1. Строение. Изомерия. Номенклатура

Простейшим ароматическим углеводородом является бензолС₆Н₆, открытый в 1825 г. английским исследователем М. Фарадеем в светильном газе, являющемся побочным продуктом коксования каменного угля. Распространенной формулой строения бензола является циклическая структура с чередующими двойными и одинарными связями между атомами углерода, предложенная в 1865 г. немецким ученым Кекуле. Однако рентгенно- и электроноструктурными, а также квантово-химическим исследованиями установлено, что в бензоле нет обычных двойных и одинарных углерод-углеродных связей. Оказалось, что молекула бензола представляет собой плоский правильный шестиугольник с одинаковой длиной связей между углеродными атомами, равной 0,139 нм, вместо 0,154 нм для простых одинарных связей в алканах и 0,133 нм для двойных связей в алкенах, валентные углы равны 120⁰.

Изомерия ароматических углеводородов начинается с двузамещенных производных бензола, которые существуют в виде трех изомеров, отличающихся различным расположением заместителей относительно друг друга. Положение заместителей указывают при помощи приставок: орто- (о-), если они находятся у соседних атомов углерода,мета- (м-)для разделенных одним атомом углерода ипара- (п-)для находящихся через два атома углерода – напротив друг друга, или обозначают цифрами.

2. Способы получения. Важными природными источниками для технического получения ароматических углеводородов являются каменный уголь и нефть. Ароматические углеводороды могут быть синтезированы из углеводородов жирного и алициклического рядов в результате процесса так называемой ароматизации нефти, или каталитического риформинга нефти. Известны следующие способы получения:

1. Каталитическая дегидроциклизация алканов, т. е. отщепление водорода с одновременным замыканием цикла (способ Б. А. Казанского и А. Ф. Платэ).

2. Каталитическая дегидроциклизация циклогексана и его производных (Н.Д. Зелинский).

3. Бензол получают:

а) полимеризацией ацетилена над активированным углем при 600 ⁰С (Н.Д. Зелинский, Б.А. Казанский, 1922);

б) сплавлением щелочных солей ароматических кислот со щелочью или натронной известью.

4. Гомологи бензола получают алкилированием бензола галогенопроизводными или олефинами (реакция Фриделя – Крафтса – Густавсона, 1977).

5. Гомологи бензола получают также:

а) восстановлением ароматических кетонов;

б) синтезом Вюрца – Фиттига (1864) из ароматического галогенопроизводного и алкилгалогенида.

6. Декарбоксилирование ненасыщенных карбоновых кислот.

3. Физические и химические свойства. Бензол и его простейшие гомологи – бесцветные жидкости со специфическим запахом, высшие гомологи – твердые тела; они легко воспламеняются и горят сильно коптящим пламенем. Ароматические углеводороды легче воды и не растворяются в ней, но в любых соотношениях смешиваются с органическими растворителями – спиртом, эфиром, ацетоном и сами являются хорошими растворителями органических веществ. При работе с ароматическими углеводородами требуется осторожность.

Ниже приведены характерные реакции замещения (1-5).

1. Галогенирование. 2. Нитрование. 3. Сульфирование. 4. Алкилирование. 5. Ацилирование. 6. Гидрирование. 7. Окисление.