29

Тема 20. Ароматические углеводороды ряда бензола.

Гомологический ряд. Общая формула. Номенклатура. Изомерия.

Природные источники и методы получения: из алифатических, алициклических и ароматических соединений. Реакции Вюрца-Фиттига и Фриделя-Крафтса.

Физические свойства бензола и его гомологов.

Химические свойства. Реакции электрофильного замещения: галогенирование, нитрование, сульфирование, алкилирование и ацилирование. Реакции присое-динения водорода, галогенов, озона. Окисление бензола. Реакции гомологов бензола с участием боковой цепи: галогенирование, нитрование, окисление, дегидрирование.

Гомологический ряд. Общая формула.

Первым и наиболее важным представителем моноциклических ароматических углеводородов (аренов) является бензол С₆Н₆.

Отсюда общее название гомологического ряда ароматических углеводородов - ряд бензола.

Общая формула гомологического ряда бензола: С_пН_2п-6.

Номенклатура аренов.

Для наименования аренов часто используются тривиальные названия: бензол, толуол, стирол, кумол и т.д.

По международной заместительной номенклатуре арены рассматриваются как производные бензола, в которых положение заместителей указывается цифрами, при этом номера атомов углеродов, у которых расположены заместители должны быть наименьшими:

метилбензол этилбензол изопропилбензол

(толуол) (кумол)

винилбензол этинилбензол

(стирол) (фенилацетилен)

В случае двух одинаковых заместителей вместо цифр можно пользоваться приставками: 1,2- (орто-), 1,3- (мета-), 1,4- (пара-):

1,2-диметилбензол 1,3-диметилбензол 1,4-диметилбензол

(орто-ксилол) (мета-ксилол) (пара-ксилол)

В случае двух неодинаковых заместителей, нумерацию определяет младший заместитель:

1-метил-3-этилбензол 1-метил-4-изопропилбензол

(цимол)

1,2,3-триметилбензол 1,2,4-триметилбензол 1,3,5-триметилбензол

(псевдокумол) (мезитилен)

1,2,4,5-тетраметилбензол

(дурол)

Номенклатура радикалов

Названия одновалентных остатков

Одновалентные остатки, образованные отнятием одного атома водорода от бензольного ядра, называются арильными остатками или арилами ( Ar ):

фенил орто-толил мета-толил пара-толил

2,3-ксилил 2-этилфенил

Названия двухвалентных остатков.

Двухвалентные остатки образуются отнятием двух атомов водорода от бензольного ядра:

орто-фенилен мета-фенилен пара-фенилен

Одновалентные, двухвалентные и трехвалентные остатки могут образоваться при отнятии соответственно одного, двух или трех атомов водорода от углеводородных радикалов, находящихся в боковой цепи:

бензил бензилиден бензенил

Изомерия аренов

Для аренов характерны следующие виды изомерии, связанные со строением, составом и положением радикалов, находящихся в боковой цепи:

1) Изомерия, связанная со строением боковых цепей:

пропилбензол изопропилбензол

(кумол)

2) Изомерия, связанная с числом углеродных атомов в заместителях:

пропилбензол 1-метил-2-этилбензол 1,2,3-триметилбензол

3) Изомерия, зависящая от положения заместителей в цикле:

1,2-диметилбензол 1,3-диметилбензол 1,4-диметилбензол

(орто-ксилол) (мета-ксилол) (пара-ксилол)

Природные источники и способы получения аренов.

Получение из природных источников.

Основными природными источниками ароматических углеводородов являются каменный уголь и нефть.

1. Получение из каменного угля

В настоящее время из каменного угля получают свыше 300 различных органических соединений.

В процессе сухой перегонки каменного угля (пиролиз) без доступа воздуха при температурах 1000 - 1200⁰ С получают следующие продукты:

• кокс (75-80% от массы коксующегося угля), который используют в металлургическом производстве для выплавки чугуна и стали;

• коксовый газ (17-22% от массы коксующегося угля), который состоит из паров ароматических углеводородов (бензол, толуол, ксилол) и газов (водорода, азота, оксида углерода, метана, этилена, ацетилена и др.);

• каменноугольная смола образуется в незначительных количествах (до 3% от массы коксующегося угля).

При перегонке каменноугольной смолы выделяют следующие фракции:

• легкое масло (до 160-170⁰ С) составляет 0,2% от массы смолы.

Из легкого масла выделяют бензол, толуол, ксилолы, стирол, этилбензол и др.;

• среднее масло (170-230⁰ С) составляет 10-12% от массы смолы и содержит фенолы, нафталин и пиридиновые основания;

• тяжелое масло (230-270⁰ С) составляет 8-10% от массы смолы.

Из тяжелого масла выделяют крезолы, ксиленолы, нафталин, хинолин;

• антраценовое масло (270-360⁰ С) составляет 18-26% от массы смолы и состоит из антрацена, фенантрена и других многоядерных углеводородов;

• пек - твердый остаток, который образуется после отгонки всех фракций и составляет 50-60% от массы смолы.

Пек состоит из различных фрагментов ароматических углеводородов и применяется для получения лаков, в строительстве дорог, для изготовления топливных брикетов и др.