7.3.3. Реакции присоединения к аренам

В реакции присоединения, приводящие к разрушению ароматической структуры бензольного кольца, арены могут вступать с большим трудом.

1. Гидрирование Присоединение водорода к бензолу и его гомологам происходит при повышенной температуре и давлении в присутствии металлических катализаторов.

Эта реакция является обратной образованию бензола при дегидрировании циклогексана (раздел 3.2).

2. Радикальное хлорирование В условиях радикальных реакций (ультрафиолетовый свет, повышенная температура) возможно присоединение галогенов к ароматическим соединениям. Практическое значение имеет радикальное хлорирование бензола для получения "гексахлорана" (средство борьбы с вредными насекомыми).

В случае гомологов бензола более легко происходит реакция радикального замещения атомов водорода в боковой цепи (раздел 7.3.2):

7.3.4. Реакции окисления аренов

Бензол не окисляется даже под действием сильных окислителей (KMnO₄, K₂Cr₂O₇ и т.п.). Поэтому он часто используется как инертный растворитель при проведении реакций окисления других органических соединений.

В отличие от бензола его гомологи окисляются довольно легко.

1. При действии раствора KMnO₄ и нагревании в гомологах бензола окислению подвергаются только боковые цепи:

Окисление других гомологов (этилбензол, пропилбензол и т.д.) также приводит к образованию бензойной кислоты. Разрыв связи при этом происходит между двумя ближайшими к кольцу атомами углерода в боковой цепи.

Алкильные группы в алкилбензолах окисляются легче, чем алканы. Это объясняется влиянием бензольного кольца на атомы в боковой цепи.

2. Бензол и его гомологи на воздухе горят коптящим пламенем, что обусловлено высоким содержанием углерода в их молекулах:

Бензол и его летучие гомологи образуют с воздухом и кислородом взрывоопасные смеси.

7.4. Получение ароматических углеводородов

Основными природными источниками ароматических углеводородов являются каменный уголь и нефть.

1. При коксовании каменного угля образуется каменноугольная смола, из которой выделяют бензол, толуол, ксилолы, нафталин и многие другие органические соединения.

2. Ароматизация нефти:

а) дегидроциклизация (дегидрирование и циклизация) алканов в присутствии катализатора

б) дегидрирование циклоалканов

3. Алкилирование бензола галогеналканами или алкенами в присутствии безводного хлорида алюминия:

При дегидрировании этилбензола образуется производное бензола с непредельной боковой цепью – винилбензол (стирол) C₆H₅CН=СН₂ (исходное вещество для получения ценного полимера полистирола).

4. Тримеризация алкинов над активированным углем (реакция Зелинского):

Реакции получения аренов указывают на взаимосвязь между различными группами углеводородов и на возможность их превращения друг в друга.

7.5. Применение ароматических углеводородов

Бензол С₆Н₆ используется как исходный продукт для получения различных ароматических соединений – нитробензола, хлорбензола, анилина, фенола, стирола и т.д., применяемых в производстве лекарств, пластмасс, красителей, ядохимикатов и многих других органических веществ.

Толуол С₆Н₅СН₃ применяется в производстве красителей, лекарственных и взрывчатых веществ (тротил, тол).

Ксилолы С₆Н₄(СН₃)₂ в виде смеси трех изомеров (орто-, мета- и пара-ксилолов) – технический ксилол – применяется как растворитель и исходный продукт для синтеза многих органических соединений.

Изопропилбензол (кумол) С₆Н₄СН(СН₃)₂ – исходное вещество для получения фенола и ацетона.

Винилбензол (стирол) C₆H₅CН=СН₂ используется для получения ценного полимерного материала полистирола.

7.6. Контрольные вопросы

1. Какие из приведенных на рисунке структур соответствуют бензолу?

Ответ 1: а, б Ответ 2: г Ответ 3: а, в Ответ 4: а, г

2. Какой тип гибридизации характерен для атомов углерода в молекуле бензола? Ответ 1: sp³ Ответ 2: sp Ответ 3: sp³d Ответ 4: sp²

3. Какие арены изомерны друг другу:

а) орто-ксилол;   б) этилбензол;   в) метилбензол; г) 1-метил-3-этилбензол; д) мета-ксилол; е) изопропилбензол ? Ответ 1: а, б, д Ответ 2: а, г, е Ответ 3: б, в, г Ответ 4: а, в, е

4. В цепи превращений веществом Z является . . .

Ответ 1: полипропилен Ответ 2: полистирол Ответ 3: поливинилхлорид Ответ 4: натуральный каучук

5. При взаимодействии толуола (1 моль) с бромом (1 моль) образуются:

а) орто-бромтолуол;   б) мета-бромтолуол;

в) пара-бромтолуол;   г) 2,3,5-трибромтолуол;

Ответ 1: а, б Ответ 2: а, в Ответ 3: г Ответ 4: б

6. Какое вещество из образующихся в приведенной схеме превращений (X, Y или Z) используется как средство борьбы с вредными насекомыми?

Назовите это соединение.

Ответ 1: X – уксусная кислота Ответ 2: Y – бензол Ответ 3: Z – гексахлорциклогексан Ответ 4: Z – гексахлорбензол

7. Укажите, какие реагенты необходимы для осуществления следующих превращений :

Ответ 1: 1 – H₂SO₄ (конц.);      2 – CH₃Cl, AlCl₃;        3 – KOH, спирт. Ответ 2: 1 – Pt, t;                     2 – CH₃Cl, AlCl₃;        3 – KMnO₄ (H⁺). Ответ 3: 1 – Pt, t;                     2 – CH₂=CH₂, AlCl₃;   3 – KMnO₄ (H⁺). Ответ 4: 1 – H₂, Pt;                   2 – CH₃Cl, H₂SO₄;      3 – KMnO₄ (H⁺).

8. Массовая доля выхода бензола при тримеризации ацетилена составляет 42%. Чему равна масса ацетилена, необходимого для получения бензола количеством вещества 1 моль? Ответ 1: 120,3 г Ответ 2: 202,4 г Ответ 3: 185,7 г Ответ 4: 360,5 г

Правила игры

Соберите картинку и определите, какая модель на ней изображена (шарики серого цвета соответствуют атомам С, голубого - атомам Н).

(Картинка не скопировалась) Игровое поле состоит из 16 ячеек, из них 15 заняты фрагментами картинки, расположенными в беспорядке, и 1 ячейка свободна. Нужно расположить фрагменты картинки в правильном порядке путем их перемещения, щелкая кнопкой мыши на соседних со свободной ячейкой фрагментах.          * Закройте это окно *

Ответ 1 : модель бутадиена-1,3 Ответ 2 : модель н-бутана Ответ 3 : модель изобутана Ответ 4 : модель изопрена Ответ 5 : модель пропана