Строение бензола

Согласно формуле Кекуле бензол имеет 3 двойные связи и, следовательно, должен вступать в реакции присоединения. Однако, бензол не дает типичных для непредельных соединений реакций (не обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия). Этот факт находится в противоречии с формулой Кекуле. Кроме того, эта формула не объясняет высокой устойчивости бензольного кольца.

Арены имеют и тривиальное название "ароматические углеводороды". Понятие "ароматичности" не связано с запахом углеводородов, хотя многие из них обладают им. Под "ароматичностью" понимают некоторые особенности строения углеводородов, главной из которых является равномерное распределение - электронной плотности в молекуле. Кроме того, ароматические соединения подчиняются правилу Э.Хюккеля: плоские моноциклические соединения, имеющие сопряженную систему - электронов, могут быть ароматическими, если число этих электронов равно 4п+2 (где п=0,1,2 и т.д.).

СН₃

Орто-ксилол мета-ксилол пара-ксилол

(1,2 - диметилбензол) (1,3-диметилбензол) (1,4 - диметилбензол)

Изомерия в гомологическом ряду бензола может быть связана как числом и строением заместителей, так и с их положением в бензольном кольце.

AlCl₃

Н + Cl CH₃ СН₃ + HCl

Реакции присоединения менее характерны для бензола, но они есть. Так, каталитическое гидрирование бензола идет в присутствии никелевых (150^о) или платиновых (50^о) катализаторов. Бензол при этом превращается в циклогексан.

При сильном освещении (УФ - облучение) в отсутствие кислорода бензол способен присоединять хлор, образуя производное циклогексана - гексахлорциклогексан (гексахлоран).

NO₂

Галогенирование гомологов бензола идет по-разному в зависимости от условий реакции. При освещении галоген замещает водород в радикале, а в присутствии катализатора - встраивается в бензольное кольцо:
CH₃ CH₂Cl







+ Cl₂ ^hv + HCl


CH₃ CH₃

AlCl₃

Cl

Известно, что влияние атомов и групп атомов в молекулах органических веществ взаимно. Поэтому в молекулах гомологов бензола не только радикалы влияют на активность бензольного кольца, но и кольцо влияет на активность радикалов. В частности снижают устойчивость радикалов к окислению. Если, например, прилить раствор перманганата калия к толуолу и нагреть смесь, то фиолетовая окраска раствора постепенно исчезнет. Это происходит вследствие окисления метильной группы.

Бензол и его гомологи горят на воздухе коптящим сильно пламенем, что связано с высоким процентным содержанием углерода.

2С₆Н₆ + 15О₂ 12СО₂ + 6Н₂О

1. 
   В промышленности 90 % получаемого бензола выделяют при переработке каменноугольной смолы при ее фракционировании. Другим источником получения аренов является нефть, которые выделяют из нее простой перегонкой, пиролизом, а также каталитическим крекингом.
   
2. 
   Ароматизация парафинов (каталитический риформинг):
   

СН₃ СН₃

Pt, 350^o C

3. 
   Гомологи бензола могут быть получены по реакции Фриделя - Крафтса (см. раздел свойства бензола).
   
4. 
   Реакция Вюрца - Фиттига. Эта реакция подобна реакции Вюрца в ряду алканов:
   

+ 2Na + Br C₂H₅ + 2NaBr

5. 
   Синтез из солей ароматических карбоновых кислот:
   

С₆Н₅ СООNa + NaO H ^t C₆H₆ + Na₂CO₃

6. Синтез из ацетилена. Реакция Зелинского.

• 
  НАФТАЛИН
  

1. 
   Какие углеводороды называются аренами?
   
2. 
   Охарактеризуйте особенности строения молекулы бензола.
   
3. 
   Назовите важнейшие способы получения аренов, приведите соответствующие уравнения реакций.
   
4. 
   На примере бензола охарактеризуйте важнейшие химические свойства аренов. Объясните, почему для бензола более характерны реакции замещения. Объясните, почему в обычных условиях бензол устойчив к действию окислителей.
   
5. 
   В чем отличия в химических свойствах гомологов бензола от свойств самого бензола. Объясните, чем обусловлены эти отличия.
   
6. 
   Составьте формулы следующих веществ: бромбензол; 1,3 - диметилбензол; 1,3 - диметил 4 - хлорбензол; пропилбензол; 1,3 - динитробензол.
   
7. 
   Составьте уравнения реакций взаимодействия:
   

Бензола с водородом;

Метилбензола с водородом;

Метилбензола с хлором (при освещении);

Этилбензола с азотной кислотой

Бензола с хлорэтаном (в присутствии хлорида алюминия)

Этилбензола с хлорметаном (в присутствии хлорида алюминия).
8. Составьте уравнения реакций к схемам:
метан этан этен этин бензол хлорбензол
бензол метилбензол 2,4,6 - тринитротолуол
циклогексан бензол метилбензол бензойная кислота

9. Сколько изомерных гомологов бензола может отвечать формуле С₉Н₁₂? Напишите структурные формулы всех изомеров и назовите их.

1. 
   Из ацетилена объемом 3,36 л (н.у.) получили бензол объемом 2,5 мл. Определите выход продукта, если плотность бензола равна 0,88 г/мл.
   
2. 
   Бензол, полученный дегидрированием циклогексана объемом 151 мл и плотностью 0,779 г/мл, подвергли хлорированию при освещении. Образовалось хлоропроизводное массой 300 г. Определите выход продукта реакции.
   
3. 
   Какой объем воздуха (при н.у.) потребуется для сжигания 1,4 - диметилбензола массой 5,3 г? Объемная доля кислорода в воздухе составляет 21%.
   
4. 
   85 г бензола прореагировало с концентрированной азотной кислотой массой 160 г. Какой продукт образовался, и какова его масса.
   
5. 
   Какой объем водорода (н.у.) образуется при циклизации и дегидрировании н-гексана объемом 200 мл и плотностью 0,66 г/мл? Реакция протекает с выходом 65 %.
   
6. 
   При окислении смеси бензола и толуола раствором перманганата калия при нагревании получено после подкисления 8,54 г одноосновной органической кислоты. При взаимодействии этой кислоты с избытком водного раствора гидрокарбоната натрия выделился газ, объем которого в 19 раз меньше объема такого же газа, полученного при полном сгорании исходной смеси углеводородов. Определите состав исходной смеси (в % по массе).
   
7. 
   Газ, выделившийся при получении бромбензола из 22,17 мл бензола (плотность - 0,8 г/мл), ввели в реакцию с 4,48 л изобутена. Какие соединения образовались и какова их масса, если учесть, что выход бромбензола составил 80% от теоретического, а реакция с изобутеном идет с количественным выходом.
   
8. 
   Смесь бензола, циклогексана и циклогексена при обработке бромной водой присоединяет 16 г брома; при каталитическом дегидрировании исходной смеси образуется 39 г бензола и водород, объем которого в два раза меньше объема водорода необходимого для полного гидрирования исходной смеси углеводородов. Определите состав исходной смеси.