Ароматичні вуглеводні (арени)
С.Ю.
Єлісєєв
Поняття ароматичних вуглеводнів, їх застосування,
фізико-хімічні та пожежовибухонебезпечні властивості.
Сучасне уявлення про будову молекули бензолу.
Гомологічний ряд бензолу, номенклатура, ізомерія. Токсичність аренів.
Основні хімічні реакції:
заміщення (галогенірованіе, нітрування, сульфірованіе,
алкілування)
приєднання (водню і галогенів);
окислення (неповне окислення, особливості процесу
горіння, схильність до самозаймання при контакті з сильними окислювачами);
Правила заміщення в бензольному кільці. Заступники
першого і другого ряду.
Промислові методи одержання ароматичних
вуглеводнів.
Коротка характеристика основних ароматичних
вуглеводнів: толуолу, бензолу, ксилолу, етилбензолу, ізопропілбензолу,
стиролу і т.д.
Нітросполуки ароматичного ряду, фізико-хімічні
і пожежонебезпечні властивості нітробензолу, толуолу. Реакції їх отримання.
Ароматичні аміни: номенклатура, ізомерія, способи
одержання, окремі представники (анілін, діфеніламін, діметіланілін).
Ароматичні
вуглеводні (арени)
Ароматичні сполуки зазвичай називають
карбоцікліческіе сполуки, в молекулах яких є особлива циклічна угрупування
з шести вуглецевих атомів - бензольні ядро. Найпростішим речовиною, що містить
таку угруповання, є вуглеводень бензол; всі інші ароматичні
з'єднання цього типу розглядають як похідні бензолу.
Завдяки наявності в ароматичних сполуках
бензольного ядра вони за деякими властивостями значно відрізняються від
граничних і ненасичених аліциклічні сполук, а також і від сполук з
відкритою ланцюгом. Відмінні властивості ароматичних речовин, обумовлені
наявністю в них бензольного ядра, зазвичай називають ароматичними властивостями, а бензольні ядро - відповідно
ароматичним ядром.
Слід зазначити, що сама назва "ароматичні
з'єднання "тепер вже не має свого первісного прямого значення. Так
були названі першим вивчені похідні бензолу, тому що вони володіли
ароматом або ж були виділені з природних ароматичних речовин. В даний
же час до ароматичних сполук відносять багато речовин, що мають і
неприємними запахами або зовсім не пахнуть, якщо в його молекулі міститься
плоске кільце з (4n + 2) узагальненими електронами, де n може приймати
значення 0, 1, 2, 3 і т.д., - правило Хюккеля.
Ароматичні
вуглеводні ряду бензолу.
Перший представник ароматичних вуглеводнів --
бензол - має склад C6H6. Ця речовина було відкрито М. Фарадеєм в 1825 р. в
рідини, що утворюється при стиску або охолодженні т.зв. світильного газу, який
виходить за сухої перегонки кам'яного вугілля. Згодом бензол виявили
(А. Гофман, 1845.) З іншим вмістом сухої перегонки кам'яного вугілля - у
кам'яновугільної смоли. Він виявився дуже цінним речовиною і знайшов широке
застосування. Потім було встановлено, що дуже багато органічні сполуки
є похідними бензолу.
Будова
бензолу.
Довгий час залишався неясним питання про хімічну
природі і про будову бензолу. Здавалося б, що він є сильно
неграничні з'єднання. Адже його складу C6H6 по співвідношенню атомів вуглецю і
водню відповідає формулі CnH2n-6, тоді як відповідний за кількістю
вуглецевих атомів граничний вуглеводень гексан має склад C6H14 і відповідає
формулою CnH2n 2. Однак бензол не дає характерних для ненасичених сполук
реакцій; він, наприклад, не забезпечує бромної води і розчину KMnO4, тобто у звичайних
умовах не схильний до реакцій приєднання, не окислюється. Навпаки, бензол в
присутності каталізаторів набирає характерні для граничних вуглеводнів
реакції заміщення, наприклад, з галогенами:
C6H6 + Cl2 ® C6H5Cl + HCl
З'ясувалося все-таки, що в певних умовах бензол
може вступати і в реакції приєднання. Там, у присутності каталізаторів він
гідруван, приєднуючи 6 атомів водню:
C6H6 + 3H2 ® C6H12
Під дією світла бензол повільно приєднує 6
атомів галогену:
C6H6 + 3Cl2 ® C6H6Cl6
Можливі й деякі інші реакції приєднання, але
всі вони протікають з працею, у багато разів менш активно, ніж приєднання до
подвійним зв'язкам у речовинах з відкритою метою або в аліциклічні з'єднаннях.
Далі, було встановлено, що однозаміщений
похідні бензолу C6H5X не мають ізомерів. Це показало, що всі водневі і
всі вуглецеві атоми в його молекулі за своїм становищем рівноцінні, що також
довго не знаходило пояснення.
Вперше формулу будови бензолу запропонував у 1865р.
німецький хімік серпня Кекуле. Він висловив пропозицію, що 6 вуглецевих атомів
в бензолі утворюють цикл, поєднуючись один з одним чергуються простими і
подвійними зв'язками, і, крім того, кожен з них сполучений з одним атомом
водню: СН
СН СН
СН СН
СН
Кекуле припустив, що подвійні зв'язки в бензолі НЕ
нерухомі; за його уявленням, вони безперервно переміщуються (осціліруют) в
кільці, що можна представити схемою: СН (I)
СН (II)
Формули I і II, згідно Кекуле, СН СН
СН СН
скоєно рівнозначні і лише
