17. Химические свойства ароматических углеводородов

Ароматические углеводороды обладают большей склонностью к реакциям замещения, чем к реакциям присоединения. Характерна также большая устойчивость бензольного кольца к окислителям.

1.Реакции присоединения

Реакции присоединения протекают обычно по трем кратным связям бензольного кольца одновременно.

1. Гидрирование бензола и его гомологов происходит в присутствии катализаторов (Ni, Pt, Pd) при повышенной температуре:

2. Если раствор хлора или брома в бензоле подвергнуть действию солнечного света или ультрафиолетовых лучей, то происходит быстрое присоединение трех молекул галогена. Продукты присоединения при нагревании теряют три молекулы галогеноводорода и дают тригалогенбензол:

3. Бензол и его гомологи присоединяют озон с образованием чрезвычайно взрывоопасных триозонидов, которые разлагаются на карбонильные соединения под действие воды. Эта реакция используется для доказательства строения ароматических соединений:

2.Реакции окисления

Бензольное кольцо устойчиво к действию окислителей. Такие окислители как перманганат калия, оксид хрома (+6), азотная кислота на бензол не действуют.

1. При окислении бензола кислородом воздуха на оксиде ванадия (+5) образуется малеиновый ангидрид:

малеиновый ангидрид

2. При окислении гомологов бензола кислородом воздуха образуются гидропероксиды. В реакции принимает участие углеродный атом в α-положении к бензольному кольцу:

кумол гидроперекись кумола

3. При действии окислителей на гомологи бензола окисляется боковая цепь. Независимо от длины боковой цепи она дает карбоксильную группу:

толуол бензойная кислота

Следует отметить, что третичные алкильные группы, связанные с бензольным кольцом, устойчивы к окислению; бензольное кольцо окисляется легче, чем эти группы.

3.Реакции замещения

1. В присутствии катализаторов (FeCl₃, AlCl₃) хлор и бром не присоединяются к бензолу, но замещают атомы водорода в его молекуле:

бромбензол

2. Концентрированная серная кислота не вызывает полимеризации бензола, как это происходит в случае алкенов и алкадиенов, а приводит к образованию бензолсульфокислоты:

Бензолсульфокислота

3. При действии нитрующей смеси (концентрированная азотная и серная кислоты) происходит нитрование ядра:

нитробензол

Механизм этих реакций электрофильный. Он осуществляется и при протекании реакций алкилирования, ацилирования, азосочетания.

Механизм электрофильного замещения в бензольном кольце разберем на примере реакции галогенирования.

Под действием катализатора образуется активная форма электрофильного реагента:

Стадией, определяющей скорость реакции, является образование σ-комплекса:

π-комплекс σ-комплекс

π-Комплекс – это промежуточное состояние, в котором реагирующие частицы сориентировались относительно друг друга.