Физические свойства ароматических углеводородов

Фазовое состояние – жидкие или твердые вещества.

Простейший ароматический углеводород – бензол – имеет Т_кип=60⁰С. В воде нерастворимы. Обладают более высокими значениями d²⁰₄ и n²⁰_d среди остальных углеводородов с тем же числом атомов углерода.

Название	d204	n20d
Парафины	0,41-0,76	1,34-1,43
Нафтены	0,68-0,85	1,37-1,46
Ароматические углеводороды	0,86-0,93	1,49-1,52

Горят сильным коптящим пламенем. Ядовиты для организма. При частом вдыхании паров обладают способностью кумулироваться в организме, поражая нервную систему. Среди углеводородов являются самыми вредными.

Химические свойства

Ароматические углеводороды обладают довольно высокой реакционной способностью. Следует выделить 3 основных вида химических реакций ароматических углеводородов: 1) в основном, это реакции замещения, а также 2) присоединения; 3) окисления.

1) наиболее распространенным видом реакций ароматических углеводородов являются реакции электрофильного замещения. К ним относятся реакции галогенирования, нитрования, сульфирования, алкилирования (Фриделя-Крафтса), ацилирования и т.д. Общим во всех этих реакциях является то, что они идут при действии на ароматическое электрофильных (положительно заряженных) реагентов Х⁺.

Механизм электрофильного замещения

Можно рассмотреть на примере реакции Фриделя-Крафтса.

CH₃:Cl + AlCl₃ CH₃⁺ [AlCl₄]^-

		+ CH3+				или
			-комплекс
								H+ +
	карбоний-ион А				-комплекс

H⁺ + AlCl₄^- HCl + AlCl₃

Отдельные стадии электрофильных реакций замещения:

1) образование -комплекса - -связи не разрываются, реагент образует донорно-акцепторные связи со всеми шестью атомами углерода.

2) образование карбоний-иона – реагент “вытягивает” пару -электронов из шестиэлектронного секстета и образует -связи.

3) образование -комплекса – выравнивание электронной плотности в кольце. Положительный заряд распределяется между пятью группами СН.

4) выброс протона.

I. Реакции электрофильного замещения в ароматическом ядре

Наиболее характерные реакции ароматических углеводородов. К ним относятся: галогенирование, нитрование, сульфирование, алкилирование, ацилирование и другие. Общим в этих реакциях является то, что они идут под действием электрофильных реагентов Х⁺ (Е⁺).

Склонность ароматического ядра к легкому протеканию таких реакций обуславливается наличием в нем подвижной кольцеобразной системы -электронов, которая способна притягивать к себе электрофильный реагент Х⁺ с образованием так называемого -комплекса.

	+ X+
		-комплекс

-комплекс – соединение, в котором еще не образуется истинно химическая ковалентная связь между реагентом Х⁺ и углеродом. -комплекс образуется по донорно-акцепторному механизму. В этом комплексе Х⁺ находится на равном расстоянии от всех шести атомов углерода. -комплекс отличается от исходного соединения более высоким дипольным моментом, часто появлением окраски, в УФ-спектре они имеют собственные полосы поглощения. После образования -комплекса происходит поляризация бензольного ядра под действием электрофильного реагента, в результате которой в ядре возникают чередующиеся ⁺ и ^- заряды (альтернатирующий эффект). Электрофильный реагент присоединяется к одному из атомов углерода с более высокой электронной плотностью за счет “вытягивания” -электронной пары из ароматического секстета.

		А		-комплекс

Образуется карбкатион А, который затем переходит в более стабильный ион с делокализованным положительным зарядом - -комплекс. В этом соединении 4 -электрона, оставшиеся в кольце, притягиваются к положительно заряженному атому, распределяются равномерно между пятью атомами углерода, находящимися в состоянии sp²-гибридизации, а шестой атом углерода, к которому присоединился электрофильный реагент, переходит в состояние sp³-гибридизации, и две его связи (с Н и Х) расположены по ту и другую стороны кольца.

-комплексы – это довольно устойчивые окрашенные соединения, которые даже могут быть выделены в свободном состоянии и разлагаются только при нагревании.

Стабилизация -комплекса происходит за счет отщепления протона с восстановлением устойчивой ароматической структуры – продукта замещения.

H+ +

H⁺ + Y^- HY

Y^- - анион, противостоящий в реакционной смеси электрофильной частице Х⁺