Химические свойства ароматических углеводородов. Полиядерные ароматические соединения

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ. ПОЛИЯДЕРНЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

 

Реакции электрофильного замещения: галогенирование, нитрование, сульфирование, алкилирование, ацилирование. Механизм реакции электрофильного замещения. Понятие о p- и s-комплексах, их строение. Энергетическая диаграмма. Влияние заместителей на направление и скорость электрофильного замещения. Галогенирование и нитрование боковых цепей. Окисление бензола и его гомологов. Озонолиз. Реакции присоединения: гидрирование, галогенирование.

Нафталин: строение, ароматичность, номенклатура. Химические свойства: реакции электрофильного замещения (галогенирование, нитрование, сульфирование, ацилирование); реакции присоединения, гидрирование, галогенирования. Окисление. a- и b-Нафтолы и нафтиламины. Бифенил, трифенилметан. Понятие об устойчивых радикалах.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

В силу строения бензольного кольца для ароматических соединений ряда бензола характерны реакции электрофильного замещения.

Конкуренция между присоединением нуклеофильной частицы и отрывом протона в реакции бензониевого иона.

n реакция 1 не происходит;

n реакция 2 происходит:

В p-комплексе p-электронная система бензола выступает как донор электронов, а электрофильный агент действует как акцептор электронов. Однако образование и диссоциация p-комплекса происходят очень быстро, и образование p-комплекса в большинстве случаев не оказывает существенного влияния ни на скорость реакции, ни на природу подавляющего большинства образующихся соединений.

Бензол вступает в следующие реакции:

Нитрование.

Нитрующие агенты HNO₃, HNO₃/H₂SO₄, HNO₃ и CH₃COOH, HNO₃/(СН₃СО)₂О, NO₂BF₄ и др.

Природа нитрующих агентов:

Условия, температура, концентрация.

Галогенирование.

Одним из наиболее часто используемых катализаторов является безводный хлорид алюминия. Функция катализатора состоит в связывании с галогеном.

Сульфирование.

Для сульфирования часто применяется серная кислота, содержащая избыток SO₃.

кислотно-основное равновесие между двумя молекулами серной кислоты.

Хотя серный ангидрид не несет положительного заряда, но он обладает дефицитом электронов, и, следовательно, является кислотой.

Поскольку бензолсульфокислота - сильная кислота, то она сильно диссоциирует. Реакция сульфирования - обратимая. При взаимодействии бензолсульфокислоты с перегретым паром при 180⁰ С образуется бензол.

Алкилирование по Фриделю-Крафтсу.

Принято два возможных механизма реакции:

Во втором случае можно предполагать, что электрофилом служит алкильная группа полырного комплекса AlCl₃ с алкилгалогенидом.

Реакции окисления.

1). Бензольное кольцо в обычных условиях окисляется с трудом. При действии кислорода воздуха на бензол в присутствии V₂O₅ (пятиокись ваннадия) при температуре 400⁰С получается малеиновый ангидрид.

2). Окисление алкилпроизводных бензола идет с образованием карбоксилсодержащих бензольных производных:

3). Озонирование.

4). Каталитическое окисление О₂ в присутствии медного катализатора.

Правила ориентации в бензольном кольце

Введение заместителя в молекулу бензола требует ответа на два вопроса:

1.   Какое влияние оказывает заместитель на скорость реакции - затрудняет или ускоряет?

2.   Куда он направляет электрофильную частицу Е⁺, в какое положение?

Эти вопросы связаны с перераспределением электронной плотности в бензольном кольце (I-эффект и С-эффект).

Примеры нитрования бензола, нитробензола, толуола.

Рассмотрим два типа заместителей:

+ I-эффект s, p -гиперконъюгация сверхсопряжение + С	- I-эффект - С
Донор (увеличение электр. плотности) активизирует	Акцептор (уменьшение электр. плотности) деактивизирует

Ряд активности:

NH₂ > OH > OR > Cl > I > Br > CH₃; COOH > SO₃H > NO₂.

Ориентация:

Особенности влияния галогенов.

Галогены являются о-,п-ориентантами, но в то же время дезактивируют кольцо.

Влияние заместителей в ядре на электрофильное замещение.

орто-, пара- Ориентанты	мета-Ориентанты
Активирующие	Дезактивирующий
Дезактивирующие

Хотя заместители и подразделяются для удобства на 2 класса - о-, п- и м-ориентанты, однако практически существует очень мало реакций, в которых образовались бы только о-, п- или м-замещенные. Большинство реакций приводит к получению всех трех изомеров, а ориентирующее влияние сказывается просто в том, какой из них образуется в избытке.

В приведенной таблице показано, что большинство заместителей о-, п-направляющих больше дают продуктов пара-замещенных, чем орто, несмотря на то, что орто-положений два. Причиной тому служат стерические факторы.

Распределение изомеров при нитровании производных бензола.

R	Распределение продуктов, %
	орто	пара	мета
	58	38	4
	12	88	-
	30	70	-
	37	62	1
	38	60	2
	19	1	80
	27	<3	70
	-	11	89

Электрофильное замещение в дизамещенных бензолах

При наличии двух заместителей, действующих несогласованно, разного типа место вступления заместителя определяет активирующий (электронодонорный) заместитель.

Если оба ориентанта одного типа, то место вступления определяет более сильный, а если заместители не очень отличаются по силе, то образуются смеси продуктов.

Ориентация в дизамещенных может быть и согласованной: