І. Реакції заміщення:

1) Галогенування

Заміщення атома водню в бензольному ядрі на атом хлору здійс­нюють дією вільного хлору або брому в присутності каталізатора AlCl₃, FeBr₃ та інш.

 + Cl₂  –^AlCl₃  хлорбензен + H₂O

2) нітрування – це процес заміщення атомів водню на нітрогрупу – NO₂ . Як нітруючі реагенти в реакції нітрування частіше використовують концентровану азотну кислоту або суміш концентрованих азот­ної та сірчаної кислот (нітруюча суміш). З концентрованою азотною кислотою бензол і його гомологи реагують повільно. Тому для нітрування аренів найширше застосовується нітруючи суміш:

+ HNO₃  –^H₂^SO₄  нітробензен + H₂O

3) сульфування – це процес заміщення атома водню в бензольному ядрі на сульфогрупу – SO₃H.

Для сульфування бензолу та його гомологів частіше використовують концентровану сірчану кислоту або димлячу сірчану кислоту (олеум):

+ H₂SO₄  –^SO3  сульфобензен + H₂O

ІІ. Реакції приєднання. Порівняно з ненасиченими вугле­воднями, для яких характерні реакції приєднання, бензол вступає в ці реакції у значно жорсткіших умовах. За наявності каталізатора до молекули бензолу приєднюються шість атомів Гідрогену:

1) Гідрування:

+ 3H₂  –^t°C,p,Ni   циклогексан

2) Галогенування

При інтенсивному сонячному освітленні або під дією ультрафіолетового випромінювання бензол приєднює хлор:

+ 3Cl2  –h

гексахлорциклогексан

сим-трихлорбензол

ІІІ.  Реакції окиснення

Бензольне ядро стійке до дії сильних окисників, однак гомологи окиснюються значно легше.

+ 2KMnO₄     + 2MnO₂ + KOH + H₂O

толуен бензоат калію

 

12.3.5. Правила орієнтації в бензольному ядрі

У молекулі незаміщеного бензолу електронна густина розподілена рівномірно, а тому реагент може атакувати рівною мірою будь-який з шести атомів вуглецю.

Якщо в бензольному кільці міститься який небудь замісник, то під його впливом відбувається перерозподіл π-електронної густини циклу та нова група вступає вже у визначені положення стосовно вже наявного замісника.

В реакціях заміщення в залежності від електронної природи замісника, група, що вступає, може займати переважно орто-, мета- та пара-положення, а реакція може проходити швидше чи повіль­ніше, ніж з самим бензолом.

За впливом на напрям заміщення і на реакційну здатність бензольного кільця замісники можна розділити на дві групи – замісники І роду (орто-, пара-орієнтанти) і замісники ІІ роду (мета-орієнтанти).

Замісники першого роду (або орто-пара-орієнтанти) – це електронодонори:

групи -СН₃, –OH і –NH₂, а також галогени: -СІ, -І, -Вr

орієнтують в орто- і пара-положення: 

2 + 2Cl₂  –^AlCl3 ++2HCl

о-хлортолуол п-хлортолуол

Замісники другого роду (мета-орієнтанти) –електроноакцеп­то­ри: –NO₂, –COOH, –CHO, –COR, –SO₃H.

направляють новий замісник в мета-положення:

 + HNO₃  –^H₂^SO₄   + H₂O

  м-динітробензен

12.3.6. Застосування

Бензол в хімічній промисловості широко використовується як розчинник і сировина для виробництва стиролу, фенолу, циклогексану, барвників, лікарських препаратів.

Толуол – це безбарвна рідина з характерним запахом. Толуол практично не розчиняється у воді, змішується з етиловим спиртом. Застосовується у виробництві лаків, друкарських фарб, бензойної кислоти, вибухових речовин, лікарських препаратів. Використовується як добавка до моторного палива для підвищення октанового числа бензинів. Виявляє слабку наркотичну дію.

Ксилоли (о-, м-, п-диметилбензоли) – безбарвні рідини з запахом бензолу. Суміш ізомерних ксилолів, так званий технічний ксилол, використовується в промисловості як розчинник і високооктанова добавка до моторних палив.

Стирол (вінілбензол) - безбарвна рідина зі своєрідним запахом. Використовується у виробництві полістиролу, синтетичного каучуку.

Розділ 13. КИСНЕВМІСНІ ОРГАНІЧНІ СПОЛУКИ

До кисневмісних органічних сполук, молекули яких складаються з атомів вуглецю, водню і кисню, належать спирти, феноли, альде­гіди, кетони, складні ефіри, вуглеводи та ін. Їх хімічні властивості визначаються наявністю функціональних груп.

§13.1. Спирти.

СПИРТИ – це органічні сполуки, які складаються з вуглецю, водню і мають одну або декілька гідроксильних груп (–ОН).

У спиртах гідроксильна група знаходиться при атомі вуглецю в sp³- гібридизації.

Гідроксильна група (-ОН) являється функціональною групою і визначає основні властивості спиртів. Якщо група одна, то спирти називаються одноатомними (один атом водню заміщений на гідрок­сил). Якщо спирти містять дві або більше груп –ОН, вони називаються багатоатомними.

Наприклад,

одноатомні	двохатомні	триатомні
метиловий СН3-OH	етиленгліколь CH2─CH2 │ │ OH OH	гліцерин CH2─CH─CH2 │ │ │ OH OH OH
етиловий С2Н5-OH
бензиловий C6H5-CH2OH

За розміщенням гідроксильної групи у вуглецевому ланцюзі спир­ти класифікують на первинні (група –ОН розміщена при первинному атомі вуглецю), вторинні (гідроксильна група розміщена при вторинному атомі вуглецю) і третинні (група –ОН знаходиться при третинному атомі вуглецю):

R–CH2–OH		R  I CH–OH,  I R1		R1–	R  I C–OH.  I R2
первинні		вторинні		третинні