2. Піроліз нафтопродуктів або горючих газів:

3. Прямий синтез алкінів з Гідрогену і Карбону (П.Бертло, 1862) широко використовується в промисловості.

Гідроген пропускають в полум’я електричної дуги між двома вугільними електродами:

2С + 2Н → СН ≡ СН

4. Взаємодія дигалогенопохідних алканів зі спиртовим розчином лугу.

Використовують дигалогенопохідні алканів, у молекулах яких є два атоми галогену біля одного карбонового або біля двох карбонових атомів:

5. Дія на ацетиленіди алкілгалогенідами ‑ подовження ланцюга (алкілування ацетиленідів) і утворення гомологів алкінів:

Арени

Арени (ароматичні вуглеводні) – органічні сполуки, молекули яких містять один або декілька циклів з шести атомів Карбону – бензенове кільце.

Ароматичні вуглеводні:

• одноядерні;

• двоядерні (з конденсованими і неконденсованими ядрами);

• трьохядерні(з конденсованими і неконденсованими ядрами).

Бензол (бензен) є найпростішим ароматичним вуглеводнем: С₆Н₆

бензен метилбензен 1,2-диметилбензен нафтален антрацен

бензол толуол о-ксилол

толуен о- ксилен

Загальна формула гомологічного ряду ароматичних вуглеводнів: С_nH_2n-6

Гомологічний ряд одноядерних аренів: С₆Н₆; С₇Н₈; С₈Н₁₀; С₉Н₁₂; С₁₀Н₁₄

алкілбензен

Гомологи бензолу – ароматичні вуглеводні, в бензеновому кільці яких один або декілька атомів водню заміщені на алкільні радикали.

Номенклатура

• Історична: толуен (метильне похідне), ксилен (диметильне похідне), кумен (ізопропілбензен), стирен (вінілбензен). Радикали аренів, які зустрічаються найчастіше, називають арилами: феніл С₆Н₅ ‑, толіл (о-, м-, п-) СН₃ ‑ С₆Н₄ ‑, бензил С₆Н₅ – СН₂ ‑, стирил С₆Н₅ – СН =СН ‑.

• ІЮПАК: пронумеровані атоми Карбону ядра вказують положення замісників. Атоми Карбону в кільці нумерують, починаючи з атома, біля якого є замісник з найменшою кількістю атомів Карбону. Напрям нумерування такий, щоб інші замісники дістали найменші номери. При найменуванні дотримуються «старшинства» і додають префікси, позначаючи однакові радикали, потім пишуть слово «бензен».

Ізомерія

• ізомерія радикалів:

пропілбензен ізопропілбензен

• ізомерія положення замісників в бензеновому ядрі (о-, м-, п-):

Будова

Будова молекули бензену, найчастіше відображається формулою Кекуле (1865):

Уявлення Ф.Кекуле про структуру бензену: бензен має структуру шестикутного кільця; кільце дуже міцне; в бензеновому кільці є три подвійних і три простих зв’язки; всі шість атомів Карбону в бензеновому кільці рівноцінні один одному. Проте така будова не пояснює стійкість бензену до реакцій приєднання, окислення, гідрогенізації.

Методами молекулярних орбіталей і електронографії встановлено, що кожний атом С в ядрі бензену знаходиться в стані sp²-гібридизації. Всі атоми Карбону лежать в одній площині, кути, утворені зв’язками Н – С – С і С – С – С дорівнюють 120⁰. В ядрі бензену є по 6 σ-зв’язків між атомами С і атомами С і Н. Електронна хмара четвертого р-електрона, що не бере участі у гібридизації, має форму гантелі і зорієнтована перпендикулярно площині кільця. З 6 р-електронів утворюється єдина π-електронна система (шість делокалізованих орбіталей). Області найбільшої електронної густини розміщені по обидва боки площини π-зв’язку (6 π-зв’язків). Отже, формуються два нерозривних кільця електронної густини, які обумовлюють особливі хімічні властивості бензену та похідних аренів.

π-електронна хмара в молекулі бензолу	Схема делокалізації π-електронів	Sp2-гібридизація атомних орбіталей Карбону

Система ароматична і спряжена. В ядрі аренів зв'язок С – С має високу стійкість до реакцій окислення, приєднання, заміщення. Саме це стало причиною внесення поправок в написання формули бензенового кільця, що відображено у вирівнюванні електронної густини в системі σ- і π - зв’язків.

Фізичні властивості

Бензен його гомологи – безбарвні з характерним змахом рідини, що заломлюють промені світла. Вищі гомологи бензену – тверді речовини. Арени нерозчинні у воді і добре розчиняються в органічних розчинниках, бензен, ксилени, толуен – органічні розчинники. Арени з бічним ланцюгом нормальної будови киплять при температурах, вищих за температуру кипіння ізомерів з бічним ланцюгом ізобудови.

Хімічні властивості

І. Реакції заміщення

Арени вступають переважно в реакції електрофільного заміщення, які відбуваються за іонним механізмом через утворення π- та σ-комплексів.

• нітрування бензенового ядра:

нітробензен

Умови: концентровані Н₂SO₄ і НNO₃.

Гомологи бензену нітруються легше:

2,4,6-тринітротолуен (2,4,6-тринітро-1-метилбензен)

• галогенування відбувається у присутності каталізаторів (FeCI₃, AICI₃, FeBr₃, AIBr₃). Хлор і бром здатні вступати в реакцію галогенування при кімнатній температурі:

Для гомологів бензену (атом галогену заміщується в положення 1 або 4).

• сульфування відбувається при нагріванні арена з концентрованою Н₂SO₄:

С₆Н₆ + НОSO₃H → C₆H₅ – SO₃H + 2H₂O

сульфобензен

• алкілування (реакція Фріделя-Крафтса) – введення в молекулу арена радикалів або одержання з бензену його гомологів. Алкілування бензолу галоїдними алкілами в присутності каталізатора АІСІ₃:

Алкілування бензолу алкенами (каталізатори АІСІ₃, Н₃РО₄ або ВF₃).

кумен (кумол)

ІІ .Реакції приєднання

Арени важко вступають в реакції приєднання.

• приєднання водню. Умови: каталізатори (Рt, Pd, Ni), нагрівання, підвищений тиск:

• приєднання галогенів здійснюють при прямому сонячному світлі або УФ-випромінюванні, утворюється гексахлорциклогексан:

ІІІ. Реакції окислення

Бензенове кільце стійке до дії окисників: окислюється хромовою сумішшю в присутності каталізаторів (V₂O₅) і при високій температурі (350 – 450⁰С):

Толуен Бензойна кислота

Гомологи бензену легко окислюються розчинами КМnO₄, КСІО₃ за бічним ланцюгом з утворенням альдегідів, кетонів і карбонових кислот:

ІV. Реакції замісників

• Якщо реакцію галогенування проводити без каталізатора і при нагріванні або дії сонячного світла, відбувається заміщення Гідрогену в радикалі бокового ланцюга (реакція проходить за радикальним механізмом):

• дегідрування (дегідрогенізація) аренів

Умови: при високих температурах (до 600⁰С), наявність каталізаторів (ZnO, Cr₂O₃, AI₂O₃):

С₆Н₅ – СН₂ – СН₃ → С₆Н₅ – СН = СН₂ + Н₂

етилбензен стирен

• полімеризація

стирен полістирен (полістирол)

Методи одержання аренів

1. Метод дегідрування циклоалканів:

2. Метод дегідрування алканів з наступною циклізацією (каталізатори – оксиди хрому, молібдену і ванадію):

3. Реакція Вюрца – Фіттіга:

С₆Н₅І + 2Na + I CH₃ → С₆Н₅ ‑ CH₃ + 2NaI

метилбензен

4. Синтез Фріделя-Крафтса (1877) – спосіб одержання гомологів бензолу з хлоралкілу у присутності АІСІ₃ (безводного):