5. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ (АРЕНЫ)

5. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ (АРЕНЫ)
Физические свойства
Простейшим представителем ароматических углеводородов (УВ)
является бензол, его эмпирическая формула С6Н6. Производные
бензола – толуол (метилбензол), ксилолы (1,2-диметилбензол, 1,3диметилбензол, 1,4-диметилбензол). Бензол при обычных условиях –
бесцветная жидкость, не смешивается с водой, хороший растворитель,
сильно токсичен. Толуол – бесцветная жидкость с характерным
запахом, не растворим в воде, менее токсичен, чем бензол.
Химические свойства
Ароматическая связь определяет химические свойства бензола
и других ароматических УВ. 6π-электронная система является более
устойчивой, чем обычные двухэлектронные π-связи, поэтому реакции
присоединения менее характерны для ароматических УВ, чем для
непредельных УВ. Наиболее характерными для аренов являются реакции
замещения, которые протекают при повышенной температуре, в
присутствии катализаторов (галогенирование, нитрование, сульфирование,
алкилирование). Реакции замещения протекают легче, чем для предельных
УВ. У толуола атомы водорода бензольного кольца замещаются в орто- и
пара-положениях относительно метильной группы.
Реакции присоединения протекают в жестких условиях (при
повышенных температурах, давлениях, на свету, в присутствии
катализатора). Гидрирование бензола приводит к образованию
циклогексана,
хлорирование
на
свету
–
к
образованию
гексахлорциклогексана (гексахлорана). Аналогичная реакция для толуола,
протекающая в присутствии катализатора, приводит к образованию
хлорпроизводных толуола, хлорирование на свету происходит по
метильной группе с образованием хлорметилбензола.
Реакции окисления для бензола не характерны. Бензольное кольцо
устойчиво к действию обычных окислителей (KMnO4, K2Cr2O7). Возможно
полное окисление (горение) бензола с образованием углекислого газа и
воды. И только под действием некоторых специфических окислителей
возможно окисление бензола до органических веществ (при окислении
кислородом воздуха с использованием V2O5 образуется малеиновая
кислота). В отличие от бензола его гомологи окисляются некоторыми
окислителями, при этом окислению подвергается боковая цепь, например,
в случае толуола – метильная группа. При наличии одной боковой цепи
конечным продуктом окисления является бензойная кислота C6H5–COOH.
При наличии нескольких боковых цепей каждая из них окисляется до
карбоксильной группы и в результате образуются многоосновные кислоты.
Реакции окисления служат для качественного разделения бензола и его
гомологов.
Химические свойства бензола отражены следующей схемой.
X
+ Х2 (AlX3, FeX3)
+ HX
галогенбензол
NO2
+ HONO2, t
H2SO4
нитробензол
SO3H
+ H2O
бензолсульфокислота
+ HOSO3H(конц), t
R
+ R X, AlCl3
алкилбензол
R
C
+ R CH CH2
H3PO4
CH3 алкилбензол
O
+R C
R
C
Cl, AlCl3, t
O
+ HCl
алкилфенилкетон
+ 3H2, Ni, t
циклогексан
+O2, V2O5
400°C
+3Cl2, hv
O
HC C
O + CO + H O
2
2
HC C
O
малеиновый ангидрид
Cl
Cl
Cl
гексахлорциклогексан
Cl
Cl
Cl
Способы получения бензола
1. Переработка нефти и угля.
2. Дегидрирование циклогексана.
3. Тримеризация ацетилена в присутствии катализатора
активированного угля (Н. Д. Зелинский).