Химические свойства толуола

.

Для толуола возможны 2 типа реакций:

1) S_R - реакции по метильному радикалу,

2) S_E -реакции по связи С – Н бензольного кольца.

Характер разрыва связей в реагенте определит тип реакций толуола (S_R или S_E).

1) Связь в реагенте разрывается гомолитически, образуется радикал, который не может атаковать связь С - Н бензольного кольца, так как эта связь легко разрывается при атаке электрофилом (редко нуклеофилом). Радикал может разрушить ароматическую шестёрку электронов и образовать производные циклогексана, но

этот процесс требует затраты большого количества энергии. Поэтому образовавшийся радикал будет атаковать связь С - Н метильной группы, образуя, в качестве промежуточной частицы, устойчивый бензильный радикал.

(Следует отметить, что алкильные группы, связанные с бензольным кольцом, несколько более реакционноспособны, чем алкильные группы, связанные с углеродным скелетом алканов.)

Рассмотрим реакцию взаимодействия толуола с хлором на свету.

Механизм этого процесса: в молекуле хлора связь разрывается гомолитически.

(реакция «а»)

Радикал хлора атакует метильную группу толуола, образуя устойчивый бензильный радикал.

(реакция «б») бензильный радикал.

Бензильный радикал, устойчив за счёт сопряжения неспаренного электрона с π-системой бензольного кольца.

Этот радикал далее взаимодействует с новой молекулой хлора. В молекуле хлора связь снова разрывается гомолитически; в результате этого процесса образуется бензилхлорид и появляется новый радикал хлора, который далее вновь вступает в реакцию с толуолом (реакция «б»).

бензилхлорид

2) Связь в реагенте разрывается гетеролитически, образуются электрофил и нуклеофил. Для толуола характерны реакции электрофильного замещения. За счёт электронодонорного эффекта метильной группы, S_E реакции протекают в достаточно мягких условиях, реагент, замещая атомы водорода бензольного кольца, вступает в орто- и пара- положения по отношению к метильной группе.

Следующая схема иллюстрирует наиболее характерные для толуола реакции электрофильного замещения.

Нафталин в живом организме

Структурными фрагментами биологически активных веществ часто являются конденсированные углеводороды и их производные. Окружающая среда буквально "заражена" углеводородами. Источниками углеводородов в биосфере могут быть нефтяные озёра, газы, выделяющиеся в пещерах, шахтах и трещинах земной коры, разлагающиеся остатки животных и растений.

Способность животных метаболизировать некоторые углеводороды при введении их в организм в больших количествах навела некоторых учёных на мысль, что царство животных подвергалось действию этих углеводородов в течение многих тысяч лет. Характерным примером такого биологического процесса является способность крыс и кроликов превращать

нафталин в транс-1,2-дигидро-1,2-дигидроксинафталин.

отмечены хиральные атомы углерода.

Транс-1,2-дигидро-1,2-дигидроксинафталин может существо-вать в виде право- и лево- вращающих энантиомеров. Здесь хочется отметить такой любопытный штрих из области стереохимической специфичности действия ферментов: крысы образуют левовращаю-щий изомер, а кролики - правовращающий.

До недавнего времени ароматические углеводороды представляли интерес для биохимиков и фармакологов как потенциально канцерогенные вещества. Теперь, однако, оказалось, что ароматические углеводороды сами часто вовсе не являются канцерогенами. Существует предположение, что многие из этих углеводородов, попадая в организм, превращаются в эпоксиды.

1,2- эпоксинафталин

Именно эти эпоксиды либо сами вызывают рак, либо являются предшественниками действительных канцерогенов.

Благодаря многим интересным открытиям в этой области, химия эпоксидов ароматических углеводородов представляет большой интерес для исследователей, занимающихся поисками лекарств от рака.