Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ ЭКЗАМЕН.docx
Скачиваний:
0
Добавлен:
20.01.2025
Размер:
25.09 Mб
Скачать

49. Ароматические углеводороды. Получение и химические свойства.

Арены (ароматические углеводороды) – это непредельные (ненасыщенные) циклические углеводороды, молекулы которых содержат устойчивые циклические группы атомов (бензольные ядра) с замкнутой системой сопряженных связей.

Общая формула: CnH2n-6 при n ≥ 6.

1. Реакции присоединения

1.1. Гидрирование

t, p, (Ni, Pt )

При гидрировании бензола образуется циклогексан:

1.2. Хлорирование аренов

по радикальному механизму при высокой температуре, под действием ультрафиолетового излучения.

При хлорировании бензола на свету образуется 1,2,3,4,5,6-гексахлорциклогексан (гексахлоран).

Гомологи бензола не присоединяют хлор. Если гомолог бензола реагирует с хлором или бромом на свету или при высокой температуре (300°C), то происходит замещение атомов  водорода в боковом алкильном заместителе, а не в ароматическом кольце.

2. Реакции замещения

2.1. Галогенирование

2.2. Нитрование

Серная кислота способствует образованию электрофила NO2+

2.3. Алкилирование ароматических углеводородов

2.4. Сульфирование ароматических углеводородов

 3. Окисление аренов

3.1. Полное окисление – горение

2C6H6 + 15O2  → 12CO2 + 6H2O + Q

Уравнение сгорания аренов в общем виде:

 CnH2n–6 + (3n – 3)/2 O2 → nCO2 + (n – 3)H2O + Q

3.2. Окисление гомологов бензола

Гомологи бензола легко окисляются перманганатом и дихроматом калия в кислой или нейтральной среде при нагревании.

При этом происходит окисление всех связей у атома углерода, соседнего с бензольным кольцом, кроме связи этого атома углерода с бензольным кольцом.

Толуол окисляется перманганатом калия в серной кислоте с образованием бензойной кислоты:

Если окисление толуола идёт в нейтральном растворе при нагревании, то образуется соль бензойной кислоты – бензоат калия:

Таким образом, толуол обесцвечивает подкисленный раствор перманганата калия при нагревании.

При окислении пропилбензола образуются бензойная и уксусная кислоты:

Изопропилбензол окисляется перманганатом калия в кислой среде до бензойной кислоты и углекислого газа:

Получение аренов

1. Реакция Вюрца-Фиттига

2. Дегидроциклизация алканов

 

3. Дегидрирование циклоалканов

4. Декарбоксилирование солей бензойной кислоты

Реакция Дюма — это взаимодействие солей карбоновых кислот с щелочами при сплавлении.

R–COONa + NaOH → R–H + Na2CO3

Декарбоксилирование — это отщепление (элиминирование) молекулы углекислого газа из карбоксильной группы (-COOH) или органической кислоты или карбоксилатной группы (-COOMe)  соли органической кислоты.

5. Алкилирование бензола и его гомологов

6. Тримеризация ацетилена

При нагревании ацетилена под давлением над активированным углем молекулы ацетилена соединяются, образуя бензол. 

7. Получение стирола

50. Бензол. Строение и химические свойства.

присутствуют три двойные связи С=С, три одинарные связи С–C и шесть одинарных связей С–Н.

Структурная формула бензола:

Каждый из шести атомов углерода в молекуле бензола находится в состоянии sp2-гибридизации.

Каждый атом углерода в молекуле бензола связан с двумя соседними атомами углерода и атомом водорода тремя σ-связями. Валентные углы равны 1200.

в молекуле бензола одинаковой длины (0,140 нм), что соответствует промежуточному значению между одинарной и двойной (полуторная связь)

Галогенирование аренов на свету

Нитрование аренов

Сульфирование

Гидрирование аренов

Галогенирование аренов каталитическое

Реакция Фриделя-Крафтса

Алкилирование бензола алкенами

Алкилирование бензола алкинами**

Озонолиз алкенов**

Алкилирование аренов спиртами

Горение

Производство малеинового ангидрида**

51. Строение ароматических углеводородов. Правило Хюккеля. Химические свойства.

SP2 –гибридизация: 1.     Плоское тригональное строение 2.     Угол – HCH — 120° 3.     Связи σ, π 4.     В бензоле нет простых и двойных связей, под влиянием единой π – электронной системы расстояние между центрами атомов углерода становится одинаковым – 0,139 нм, все связи полуторные           

Первую структурную формулу бензола предложил в 1865 г. немецкий химик Ф.А.Кекуле:

молекула бензола устойчивый симметричный шестичленный цикл из одинаковых СН-групп, лежащих в одной плоскости и связанных ароматической системой связи.

52. Бензол и его ближайшие гомологи. Получение и химические свойства. Промышленное использование.

53. Влияние электронодонорных и электроноакцепторных заместителей на электрофильное замещение в ароматическом ряду.

54. Алкилирование и ацилирование ароматических углеводородов. Механизм реакций.

Строение. При алкилировании и ацилировании ароматических углеводородов получают соответственно их алкильные и ацильные производные:

Получение. Реакции алкилирования и ацилирования относятся к реакциям электрофильного замещения и называются реакциями Фри- деляКрафтса.

Алкилирование — введение алкильной группы в молекулу органического соединения (например, в бензольное кольцо).

Реакцию алкилирования проводят при действии на вещество гало- геналкилов в присутствии катализатора — безводного AICI3. Роль катализатора заключается в образовании положительно заряженного карбкатиона, который электрофильно атакует бензольное кольцо:

Вместо галогеналкилов в качестве алкилирующих средств применяют также непредельные углеводороды и спирты. В этом случае в качестве катализатора используют минеральные кислоты. Роль последних состоит в превращении алкенов и спиртов в соответствующие карбкатионы:

Таким способом получают, например, этилбензол и изопропилбензол (кумол)

 

Ацилирование — введение в молекулу органического соединения ацильной группы.

Для ацилирования бензола или его гомологов используют в качестве ацилирующих агентов ангидриды или галогенангидриды кислот и катализатор — безводный AICI3. Образующийся ион ацилия электрофильно взаимодействует с ароматическим углеводородом:

55. Стирол. Получение, применение в промышленности.

56. Галогенпроизводные бензола и его гомологов. Получение и химические свойства. Подвижность галогена.

Делятся на две группы:

1. Соединения, содержащие галоген в боковой цепи:

2. Соединения, содержащие галоген в ароматическом ядре:

Способы получения ароматических галогенпроизводных

С галогеном в ядре

Галогенирование (электрофильное ароматическое замещение SE)

Иодпроизводные получить таким образом невозможно, так как реакция обратима.

Из солей диазония.

С галогеном в боковой цепи

Прямое галогенирование

Реакция протекает по радикальному механизму:

Хлорметилирование электрофильное замещение.

Если атом галогена находится у ненасыщенного углеродного атома или связан с атомом углерода бензольного ядра, подвижность галогена резко снижается:

В молекулах хлорбензола и винилхлорида наблюдается сопряжение между свободными электронами атома галогена и р - электронами двойной связи или бензольного кольца, что снижает подвижность галогенов.

57. Галогенирование гомологов бензола в ядро и в боковую цепь. Механизм реакций.

Галогенирование по α-атому углерода в боковой цепи

Реакция идет при нагревании или облучении и всегда по α-углероду. При продолжении галогенирования второй атом галогена снова встанет в α-положение.

по механизму электрофильного замещения

Если реакцию проводить в присутствии катализаторов (FeCl3, AICI3), то образуются производные с галогеном в ароматическом ядре. Роль катализатора заключается в поляризации молекулы галогена с образованием положительно заряженного иона (галогенирующего агента), который затем атакует бензольное ядро: 

58. Реакции замещения галогенов в ароматическом кольце. Механизм, влияние других заместителей на подвижность галогена.

59. Реакции ароматических углеводородов, протекающие по радикальному механизму.

60. Галогенпроизводные ароматических углеводородов. Получение и свойства. Механизм нуклеофильного замещения галогена в кольце и боковой цепи.

61. Получение и химические свойства нитросоединеий ароматического ряда. Восстановление нитрогруппы и реакции замещения в кольце.

62. Механизм реакции нитрования бензола и его гомологов в ядро и боковую цепь. Нитрующие агенты.

63. Ароматические сульфокислоты и их производные.

64. Получение, строение и химические свойства сульфокислот ароматического ряда.

65. Ароматические амины. Получение, строение и химические свойства.

Основные свойства аминов - создание щелочной среды

Благодаря этому амины обладают основными свойствами и с кислотами образуют соли:

этиламин → бромид этиламмония

Реакция возможна также с вторичными и третичными аминами:

диметиламин → гидросульфат диметиламмония

диметилэтиламин → хлорид диметилэтиламмония

N-алкилирование аминов

Алкилирование спиртами

Взамодействие с азотистой кислотой

Получение из спиртов: Спирты обрабатывают аммиаком при нагревании, образуются амины:

Получение из галогеналканов

хлорбензол → хлорид фениламмония → анилин

Гидрирование нитрилов :

Гидрирование нитросоединений

Алкилирование других аминов

66. Ароматические амины. Получение, строение, химические свойства (реакции по азоту и в ароматическое ядро).

67. Зависимость между строением и основностью ароматических аминов.

68. Влияние заместителей в ядре и у атома азота на основность ароматических аминов.

А) Влияние заместителей в кольце

Доноры увеличивают основность, т.к.

- повышают электронную плотность в кольце, уменьшают сопряжение между ароматической системой и неподеленной парой электронов, увеличивается электронная плотность на атоме азота, - увеличивается устойчивость аммонийного катиона.

Акцепторы уменьшают основность, т.к.

- уменьшают электронную плотность в бензольном кольце, увеличивают сопряжение между ароматической системой и неподеленной парой электронов, уменьшается электронная плотность на атоме азота,

- уменьшается устойчивость аммонийного катиона.

- М-эффект сильнее передается в п-положение

-I- эффект сильнее в о-положении, особенно для акцепторов (о-эффект заместителя)

Б) Влияние заместителей при атоме азота на основность

Аналогично алифатическому ряду

- алкильные заместители увеличивают основность (+I);

- при ацилировании основность резко снижается, т.к. неподеленная пара е- сопрягается и с ароматической системой, и π-связью карбоксильной группы;

-алкилирование непосредственно по N дает меньшее увеличение основности, чем при введение алкильной группы по бензольному кольцу, т.к. изменяется геометрия аминогруппы, сопряжение усиливается, сольватация катиона меньше.

69. Соли диазония. Получение, строение, химические свойства. Роль солей меди в реакциях с выделением азота.

70. Ароматические диазосоединения. Получение, строение и химические свойства.

общую формулу ArN2X

с ионной

Оба атома азота находятся в состоянии sp-гибридизации, при этом один из них имеет положительный заряд.

с ковалентной

___________________________

В результате такого строения диазосоединения с ковалентной связью могут существовать в виде цис-(син-) и транс-(анти-) изомеров. Более стабильной является транс-форма.

с аминами реагируют

71. Азосоединеия. Азокрасители. Получение. Понятие о цветности. Индикаторные свойства метилоранжа.

72. Одноатомные фенолы и нафтолы. Получение и химические свойства.

ПОЛУЧЕНИЕ

_________________________________________________

_____________________________________________________

Химические свойства определяются ОН-группой и бензольным кольцом.

Фенолы обладают кислотными свойствами.

С6H5OH + NaOH → С6H5ONa + H2O

С6H5OH + CO2 + H2O––>C6H5OH+NaHCO3

Нафтолы - это гидроксильные производные нафталина. Различают α-нафтол и β-нафтол в зависимости от положения ОН-групп в кольце. α-нафтол и β-нафтол – кристаллические вещества. β-нафтол имеет более высокую температуру плавления, чем α-нафтол. Оба нафтола трудно р-римы в H2O. Дают окраску с FeCl3, растворяются в растворах гидроксида натрия и калия.

Основной тип реакций, характерный для нафтолов, реакции замещения, которые идут в соответствии с ранее рассмотренными правилами ориентации.

а) галогенирование (взаимодействие с Сl2)

б) нитрование ( взаимодействие с HONO2)

в) сульфирование (взаимодействие с HOSO3H)

α-нафтол 4-нитронафтол 4-нитро-1-окси-2-нафтолинсульфокислота

Нитрование, сульфирование, хлорирование идут в п-положение по отношению к ОН-группе в том же кольце, в котором находится ОН-группа. Следующий заместитель занимает о-положение.

У β-нафтола замещение протекает в α-положении:

β-нафтол 1-бромнафтол 1,6-дибром-2- нафтол

С хлоридом железа (III) в спирто-водном растворе α-нафтол даёт фиолетовое окрашивание, β-нафтол – жёлтое. Важным является получение эфиров нафтолов. Эфиры нафтола имеют приятный запах. Используются, например, метиловый эфир β-нафтола, в парфюмерии. На основе нафтолов синтезируют красители для тканей.

73. Одноатомные фенолы и нафтолы. Получение, строение и химические свойства.

У нафтолов возможна изомерия двух типов:

  1. изомерия положения гидроксильной группы в нафтеновом кольце: 1-нафтол (α-нафтол) или 2-нафтол (β-нафтол);

  2. изомерия боковой цепи, то есть строения углеводородных радикалов и их числа.

74. Кислотно-основные свойства фенолов. Зависимость кислотных свойств от строения фенолов.

75. Использование фенолов для получения фенолформальдегидных смол, нейлона, капрона. Схема реакций этих процессов.

Нейлон готовят из довольно простых органических веществ – адиптиновой кислоты HOOC – (CH2)4 – COOH и гексаметилендиамина H2N – (CH2)6 – NH2, которые в свою очередь, получают из фенола

76. Многоатомные фенолы. Особенности (в сравнении с одноатомными фенолами) методов получения и химических свойств.

Пирокатехин может быть получен гидролизом о-дихлорбензола (водный раствор NaOH, 2000С, катализатор – соли меди)

или с использованием реакции щелочного плава из динатриевой соли о-бензолдисульфокислоты

Аналогично изомеризуется и п-бензолдисульфокислота.

Движущей силой указанных превращений является, по-видимому, накопление при высоких температурах наиболее устойчивого из двухатомных фенолов – резорцина.

Источником пирокатехина могут послужить и вещества природного происхождения. В некоторых растениях содержится протокатехиновая кислота, декарбоксилирование которой приводит к пирокатехину

Известен метод получения пирокатехина из салицилового альдегида. При окислении альдегида перекисью водорода в щелочном растворе происходит замещение альдегидной группы на гидроксил

Резорцин получается при щелочном плаве м-бензолдисульфокислоты

Гидрохинон

Пирогаллол.

Флюроглюцин

Гексаоксибензол.

Кислотность. У двухатомных фенолов кислотные свойства выражены сильнее, поэтому они способны образовать соли не только с щелочными металлами

Реакции по бензольному кольцу. В реакции электрофильного замещения двухатомные фенолы вступают много легче, чем фенол. В кольцо двухатомных фенолов удается ввести два и даже три новых заместителя даже в мягких условиях. При электрофильном замещении с участием резорцина гидроксилы действуют согласованно

Окисление. Двухатомные фенолы с гидроксилами в о- и п-положениях легко окисляются и поэтому являются сильными восстановителями. Продуктами окисления пирокатехина и гидрохинона являются соответствующие хиноны

Резорцин также способен окисляться, однако по структурным соображениям не может образовать хинон.

Особенности многоатомных фенолов. Как уже отмечалось, почти каждый из многоатомных фенолов, участвуя в химических реакциях, проявляет особенности. Так, резорцин – единственный из фенолов, способный восстанавливаться водородом в момент выделения. Установлено, что восстанавливается при этом енольная форма резорцина

Точно также гидрохинон – единственный из фенолов, участвующий в реакции Дильса-Альдера как диен (Куксон, 1955 г.)

Не менее своеобразно окисляется шестиатомный фенол. При окислении кислородом воздуха он вначале превращается в тетраоксихинон. В дальнейшем хинон образует диоксихинон - родизоновую кислоту. Продуктом исчерпывающего окисления последней азотной кислотой является трихиноил (гексакетоциклогексан)

Хиноны

Хиноны относятся к сопряженным циклическим дикетонам. У них с фенолами тесные взаимоотношения: фенолы и хиноны легко превращаются друг в друга.

Простейший и наиболее распространенный хинон был получен Воскресенским (1838 г.) окислением хинной кислоты (1,3,4,5-тетраоксигексагидробензойная кислота) двуокисью марганца в серной кислоте

Свое название хинон получил от названия хинной кислоты.

Хиноны подразделяются на 1,2- и 1,4-хиноны или о- и п-хиноны. Как уже отмечалось, 1,3-хиноны не могут существовать по структурным соображениям. Интересно, хиноны различимы по цвету кристаллов: п-хиноны в большинстве случаев бывают желтыми, а о-хиноны – оранжевыми или красными.

Основные методы получения хинонов уже рассматривались – это окисление двухатомных фенолов и окисление анилина хромовой кислотой.

Хиноны обладают высокой реакционной способностью. Направления их превращений предсказуемы: они реагируют как кетоны и одновременно по карбонильной группе и двойным связям. Для них характерны реакции 1,4- и 1,6-присоединения

Хинон как кетон вступает в реакцию с гидроксиламином с образованием моно- и диоксима

Хиноны вступают в многочисленные реакции присоединения.

Присоединение брома происходит по 3,4-положению п-хинона. Образующийся при этом дибромид легко отщепляет молекулу бромистого водорода и дает замещенный хинон

Аналогично протекает присоединение диенов. В реакции Дильса-Альдера хиноны выступают как диенофилы

Однако хиноны и сами могут реагировать по 1,3-положению подобно диенам с сопряженными двойными связями. Примером такой реакции является присоединение к хинонам галогенводородных кислот

Аналогично присоединяется к хинону и уксусный ангидрид.

Примером реакции 1,6-присоединения является присоединение водорода с образованием двухатомных фенолов

77. Способы получения и химические свойства ароматических альдегидов.

Ароматические альдегиды можно получать следующими способами:

1. Формилирование ароматических соединений

(синтез Гаттермана-Коха)

Действие на ароматические углеводороды смесью монооксида углерода с хлористым водородом в присутствии катализаторов (AlCl3, Cu2Cl2) приводит к образованию ароматических альдегидов:

толуол п-толуиловый альдегид

Механизм реакции: 2. Формилирование по Вильсмейеру где Х – электронодонорный заместитель, например –N(CH3)2

3. Гидролиз геминальных дигалогенопроизводных ароматического ряда

Бензальдегид можно получить превращением толуола в хлористый бензилиден с его последующим гидролизом. Гидролиз проводят в присутствии гидроксида кальция и железного катализатора при температуре 95-1000С:

толуол хлористый бензальдегид

Бензилиден

4. Окисление ароматических углеводородов

Получение ароматических альдегидов, особенно бензальдегида, окислением ароматических углеводородов кислородом воздуха является промышленным способом:

5. Окисление ароматических спиртов

бензиловый спирт бензальдегид

6. Восстановление хлорангидридов ароматических карбоновых кислот

Для восстановления хлорангидридов применяют водород в присутствии палладиевого катализатора:

бензоилхлорид бензальдегид

78. Химические свойства ароматических альдегидов.

Бензальдегид при действии хлора реагирует иначе – образуется хлорангидрид бензойной кислоты:

4. Реакции окисления

Ароматические альдегиды и кетоны легче вступают в реакции окисления, чем алифатические.

4.1. Окисление альдегидов

1) Автоокисление

Одна из особенностей ароматических альдегидов – их способность самопроизвольно окисляться кислородом воздуха до кислот (автоокисление).

Этот процесс ускоряется на свету и в присутствии катализаторов – солей тяжелых металлов.

Если с бензольным кольцом ароматического альдегида связан электроно-донорный заместитель, то альдегидную группу можно окислить до карбоксильной группы аммиачным раствором гидроксида серебра:

4.2. Окисление кетонов

Жирно-ароматические кетоны окисляются иначе и легче, чем алифатические.

При окислении оксидом селена (SeO2) жирно-ароматические кетоны дают альдегидокетоны или α-дикетоны:

этилфенилкетон α-дикетон

При действии более сильных окислителей образуются ароматические кислоты:

5. Реакции восстановления

5.1. Восстановление альдегидов

Ароматические альдегиды могут быть легко восстановлены в соответствующие спирты и углеводороды:

Для восстановления альдегидов, содержащих в кольце заместители, склонные к реакциям восстановления, обычно подбирают восстановитель, обладающий высокой селективностью, например NaBH4:

м-нитробензальдегид

5.2. Восстановление кетонов

Восстановление ароматических кетонов в различных условиях приводит к образованию разных продуктов.

1) Каталитическое восстановление жирно-ароматических кетонов

Каталитическое восстановление кетонов, в которых функциональная группа непосредственно связана с бензольным кольцом, приводит к образованию ароматических спиртов, а затем углеводородов:

ацетофенон α-фенилэтиловый спирт этилбензол

2) Восстановление чисто ароматических кетонов

При обработке чисто ароматических кетонов щелочными металлами в апротонных растворителях образуются пинаконы, которые способны при действии кислот перегруппировываться в пинаколины:

Необходимо отметить, что чисто ароматические кетоны, особенно содержащие электронодонорные группы, не всегда легко восстанавливаются до соответствующих одноатомных спиртов.

Обычно эта реакция протекает при восстановлении дибораном в момент его образования:

3 NaBH4 + 4 BF3 → 3 NaBF4 + 2 [B2H6]

Ароматические альдегиды в присутствии 50%-ного водного и спиртового раствора КОН или NaOH образуют соответствующие спирт и соль кислоты:

бензальдегид бензиловый спирт натриевая соль

бензойной кисдлты

Аналогичную реакцию дают неенолизирующиеся альдегиды алифатического ряда, т.е. не имеющие подвижных атомов водорода в α-положении (например, формальдегид H-CHO и альдегиды R3C-CHO).

2. Смешанная реакция Канниццаро

При нагревании ароматического альдегида с избытком формальдегида в присутствии концентрированного раствора NaOH ароматический альдегид полностью восстанавливается в соответствующий спирт, в то время как формальдегид окисляется в муравьиную кислоту:

2. Реакции электрофильного замещения Карбонильная группа является электроноакцепторным заместителем, дезактивирует ароматическое кольцо в реакциях электрофильного замещения и направляет электрофильный агент в м-положение.

1. Реакции нитрования

Нитрование бензальдегида осуществляется смесью безводного нитрата калия и концентрированной серной кислоты при температуре 00С:

м-нитробензальдегид

Нитрование ацетофенона легко осуществляется нитрующей смесью при температуре 00С:

м-нитроацетофенон

2. Реакции галогенирования

Ароматические альдегиды и кетоны при галогенировании в присутствии апротонных кислот Льюиса дают обычно смесь продуктов мета- и орто-замещения.

Но можно проводить реакцию таким образом, чтобы замещение проходило только по мета-положению.

Для этого реакцию проводят с избытком катализатора AlCl3 и галогенированию подвергается комплекс карбонильного соединения с хлоридом алюминия:

м-бромацетофенон

3. Специфические реакции ароматических кетонов

1. Нагревание с гидроксидом натрия

При нагревании с твердой щелочью бензофенон расщепляется с образованием бензола и бензоата натрия:

2. Расщепление амидом натрия

Чисто ароматические кетоны расщепляются амидом натрия с образованием амидов кислот:

3. Образование металлкетилов

При обработке чисто ароматических кетонов натрием или калием в инертном растворителе образуются окрашенные производные с парамагнитными свойствами, называемые металлкетилами:

79. Реакции конденсации ароматических альдегидов. Механизм реакции Перкина и Кляйзена.

2. Реакции конденсации

2.1. Реакции конденсации ароматических альдегидов

1) Конденсация Клайзена-Шмидта

Ароматические альдегиды легко вступают в реакции конденсации с алифатическими альдегидами и кетонами, жирно-ароматическими кетонами и эфирами карбоновых кислот алифатического ряда в присутствии водных растворов щелочей с образованием α,β-ненасыщенных карбонильных соединений.

В этих реакциях, протекающих по типу альдольно-кротоновой конденсации, ароматические альдегиды ведут себя как карбонильные компоненты:

- реакция с алифатическими альдегидами:

- реакция с алифатическими кетонами:

- реакция с жирно-ароматическими кетонами:

- реакция с эфирами карбоновых кислот алифатического ряда

2) Конденсация Перкина

(конденсация с ангидридами карбоновых кислот)

Характерной реакцией ароматических альдегидов является их конденсация с ангидридами карбоновых кислот в присутствии ацетатов или карбонатов щелочных металлов.

В этом случае ароматические альдегиды выступают как активные карбонильные компоненты, а ангидриды играют роль метиленовой компоненты.

Продуктами конденсации Перкина являются коричные кислоты:

3) Бензоиновая конденсация

В условиях цианогидринного синтеза ароматические альдегиды в отличие от альдегидов алифатического ряда подвергаются бензоиновой конденсации (Н.Н.Зинин).

Если обработка алифатических альдегидов водно-спиртовыми растворами цианидов щелочных металлов приводит к образованию нитрилов α-гидроксикарбоновых кислот:

Бензальдегид в этих же условиях подвергается димеризации с образованием α-гидроксикетона – бензоина, который легко окисляется в дикетон – бензил:

4) Конденсация альдегидов с фенолами

Большое значение в синтезе красителей трифенилметанового ряда имеют реакции бензальдегида с фенолами за счет подвижных атомов водорода в пара-положении фенольного ядра:

2.2. Реакции конденсации ароматических кетонов

1) Конденсация Клайзена-Шмидта

Жирно-ароматические кетоны способны к различным реакциям конденсации за счет α-водородных атомов по отношению к карбонильное группе:

Реакция конденсации с участием двух молекул ацетофенона протекает в более жестких условиях: при температуре 4500С и с участием катализатора:

80. Ароматические кетоны. Получение и химические свойства.

2. Получение ароматических кетонов

1. Ацилирование по Фриделю-Крафтсу

Ароматические кетоны обычно получают действием хлорангидридов или ангидридов карбоновых кислот на ароматические углеводороды в присутствии катализатора AlCl3:

ацетилхлорид ацетофенон

бензоилхлорил бензофенон

Механизм реакции

2. Окисление вторичных ароматических спиртов

метилфенилметанол ацетофенон

дифенилметанол бензофенон

3. Перегруппировка Фриса

Ароматические кетоны могут быть получены перегруппировкой сложных эфиров фенола:

Физические свойства и строение

Ароматические альдегиды – нерастворимые в воде жидкости с запахом горького миндаля. Чем дальше от ароматического ядра расположена альдегидная группа, тем более резким становится запах.

Ароматические кетоны – жидкости или твердые вещества, нерастворимые в воде. Многие кетоны имеют приятный цветочный запах (например, ацетофенон имеет запах черемухи).

Строение ароматических карбонильных соединения

Карбонильная группа, как и все заместители П рода, влияет на распределение электронной плотности бензольного кольца за счет –I и –M-эффектов (π,π-сопряжение), которые действуют в одном направлении и приводят к понижению электронной плотности в кольце, особенно в орто- и пара-положениях бензольного кольца:

Поэтому электрофильный реагент вступает преимущественно в мета-положение ароматического кольца, где дефицит электронной плотности наименьшей.

При этом карбонильная группа оказывает на связанное с ней бензольное кольцо значительно меньшее влияние, чем нитро- и карбоксильная группа.

Поэтому галогенирование, нитрование и сульфирование ароматических альдегидов и кетонов проводят в более мягких условиях, чем нитробензола и бензойной кислоты.

Вследствие наличия π,π-сопряжения бензольного кольца и карбонильной группы эффективный положительный заряд (δ+) на углеродном атоме карбонильной группы понижен, особенно в случае диарилкетонов.

Поэтому реакционная способность ароматических карбонильных соединений в реакциях с нуклеофильными реагентами понижена по сравнению с алифатическими.

2) Восстановление чисто ароматических кетонов

При обработке чисто ароматических кетонов щелочными металлами в апротонных растворителях образуются пинаконы, которые способны при действии кислот перегруппировываться в пинаколины:

Необходимо отметить, что чисто ароматические кетоны, особенно содержащие электронодонорные группы, не всегда легко восстанавливаются до соответствующих одноатомных спиртов.

Обычно эта реакция протекает при восстановлении дибораном в момент его образования:

3 NaBH4 + 4 BF3 → 3 NaBF4 + 2 [B2H6]

1. Нагревание с гидроксидом натрия

При нагревании с твердой щелочью бензофенон расщепляется с образованием бензола и бензоата натрия:

2. Расщепление амидом натрия

Чисто ароматические кетоны расщепляются амидом натрия с образованием амидов кислот:

3. Образование металлкетилов

При обработке чисто ароматических кетонов натрием или калием в инертном растворителе образуются окрашенные производные с парамагнитными свойствами, называемые металлкетилами:

81. Одноосновные ароматические кислоты. Получение и химические свойства.

Получение. Одноосновные ароматические кислоты, например бензойную, можно получать следующими способами:

  • 1. Окислением спиртов и альдегидов, омылением нитрилов и т.д. Эти способы использовались и для получения кислот алифатического ряда.

  • 2. Окислением гомологов бензола, например толуола:

82. Гидрокси- и аминозамещенные ароматические кислоты и их производные.

83. Дикарбоновые ароматические кислоты. Получение и химические свойства. Применение для получения полимеров. 2. Реакции декарбоксилирования

При нагревании фталевой кислоты до 200-2200С происходит декарбоксилирование с образованием бензойной кислоты:

3. Реакции электрофильного замещения

Реакции электрофильного замещения в дезактивированное кольцо идут с большим трудом:

84. Нафталин и его производные. Синтез a- и b-производных нафталина.

a-положение проявляет более высокую реакционную способность. Нитрование, галогенирование и низкотемпературное сульфирование ведут к a-производным.

Доступ к b-положению достигается главным образом посредством высокотемпературного сульфирования.

85. Химические свойства нафталина. Понятие о «диеновой» и ароматической реакционной способности.

1. При нитровании нафталина азотной кислотой в смеси с H24 при 50-60°С образуется почти исключительно α-нитронафталин:

2. Хлорирование и бромирование нафталина протекает очень легко и не требует катализатора:

3. Наиболее важной является реакция сульфирования, на направление замещения оказывает влияние температура:

4. Ацилирование по Фриделю-Крафтсу в зависимости от растворителя приводит к α- или β-изомеру:

5. Реакции присоединения к нафталину протекают легче, чем в случае бензола. Восстановление нафталина осуществляется обычными восстановителями:

Каталитическое гидрирование приводит к образованию смеси тетралина и декалина.

6. Окисление нафталина кислородом воздуха в присутствии ViO3 приводит к разрушению одного кольца:

86. Пятичленные гетероциклические соединениия с одним гетероатомом. Строение, взаимные переходы. Примеры реакций электрофильного замещения (галогенирование, сульфирование, нитрование).

К пятичленным гетероциклам с одним гетероатомом относят пиррол, фуран, тиофен.

Фуран - пятичленный гетероцикл с одним атомом кислорода:

Тиофен обладает выраженными ароматическими свойствами. В реакциях электрофильного замещения (галогенирование, нитрование и др.) тиофен значительно активнее бензола.

биотин

Пиррол - пятичленный гетероцикл с одним атомом азота.

4. Взаимные превращения фурана, тиофена и пиррола.

1. Нитрование. Используют «мягкий» нитрующий агент – ацетилнитрит (смесь уксусного ангидрида с азотной кислотой) в пиридине, при этом образуются α-нитропроизводные:

где Z = О, NH, S

2. Сульфирование.Фуран и пиррол осмоляются при действии минеральных кислот (проявляют ацидофобные свойства), т.е. в кислой среде протон связывает неподеленную пару электронов кислорода или азота, образуется оксониевый или аммониевый ион, обладающий свойствами диена с сопряженными двойными связями, который легко полимеризуется и осмоляется:

где Z = О, NH

Поэтому сульфируют фуран и пиррол с помощью пиридинсульфотриоксида – комплекс пиридина с оксидом серы (VI) C6H5NSO3:

где Z = О, NH

3. Основность ацидофобных гетероциклов (ацидофобность от лат. acidum – кислота, гр. phobos – боязнь).

Тиофен неацидофобен, т.к. у него практически отсутствуют основные свойства.

87. Строение пятичленных гетероциклических соединениий. Правило Хюккеля. Отношение к кислотам.

Молекула пиррола плоская, что свидетельствует о гибридизации как атомов углерода, так и гетероатома азота. Причем три гибридизованные орбитали атома азота, принимающие участие в образованииσ-связей, лежат в плоскости кольца.Гетероциклы фуран и тиофен представляют собой плоские молекулы.

88. Кислотно-основные свойства пятичленных гетероциклов с одним гетероатомом.

89. Получение, строение и химические свойства фурана (ацидофобность, диеновая и ароматическая реакционная способность).