Ароматические углеводороды

Оглавление

  1. Бензол
  2. Строение молекулы бензола
  3. Изомерия и номенклатура ароматические углеводородов
  4. Физические свойства ароматических углеводородов
  5. Химические свойства ароматических углеводородов
  6. Гомологи бензола
  7. Шпаргалка
  8. Задания для самопроверки

Бензол

Ароматические углеводороды — соединения углерода и водорода, в молекуле которых имеется бензольное кольцо. Важнейшими представителя­ми ароматических углеводородов являются бензол и его гомологи — продукты замещения одного или более атомов водорода в молекуле бензола на углеводородные остатки.

Бензол

Строение молекулы бензола

Первое ароматическое соединение — бензол — было открыто в 1825 г. М. Фарадеем. Была уста­новлена его молекулярная формула — C6H6. Если сравнить его состав с составом предельного углево­дорода, содержащего такое же количество атомов углерода, — гексаном (C6H14), то можно заметить, что бензол содержит на восемь атомов водорода меньше. Как известно, к уменьшению количества атомов водорода в молекуле углеводорода приво­дит появление кратных связей и циклов. В 1865 г. Ф. Кекуле предложил его структурную формулу как циклогексантриена-1,3,5.

clip_image003

Таким образом, молекула, со­ответствующая формуле Кекуле, содержит двойные свя­зи, следовательно, бензол должен иметь ненасыщенный характер, т. е. легко вступать в реакции присоединения: ги­дрирования, бромирования, гидратации и т. д.

ароматические углеводородов

Однако данные многочис­ленных экспериментов по­казали, что бензол вступает в реакции присоединения только в жестких условиях (при высоких температу­рах и освещении), устойчив к окислению. Наиболее ха­рактерными для него явля­ются реакции замещения, следовательно, бензол по характеру ближе к предель­ным углеводородам.

Пытаясь объяснить эти несоответствия, многие ученые предлагали различные варианты структуры бензола. Окончательно строение молекулы бензола было подтверждено реакцией его образования из ацетилена. В действительности углерод-углеродные связи в бензоле равноценны, и их свойства не похо­жи на свойства ни одинарных, ни двойных связей.

В настоящее время бензол обозначают или фор­мулой Кекуле, или шестиугольником, в котором изображают окружность.

clip_image006

Так в чем же особенность структуры бензола?

На основании данных исследований и расче­тов сделан вывод о том, что все шесть углеродных атомов находятся в состоянии sр2-гибридизации и лежат в одной плоскости. Негибридизованные р-орбитали атомов углерода, составляющие двой­ные связи (формула Кекуле), перпендикулярны плоскости кольца и параллельны друг другу.

Они перекрываются между собой, образуя еди­ную π-систему. Таким образом, система череду­ющихся двойных связей, изображенных в фор­муле Кекуле, является циклической системой сопряженных, перекрывающихся между собой π-связей. Эта система представляет собой две то­роидальные (похожие на бублик) области элек­тронной плотности, лежащие по обе стороны бен­зольного кольца. Так, изображать бензол в виде правильного шестиугольника с окружностью в центре (π-система) более логично, чем в виде циклогексантриена-1,3,5.

Американский ученый Л. Полинг предло­жил представлять бензол в виде двух граничных структур, отличающихся распределением элект­ронной плотности и постоянно переходящих друг в друга:

clip_image007

т. е. считать его промежуточным соединением, «усреднением» двух структур.

Данные измерений длин связей подтверждают это предположение. Выяснено, что все связи С—С в бензоле имеют одинаковую длину (0,139 нм). Они несколько короче одинарных С—С связей (0,154 нм) и длиннее двойных (0,132 нм).

Существуют также соединения, молекулы ко­торых содержат несколько циклических структур, например:

clip_image008

Изомерия и номенклатура ароматических углеводородов

Для гомологов бензола характерна изомерия по­ложения нескольких заместителей. Простейший гомолог бензола — толуол (метилбензол) — не име­ет таких изомеров; следующий гомолог представ­лен в виде четырех изомеров:

clip_image009

Основой названия ароматического углеводорода с небольшими заместителями является слово бен­зол. Атомы в ароматическом кольце нумеруют, на­чиная от старшего заместителя к младшему:

clip_image010

Если заместители одинаковые, то нумерацию проводят по самому короткому пути: например, вещество:

clip_image011

называется 1,3-диметилбензол, а не 1,5-диметил­бензол.

По старой номенклатуре положения 2 и 6 на­зывают ортоположениями, 4 — пара-, 3 и 5 — ме­таположениями.

строение ароматических углеводородов

Физические свойства ароматических углеводородов

Бензол и его простейшие гомологи в обычных ус­ловиях — весьма токсичные жидкости с характер­ным неприятным запахом. Они плохо растворяются в воде, но хорошо — в органических растворителях.

Химические свойства ароматических углеводородов

Химические свойства ароматические углеводородов

Реакции замещения. Ароматические углеводороды вступают в реакции замещения.

1. Бромирование. При реакции с бромом в присутствии катализатора, бромида железа (III), один из атомов водорода в бензольном кольце может замещаться на атом брома:

clip_image018

2. Нитрование бензола и его гомологов. При вза­имодействии ароматического углеводорода с азот­ной кислотой в присутствии серной (смесь серной и азотной кислот называют нитрующей смесью) происходит замещение атома водорода на нитро­группу — NO2:

clip_image019

Восстановлением нитробензола получают ани­лин — вещество, которое применяется для полу­чения анилиновых красителей:

clip_image020

Эта реакция носит имя русского химика Зинина.

Реакции присоединения. Ароматические соеди­нения могут вступать и в реакции присоединения к бензольному кольцу. При этом образуются цикло­гексан и его производные.

1. Гидрирование. Каталитическое гидрирование бензола протекает при более высокой температуре, чем гидрирование алкенов:

clip_image021

2. Хлорирование. Реакция идет при освещении ультрафиолетовым светом и является свободнора­дикальной:

clip_image022

Химические свойства ароматических углеводородов - конспект

Химические свойства ароматические углеводородов

clip_image025

clip_image027

Гомологи бензола

Состав их молекул отвечает формуле CnH2n-6. Ближайшие гомологи бензола:

clip_image028

Все следующие за толуолом гомологи бензола имеют изомеры. Изомерия может быть связана как с числом и строением заместителя (1, 2), так и с положением заместителя в бензольном кольце (2, 3, 4). Соединения общей формулы C8H10:

clip_image029

По старой номенклатуре,   употребляемой для указания относительного расположения двух одина­ковых или   разных заместителей в бензольном коль­це, используют приставки орто- (сокращенно о-) — заместители расположены у соседних атомов   углерода, мета- (м-) — через   один атом углерода и пара- (п-) — заме­стители   друг против друга.

Первые члены гомоло­гического ряда бензола — жидкости со специфическим запахом. Они легче воды. Являются хорошими растворителями. Гомологи бензола вступают в реак­ции замещения:

бромирование:

clip_image030

нитрование:

clip_image031

Толуол окисляется перманганатом при нагрева­нии:

clip_image032

Шпаргалка

Шпаргалка арены

Справочный материал для прохождения тестирования:

1 КОММЕНТАРИЙ

  1. Уважаемый Генрих Евгеньевич, здравствуйте!
    Как известно, обесцвечивание бромной воды служит качественной реакцией на все непредельные углеводороды, фенол, анилин, непредельные жиры, стирол. Обесцветят ли бромную воду циклопропан, толуол, этилбензол, этаналь?
    • Циклопропан и циклобутан ведут себя подобно алкенам — они способны присоединять галогены с разрывом кольца и образованием дигалогенпроизводных: C3H6+Br2—>CH2Br-CH2-CH2Br. Можно ли сказать , что бромная вода обесцвечивается?
    • толуол; бром (раствор в четыреххлористом углероде).
    Специальное указание: опыт проводят в вытяжном шкафу!
    Для проведения опыта берут 2 капли толуола, приливают по капле раствора брома и встряхивают в течение 1-2 мин.
    Признаком идущей реакции является выделение бромистого водорода, дымящего на воздухе, и обесцвечивание брома.
    Толуол в этих условиях бромируется медленно, но вполне отчетливо. Содержимое нагревают до кипения. Толуол при этом бромируется очень легко.
    Химизм процесса:
    толуол + бром => бромистый бензил +бромистый водород
    Действие брома (и хлора) на ароматические соединения в условиях радикальной реакции (нагревание, освещение) приводит к замещению водорода в боковой цепи. Можно ли сказать , что бромная вода обесцвечивается? В ответах на тренировочных ЕГЭ встречала как «толуол не обесцвечивает бромную воду», так и «толуол обесцвечивает бромную воду». Как правильно?
    • С6Н5-С2Н5 + Br2 -> C6H5-CHBr-CH3 (2-бромэтилбензол) Можно ли сказать , что бромная вода обесцвечивается?
    • СН3СНО + Br2 + H2O → CH3COOH + HBr Можно ли сказать , что бромная вода обесцвечивается?

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here