6. Ароматические углеводороды

Арены, или ароматические углеводороды, – циклические соединения, молекулы которых содержат устойчивые циклические группы атомов с замкнутой системой сопряженных связей, объединяемые понятием ароматичности, которая обуславливает общие признаки в строении и химических свойствах.

Все связи С—С в бензоле равноценны, их длина равна 0,140 нм. Это означает, что в молекуле бензола между углеродными атомами нет чисто простых и двойных связей (как в формуле, предложенной в 1865 г. немецким химиком Ф. Кекуле), а все они выровнены (дел окал изованы).

формула Кекуле

Гомологи бензола – соединения, образованные заменой одного или нескольких атомов водорода в молекуле бензола на углеводородные радикалы (R): С₆Н₅—R, R—С₆Н₄—R. Общая формула гомологического ряда бензола С_nН_2n_₆ (n > 6). Для названия ароматических углеводородов широко используются тривиальные названия (толуол, ксилол, кумол и т. п.). Систематические названия строят из названия углеводородного радикала (приставка) и слова «бензол» (корень): С₆Н₅—CH₃ (метилбензол), С₆Н₅—С₂Н₅ (этилбензол). Если радикалов два или более, их положение указывается номерами атомов углерода в кольце, с которыми они связаны. Для дизамещен-ных бензолов R—С₆Н₄—R используется также и другой способ построения названий, при котором положение заместителей указывают перед тривиальным названием соединения приставками: орто– (o-) – заместители соседних атомов углерода кольца (1,2-); мета– (м-) – заместители через один атом углерода (1,3-); пара– (п-) – заместители на противоположных сторонах кольца (1,4-).

Виды изомерии (структурная): 1) положения заместителей для ди-, три– и тетра-замещенных бензолов (например, о-, м- и п-ксилолы); 2) углеродного скелета в боковой цепи, содержащей не менее 3 атомов углерода; 3) заместителей (R), начиная с R=С₂Н₅.

Способы получения ароматических углеводородов

1. С₆Н₁₂ ?Pt, 300 °C? С₆Н₆ + ЗН₂ (дегидрирование циклоалканов)

2. н-С₆Н₁₄ ?Cr₂O₃, 300 °C? С₆Н₆ + 4Н₂ (дегидроциклизация алканов)

3. ЗС₂Н₂ ?С, 600 °C? С₆Н₆ (циклотримеризация ацетилена, реакция Зелинского)

Химические свойства ароматических углеводородов

По химическим свойствам арены отличаются от предельных и непредельных углеводородов. Для аренов наиболее характерны реакции, идущие с сохранением ароматической системы, а именно реакции замещения атомов водорода, связанных с циклом. Другие реакции (присоединение, окисление), в которых участвуют делокали-зованные С-С связи бензольного кольца и нарушается его ароматичность, идут с трудом.

1. C₆H₆ + Cl₂ ?AlCl₃? C₆H₅Cl + HCl (галогенирование)

2. C₆H₆ + HNO₃ ?H₂SO₄? C₆H₅—NO₂ + H₂O (нитрование)

3. С₆Н₆ ?H₂SO₄? С₆Н₅—SO₃H + H₂O (сульфирование)

4. С₆Н₆ + RCl ?AlCl₃? С₆Н₅—R + HCl (алкилирование)

5. (ацилирование)

6. С₆Н₆ + ЗН₂ ?t, Ni? С₆Н₁₂ циклогексан (присоединение водорода)

7. (1,2,3,4,5,6-гексахлороциклогексан, присоединение хлора)

8. С₆Н₅—CH₃ + [О] ? С₆Н₅—COOH кипячение с раствором КMnO₄ (окисление алкилбензолов)