Главная >> Химия 10 класс. Габриелян. Углубленный уровень

Глава 3. Углеводороды

§ 15. Ароматические углеводороды (окончание)

В те же положения происходит бромирование гидроксибензола (фенола). Гидроксильная группа — ориентант первого рода, так как обладает неподелённой парой электронов и проявляет +М-эффект. Стабилизация промежуточной частицы, σ-комплекса, происходит за счёт перекрывания орбитали кислорода с неподелённой парой электронов и незаполненной орбитали углерода. При этом происходит образование дополнительной связи по донорно-акцепторному механизму:

Таким образом, неподелённая электронная пара кислорода гидроксильной группы сопрягается с π -системой бензольного кольца (р,π -сопряжение).

Акцепторная, обладающая - I-эффектом группа —CF₃ в молекуле трифторметилбензола направляет реакции электрофильного замещения в положения 3 и 5:

Заместители, обладающие различными ориентирующими свойствами, представлены в таблице 5.

Реакции присоединения

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

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

Хлорирование. Реакция идёт при ультрафиолетовом облучении и является свободнорадикальной:

Реакции по алкильному заместителю

Рассмотрим эти реакции на примере гомологов бензола.

Метильная группа в толуоле проявляет положительный индуктивный эффект по отношению к бензольному кольцу. Бензольное кольцо обладает отрицательным индуктивным эффектом по отношению к метальной группе. В результате этого она становится значительно более активной по сравнению с метильной группой в алифатических соединениях.

Алкильные производные бензола гораздо охотнее и при более мягких условиях вступают в реакции свободнорадикального замещения (например, хлорирования) на свету, причём замещается водород в основном при атоме, который непосредственно присоединён к бензольному кольцу:

Дело в том, что свободный радикал с неспаренным электроном у этого атома стабилизируется за счёт распределения электрона по атомам ароматической системы (делокализации).

Кроме того, толуол можно окислить водным раствором перманганата калия, подкисленного серной кислотой, с образованием бензойной кислоты. Подобная реакция совершенно нехарактерна для алканов:

Применение бензола и его гомологов

Бензол применяется как растворитель и сырьё для получения многочисленных и очень важных ароматических соединений, которые используются для производства красителей (анилин), полимеров (стирол, фенол, анилин), лекарственных препаратов (рис. 32). Нитрованием толуола получают 2,4,6-тринитротолуол (тол, тротил) — мощное взрывчатое вещество.

При окислении толуола, как уже было показано выше, образуется бензойная кислота, которая также является полупродуктом для получения многих органических соединений, применяется как консервант (благодаря наличию большого количества бензойной кислоты долго не портятся некоторые ягоды — брусника, клюква).

Продукт окисления 1,4-диметилбензола (пара-ксилола) — терефталевая кислота

применяется для получения полимерного материала полиэфирного волокна лавсана:

1. Напишите формулы возможных изомеров углеводорода состава С₉Н₁₂, относящихся к ароматическому ряду.

2. Какие ароматические углеводороды могут образоваться при дегидроциклизации н-октана?

3. При хлорировании толуола в присутствии хлорида железа (III) получено два соединения с молекулярной формулой С₇Н₇Сl. Хлорирование толуола на свету приводит также к соединению с молекулярной формулой С₇Н₇Сl. Что это за соединения? Напишите уравнения соответствующих реакций.

4. Соединение А состава С₇Н₈ нитруется азотной кислотой в присутствии серной кислоты с образованием смеси соединений Б и В, имеющих общую формулу C₇H₇NO₂. Окисление соединения А перманганатом калия в кислой среде приводит к соединению Г формулы С₇Н₆O₂. Назовите соединения А, Б, В и Г, напишите уравнения соответствующих реакций.

5. Сколько граммов бензола прореагировало с бромом в присутствии бромида железа (III), если выделилось 224 мл бромоводорода (н. у.)?
Ответ: 0,78 г С₆Н₆.

6. Сколько литров водорода (н. у.) могут присоединить в присутствии катализатора 100 г смеси, состоящей из 25% бензола, 15% толуола, 25% гексена и 35% гексана?
Ответ: 61,2 л Н₂.

7. При нитровании 15,6 г бензола смесью концентрированных азотной и серной кислот выход мононитропроизводного составил 70%. Сколько граммов продукта получено?
Ответ: 17,22 г C₆H₅NO₂.

8. Углеводород состава С₉Н₈ обесцвечивает бромную воду, при окислении образует бензойную кислоту, с аммиачным раствором оксида серебра даёт осадок. Установите строение углеводорода, приведите уравнения соответствующих реакций.

9. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно получить стирол, используя только неорганические соединения.

10. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить указанные превращения. Укажите вещества X и Y и условия проведения синтезов:

11. Какие два вещества вступили в реакцию и в каких условиях, если в результате образовались следующие продукты:

12. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

При необходимости укажите условия проведения реакций.

13. Найдите в сети Интернет видеозапись реакции горения бензола, обратите внимание на характер горения вещества. На горение какого из веществ — метана, этилена или ацетилена — наиболее похоже пламя бензола? Почему? Выдвиньте гипотезу и попытайтесь её обосновать.

<<< К началу