.

77. Допишите уравнения реакции

Укажите орто-, пара-, мета-замещение, природу атакующего реагента (электрофильный, нуклеофильный или радикальный), условия протекания реакций.

77. Среди проведенных ниже заместителей атома водорода в бензольном кольце укажите доноры и акцепторы электронов: -NН₂, -ОН, -С(О)Н, -СООН, -СН(СН₃)₂ , - NО₂. Какие из приведенных заместителей облегчают, а какие –затрудняют реакции электрофильного замещения бензольного кольца? Ответ мотивиуйте уравнениями реакций.

77. По какому принципу заместители атомов водорода в бензоле делятся на две группы, и как это отражается на активности кольца? Приведите уравнения реакций электрофильного замещения бензольного кольца с уже имеющимися заместителями 1 и 2 рода. Почему реакции нуклефильного замещения менее характерны для ароматических углеводородов? Для каких производных бензола их легче провести?