Ароматические углеводороды

Ароматические углеводородыАроматические углеводороды — карбоциклические углеводороды, в молекулах которых содержится одно или несколько ароматических ядер (бензольных колец). Структурным родоначальником этих соединений служит бензол C6H6. Гомологи бензола называются аренами, их общая формула: CnH2n-6.

Строение ароматических углеводородов.

Все шесть атомов цикла находятся в 2-гибридном состоянии. Оси гибридных орбиталей лежат в плоскости цикла. Каждый атом углерода образует 2 s-связи с соседними атомами углерода и одну s-связь с атомом водорода, которые также лежат в плоскости s-скелета молекулы бензола. Валентные углы между тремя s-связями равны 120°. Каждый атом углерода имеет по одной негибридной p-орбитали, которые перекрываются над и под плоскостью цикла, образуя единое шестиэлектронное p-облако (ароматическую систему), которую обычно изображают окружностью внутри шестичленного цикла.

Шаростержневые модели молекул аренов: бензола C6H6, толуола (метилбензола) C7H8 и этилбензола C8H10

Физические свойства  ароматических углеводородов.

Первые члены гомологического ряда аренов: бензол, толуол, этилбензол, изомерные диметилбензолы (ксилолы) и другие — представляют собой бесцветные неполярные жидкости с характерным запахом, практически нерастворимые в воде, но сами являются хорошими неполярными растворителями для многих органических веществ.

Химические свойства ароматических углеводородов.

1. Важнейшим химическим свойством аренов является реакция замещения.

а) Галогенирование.

Арены реагируют с хлором и бромом в присутствии катализаторов.

С бромной водой арены не взаимодействуют.

б) Нитрование.

Арены легко нитруются нитрующей смесью (смесью концентрированных азотной и серной кислот) при нагревании.

в) Алкилирование аренов — замещение атома водорода в ядре на предельный (алкильный) радикал. Арены можно алкилировать галогеналканами (реакция Фриделя–Крафтса) или алкенами.

2. Реакции присоединения к аренам протекают с разрушением ароматической системы связей и в жестких условиях.

а) Гидрирование аренов приводит к образованию циклоалканов.

б) Присоединение хлора идет под действием жесткого ультрафиолетового излучения с образованием гексахлорциклогексана (гексахлорана).

3. Реакции в боковой цепи.

а) Атомы в боковой цепи могут замещаться на галоген при освещении или нагревании.

б) Боковые цепи гомологов бензола подвергаются окислению под действием хромовой смеси, перманганата калия и других сильных окислителей. Атом углерода, непосредственно связанный с ароматическим ядром, окисляется до карбоксильной группы.

4. Непредельные производные бензола способны вступать в реакцию полимеризации. Важнейшее промышленное значение имеет винилбензол (стирол).

Ориентация в бензольном кольце.

Заместитель, уже введенный в бензольное кольцо, вызывает перераспределение электронной плотности в молекуле, это приводит к тому, что следующий электрофильный агент замещает атом водорода в определенном положении. Так, заместители (ориентанты) первого рода направляют последующее замещение в орто- и пара-положения. К ним относятся алкильные радикалы (—CnH2n+1), гидроксильная (—OH) и аминогруппы (—NH2), галогены (—F, —Cl, —Br и —I).

Все заместители 1-го рода (кроме галогенов) нагнетают электронную плотность в ядрo и тем самым увеличивают активность бензольного кольца в реакциях электрофильного замещения.

Заместители (ориентанты) второго рода направляют последующее замещение преимущественно в мета-положение. К ним относятся следующие группы: —NO2, —CHO, —COOH.

Все заместители 2-го рода смещают электронную плотность от ядрa и тем самым уменьшают активность бензольного кольца в реакциях электрофильного замещения.

Получение ароматических углеводородов.

1. Каталитическая дегидроциклизация алканов.

2. Дегидрирование циклоалканов.

3. Тримеризация ацетилена.