Бензол. Химични свойства

Сред различните реакции, в които ароматните съединения влизат с участието на бензеновия пръстен, реакциите на заместване, обсъдени по-горе, привличат вниманието. Това се случва, защото те протичат против очакванията. Със степента на ненаситеност, която е присъща, например, на бензена, реакциите на добавяне трябва да са по-характерни за този въглеводород. При определени условия това се случва; бензенът и другите арени добавят водородни атоми, халогени, озон и други реагенти, способни на добавяне.

11.5.5. Хидрогениране.В присъствието на катализатори за хидрогениране (платина, паладий, никел) бензенът и неговите хомолози присъединяват водород и се превръщат в съответните циклохексани. Така бензенът се хидрогенира над никелов катализатор при 100-200 0 C и 105 atm:

Хидрогенирането на арените има две характеристики в сравнение с алкените. първо, арените са значително по-ниски от алкените по реактивност. За сравнение с условията за хидрогениране на бензен, ние посочваме, че циклохексенът се хидрогенира в циклохексан вече при 25 0 С и налягане от 1,4 atm. Второ, бензенът или не се добавя, или свързва три водородни молекули наведнъж. Не е възможно да се получат частично хидрогенирани продукти като циклохексен или циклохексадиен чрез хидрогениране на бензен.

Тези характеристики по време на хидрогениране, специален случай на присъединителни реакции към бензеновия пръстен, се дължат на структурата на бензена. Когато се превърне в циклохексан, бензенът престава да бъде ароматна система. Циклохексанът съдържа 150,73 kJ повече енергия (резонансна енергия) и е по-малко стабилен от бензена. Ясно е, че бензенът не е склонен да премине в това термодинамично по-малко стабилно състояние. Това обяснява по-ниската реактивност на бензена по отношение на водорода в сравнение с алкените. Присъединяването към ароматната система е възможно само с участието Р-електрони на единичен електронен облак на бензеновия пръстен. След като процесът на добавяне започне, системата престава да бъде ароматна и резултатът е богата на енергия и силно реактивна частица, която е много по-склонна да се подложи на добавяне от родителския арен.

11.5.6. Халогениране.Резултатът от взаимодействието на халоген с бензен зависи от условията на експеримента. Каталитичното халогениране води до образуването на заместващи продукти. Оказа се, че ултравиолетовата светлина инициира добавянето на халогенни атоми към бензеновия пръстен на арените. Самият бензен на светлина добавя 6 хлорни атома и се превръща в хезахлороциклохексан, който е смес от 9 пространствени изомера

Един от тези изомери, в който 3 хлора заемат аксиални връзки, а други 3 - екваториални връзки (γ-изомер, хексахлоран), се оказа ефективен инсектицид, средство за борба с вредните насекоми. Оказа се, че хексахлоранът е твърде стабилен в биосферата и способен да се натрупва в мастната тъкан на топлокръвни животни и затова в момента не се използва.

По отношение на неговата реактивност към халогени в реакции на присъединяване, бензенът е значително по-нисък от алкените. Например хлорът и бромът в тетрахлорида на въглерода, дори на тъмно при стайна температура, се добавят към циклохексена. При тези условия бензенът не реагира. Това се случва само под ултравиолетова светлина.

11.5.7. Озониране.Озонирането е друг пример, показващ, че бензенът, като ненаситено съединение, може да претърпи реакция на добавяне. Озонирането на бензен и изследването на продуктите от хидролизата на триозонидите са извършени през 1904 г. ( Хари)

Интересни резултати са получени с озониране О-ксилен (1941 г., Вибо). Факт е, че съставът на продуктите за озониране зависи от позицията на двойните връзки в бензеновия пръстен. Структура 1 с двойни връзки между въглеродни атоми на бензеновия пръстен, носещ метилови заместители, при озониране и хидролиза на озонида ще даде 2 молекули метилглиоксал и една молекула глиоксал

Алтернативна структура IIЗа О-ксиленът би образувал 2 молекули глиоксал и молекула диацетил

Цикличната структура на бензена е предложена за първи път от F.A. Кекуле през 1865г

Фридрих Август Кекуле фон Страдониц - изключителен немски химик от 19 век. През 1854 г. той открива първото органично съединение, съдържащо сяра - тиооцетна киселина (тиоетанова киселина). Освен това той установява структурата на диазо съединенията. Най-известният му принос в развитието на химията обаче е установяването на структурата на бензена (1866 г.). Кекуле показа, че двойните връзки на бензена се редуват около пръстена (тази идея му хрумна за първи път в съня). По-късно той показа, че двете възможни двойни връзки са идентични и че бензеновият пръстен е хибрид между тези две структури. По този начин той очаква идеята за резонанс (мезомеризъм), която се появява в теорията за химическото свързване в началото на 30-те години.

Ако бензенът наистина има такава структура, тогава неговите 1,2-дизаместени производни трябва да имат два изомера. Например,

Въпреки това нито един от 1,2-дизаместените бензени не може да бъде изолиран в два изомера.

Следователно Кекуле впоследствие предполага, че молекулата на бензена съществува като две структури, които бързо се трансформират една в друга:

Имайте предвид, че такива схематични изображения на бензенови молекули и техните производни обикновено не показват водородните атоми, свързани с въглеродните атоми на бензеновия пръстен.

В съвременната химия молекулата на бензена се разглежда като резонансен хибрид на тези две ограничаващи резонансни форми (вижте раздел 2.1). Друго описание на молекулата на бензена се основава на разглеждане на нейните молекулни орбитали. В Сект. 3.1 беше посочено, че -електроните, разположени в -свързващи орбитали, са делокализирани между всички въглеродни атоми на бензеновия пръстен и образуват -електронен облак. В съответствие с това представяне молекулата на бензена може условно да бъде изобразена, както следва:

Експерименталните данни потвърждават наличието на точно такава структура в бензена. Ако бензенът има структурата, която Кекуле първоначално предлага, с три спрегнати двойни връзки, тогава бензенът трябва да претърпи реакции на добавяне като алкени. Въпреки това, както бе споменато по-горе, бензенът не претърпява реакции на присъединяване. Освен това бензенът е по-стабилен, отколкото ако има три изолирани двойни връзки. В Сект. 5.3 беше посочено, че енталпията на хидрогениране на бензен до образуване на циклохексан има по-голяма отрицателна

Таблица 18.3. Дължина на различни въглерод-въглеродни връзки

Ориз. 18.6. Геометрична структура на молекулата на бензена.

стойност от утроената енталпия на хидрогениране на циклохексен. Разликата между тези количества обикновено се нарича енталпия на делокализация, резонансна енергия или стабилизираща енергия на бензола.

Всички въглерод-въглеродни връзки в бензеновия пръстен имат еднаква дължина, която е по-къса от дължината на C-C връзките в алканите, но по-дълга от дължината на C=C връзките в алкените (Таблица 18.3). Това потвърждава, че въглерод-въглеродните връзки в бензена са хибрид между единични и двойни връзки.

Молекулата на бензена има плоска структура, която е показана на фиг. 18.6.

Физични свойства

Бензолът при нормални условия е безцветна течност, която замръзва при 5,5 °C и кипи при 80 °C. Има характерна приятна миризма, но, както бе споменато по-горе, е силно токсичен. Бензенът не се смесва с вода и в бензеновата система водата образува горния от двата слоя. Въпреки това, той е разтворим в неполярни органични разтворители и сам по себе си е добър разтворител за други органични съединения.

Химични свойства

Въпреки че бензенът претърпява определени реакции на присъединяване (вижте по-долу), той не проявява реактивоспособността, типична за алкените. Например, не обезцветява бромната вода или разтвора на йони. Освен това бензолът не е такъв

влиза в присъединителни реакции със силни киселини, като солна или сярна киселина.

В същото време бензенът участва в редица реакции на електрофилно заместване. Продуктите от този тип реакция са ароматни съединения, тъй като при тези реакции се запазва делокализираната -електронна система на бензена. Общият механизъм за заместване на водороден атом на бензеновия пръстен с електрофил е описан в раздел. 17.3. Примери за електрофилно заместване на бензен са неговото нитриране, халогениране, сулфониране и реакции на Фридел-Крафтс.

Нитриране. Бензолът може да бъде нитриран (към него се добавя група) чрез третиране със смес от концентрирани азотна и сярна киселини:

Нитробензен

Условията за тази реакция и нейният механизъм са описани в раздел. 17.3.

Нитробензенът е бледожълта течност с характерна миризма на бадем. При нитриране на бензен освен нитробензен се образуват и кристали на 1,3-динитробензен, който е продукт на следната реакция:

Халогениране. Ако смесите бензен с хлор или бром на тъмно, няма да настъпи реакция. Въпреки това, в присъствието на катализатори, притежаващи свойствата на киселините на Люис, в такива смеси възникват реакции на електрофилно заместване. Типичните катализатори за тези реакции са железен (III) бромид и алуминиев хлорид. Действието на тези катализатори е, че те създават поляризация в халогенните молекули, които след това образуват комплекс с катализатора:

въпреки че няма преки доказателства, че в този случай се образуват свободни йони. Механизмът на бензен бромиране с използване на железен (III) бромид като йонен носител може да бъде представен по следния начин:

Сулфониране. Бензолът може да бъде сулфониран (заместване на водороден атом със сулфогрупа) чрез кипене на сместа му с концентрирана сярна киселина в продължение на няколко часа. Вместо това бензенът може да бъде внимателно нагрят в смес с димяща сярна киселина. Димящата сярна киселина съдържа серен триоксид. Механизмът на тази реакция може да бъде представен чрез диаграмата

Реакции на Фридел-Крафтс. Реакциите на Friedel-Crafts първоначално са били наричани реакции на кондензация между ароматни съединения и алкил халиди в присъствието на безводен катализатор алуминиев хлорид.

При реакциите на кондензация две молекули реагенти (или един реагент) се комбинират помежду си, образувайки молекула на ново съединение, докато молекула на някакво просто съединение, като вода или хлороводород, се отделя (елиминира) от тях.

Понастоящем реакцията на Friedel-Crafts се нарича всяко електрофилно заместване на ароматно съединение, в което ролята на електрофил се играе от карбокатион или силно поляризиран комплекс с положително зареден въглероден атом. Електрофилният агент, като правило, е алкил халид или хлорид на някаква карбоксилна киселина, въпреки че може също да бъде, например, алкен или алкохол. Безводният алуминиев хлорид обикновено се използва като катализатор за тези реакции. Реакциите на Friedel-Crafts обикновено се разделят на два вида: алкилиране и ацилиране.

Алкилиране. При този тип реакция на Фридел-Крафтс един или повече водородни атоми на бензеновия пръстен се заместват с алкилови групи. Например, когато смес от бензен и хлорометан се нагрява леко в присъствието на безводен алуминиев хлорид, се образува метилбензен. Хлорометанът играе ролята на електрофилен агент в тази реакция. Поляризира се от алуминиев хлорид по същия начин като халогенните молекули:

Механизмът на разглежданата реакция може да бъде представен по следния начин:

Трябва да се отбележи, че при тази реакция на кондензация между бензен и хлорометан се елиминира молекула хлороводород. Имайте предвид също, че реалното съществуване на металния карбокатион под формата на свободен йон е съмнително.

Алкилирането на бензен с хлорометан в присъствието на катализатор - безводен алуминиев хлорид не води до образуване на метилбензен. В тази реакция настъпва допълнително алкилиране на бензеновия пръстен, което води до образуването на 1,2-диметилбензен:

Ацилиране. При този тип реакция на Фридел-Крафтс водороден атом на бензеновия пръстен се заменя с ацилова група, което води до образуването на ароматен кетон.

Ацилната група има обща формула

Систематичното наименование на ацилното съединение се образува чрез замяна на наставката и окончанието -ova в името на съответната карбоксилна киселина, на която това ацилно съединение е производно, с наставката -(o) yl. Например

Ацилирането на бензен се извършва с помощта на хлорид или анхидрид на всяка карбоксилна киселина в присъствието на катализатор, безводен алуминиев хлорид. Например

Тази реакция е кондензация, при която се елиминира молекула хлороводород. Имайте предвид също, че името "фенил" често се използва за означаване на бензеновия пръстен в съединения, където бензенът не е основната група:

Реакции на присъединяване. Въпреки че бензенът се характеризира най-вече с реакции на електрофилно заместване, той също претърпява някои реакции на добавяне. Вече се запознахме с един от тях. Говорим за хидрогениране на бензен (виж раздел 5.3). Когато смес от бензен и водород премине през повърхността на фино смлян никелов катализатор при температура 150-160 °C, протича цяла последователност от реакции, които завършват с образуването на циклохексан. Общото стехиометрично уравнение за тази реакция може да бъде представено по следния начин:

Когато е изложен на ултравиолетова радиация или пряка слънчева светлина, бензенът реагира и с хлора. Тази реакция протича чрез сложен радикален механизъм. Крайният му продукт е 1,2,3,4,5,6-хексахлороциклохексан:

Подобна реакция възниква между бензен и бром под въздействието на ултравиолетова радиация или слънчева светлина.

Окисляване. Бензолът и бензеновият пръстен в други ароматни съединения са, най-общо казано, устойчиви на окисление дори от такива силни окислители като киселинен или алкален разтвор на калиев перманганат. Бензенът и други ароматни съединения обаче изгарят във въздух или кислород, за да произведат много опушен пламък, който е типичен за въглеводородите с високо относително съдържание на въглерод.

Бензеновият пръстен е доста стабилен. Той е по-склонен към реакции на заместване на водородни атоми на бензеновия пръстен, отколкото към реакции на добавяне в мястото на разцепване на двойната връзка. В този израз неговият "ароматен характер".

Реакции на заместване

Най-типичните реакции са електрофилно заместване: нитриране, сулфониране, алкилиране (ацилиране), халогениране (халогенирането на бензенови хомолози може да се осъществи и по радикален механизъм).

1. Нитриране- заместването на водорода на бензеновия пръстен с нитро група се извършва с така наречената нитрираща смес - смес от концентрирани азотна и сярна киселини. Активният агент е нитрониевият катион N0 2 +:

HO - N0 2 + 2H 2 S0 4 → N0 2 + + 2HS0 4 - + H 3 0

Нитрониев катион хидрониев катион

Механизмът на нитриране (както и всички реакции на заместване) е следният:

Наличието на вода в реакционната смес пречи на протичането на реакцията, т.к водата участва в процеса, обратен на образуването на нитрониев катион. Следователно, за свързване на водата, освободена в реакцията, се взема излишък от концентрирана сярна киселина.

Правила за заместване на водороди в бензеновия пръстен.Ако има някакъв водороден заместител в бензеновия пръстен, тогава в реакциите на електрофилно заместване той играе ролята на ориентатор - реакцията протича предимно в орто- и пара-позиции спрямо заместителя (ориентант от първи ред) или мета-позиции (ориентант от втори род) .

Заместители от първи виднасочват атакуващия електрофил към орто- и пара-позиции спрямо себе си. Представяме ги в низходящ ред на ориентиращата сила (електродонорен ефект):

Заместителите от тип II насочват атакуващия електрофил към мета позиции спрямо себе си. Представяме ги и в низходящ ред на ориентираща сила:

Например -OH - група - ориентант от първи вид:

59. Напишете уравнението и механизма на реакциите на нитриране на следните съединения: а) бензен; б) толуен; в) хлоробензен; г) нитробензен; д) сулфобензен; е) фенил цианид; g) метоксибензен; з) аминобензен.

Заместителите от първия вид са електронодонорни, те увеличават плътността на електронния облак на бензеновия пръстен, особено в орто- и пара-позиции и по този начин (улесняват) активирането на бензеновия пръстен да атакува електрофила. Въпреки това, σ-комплексът (III) се стабилизира не чрез добавяне на анион, а чрез елиминиране на водороден катион (енергията, освободена по време на образуването на единичен π-електронен облак на бензеновия пръстен, е 36,6 kcal/mol ):

Заместителите от втория вид са изтеглящи електрони; те изглежда привличат част от електронния облак към себе си, като по този начин намаляват плътността на електронния облак на бензеновия пръстен, особено в орто- и пара-позициите спрямо себе си. Заместителите от втория тип обикновено възпрепятстват реакциите на електрофилно заместване. Но в мета позиции по отношение на втория тип заместител, плътността на облака е малко по-висока, отколкото в други. Следователно, реакциите на електрофилно заместване в случай на заместители от втори вид преминават към мета позиции:

Правилата, описани по-горе, не са закони. Почти винаги говорим само за основната посока на реакцията. Например, нитрирането на толуен произвежда 62% орто-, 33,5% пара- и 4,5% мета-нитротолуени.

Условията на реакцията (температура, наличие на катализатори и т.н.) имат доста силно влияние върху посоката на реакциите.

При наличието на два ориентанта в бензеновия пръстен е възможна координирана и непоследователна ориентация на тези два заместителя. В случай на непоследователна ориентация на заместители от един и същи вид, посоката на реакцията се определя от по-силния (виж редовете от заместители от първи и втори вид):

В случай на непоследователна ориентация на заместители от различни типове, посоката на реакцията се определя от заместителя от първия вид, тъй като той активира бензеновия пръстен до електрофилна атака, например,

60. Съгласно правилата за заместване, напишете нитрирането на следните двузаместени бензени: а) m-нитротолуен; б) р-нитротолуен; в) о-хидрокситолуен; г) р-хлоротолуен; e) m-нитробензоена киселина; f) р-оксихлоробензен; g) m-хлоротолуен; з) р-метокситолуен.

2. Реакция на сулфонираневъзниква при нагряване на арен с концентрирана сярна киселина или олеум. Атакуващият агент е молекулата SO 3, която играе ролята на електрофил:

Първият етап на сулфониране е бавен, реакцията обикновено е обратима:

Сулфоновите киселини са сравними по сила с минералните киселини, поради което във водни разтвори те са в йонизирано състояние (III).

61. Дайте уравнения и механизми за реакциите на сулфониране на следните вещества, като следвате правилата за заместване:

а) толуен; б) о-ксилен; в) нитробензен; г) о-нитротолуен; д) р-хлоронитробензен; f) м-нитротолуен; ж) р-аминотолуен; з) о метокситолуен.

3. Реакция на халогениранеарени на студено в присъствието на катализатори като AlCl 3, AlBr 3, FeCl 3 - типична електрофилна реакция, тъй като катализаторите допринасят за поляризирането на връзката в халогенната молекула (до нейното разкъсване):

Безводният железен хлорид действа по същия начин:

При условия на радикална реакция (светлина, топлина) халогените (хлор, бром) заместват водородите на страничните вериги (подобно на халогенирането на алкани):

При по-тежки условия се получава радикално добавяне на халогени към ароматния пръстен.

62 . Напишете уравненията и механизмите на реакцията и назовете продуктите:

а) толуен + хлор (при ярка светлина и нагряване);

б) толуен + хлор (на студено в присъствието на катализатор);

в) нитробензен + хлор (на студено в присъствието на катализатор);

г) р-нитротолуен + хлор (при ярка светлина и нагряване);

д) р-нитротолуен + хлор (на студено в присъствието на катализатор):

д) етилбензен + хлор (при ярка светлина и нагряване);

ж) етилбензен + хлор (на студено в присъствието на катализатор);

з) р-хидрокситолуен + хлор (на студено в присъствието на катализатор);

i) m-нитротолуен + хлор (на студено в присъствието на катализатор);
й) m-ксилен + хлор (на студено в присъствието на катализатор).

4. Алкилиране на арени.В присъствието на безводен AlCl3 (AlBr3), халоалканите алкилират бензен, дори по-лесно от неговите хомолози, както и техните халогенни производни (реакции на Густавсон-Фридел-Крафтс). Катализаторът, образуващ комплекса A1Cl 3, поляризира C-Gal връзката, докато тя се скъса, и следователно атакуващият електрофилен агент:

Алкилирането с алкени в присъствието на A1Cl 3, BF 3 или H 3 PO 4 води до подобни резултати (механизмът също е електрофилен):

Алкилирането с халоалкани и алкени като електрофилни реакции протича в съответствие с правилата за заместване на водороди в бензеновия пръстен. Процесът обаче се усложнява от по-нататъшно алкилиране на реакционните продукти и други нежелани явления. За да се сведе до минимум последното, реакцията се провежда при възможно най-ниската температура, оптималното количество катализатор и голям излишък на арен.

63. Дайте уравненията и механизма на реакцията при условията на Густавсон-Фридел-Крафтс между следните вещества:

а) бензен + 2-хлоропропан; b) бензен + 2-хлоро-2-мегилпропан; в) бензен + бензилхлорид; г) бромобензен + бромоетан; д) толуен + бутил хлорид; f) толуен + бромоетан; i) р-бромотолуен + изопропил бромид; h) m-бромотолуен + бромоетан; i) р-бромотолуен + изопропил бромид; й) хлоробензен + бензилхлорид.

64. Напишете уравненията на реакцията за алкилиране на арени с алкени в присъствието на фосфорна киселина, дайте механизма:

а) бензен + етилен; б) бензен + пропилен; в) толуен + етилен; г) толуен + пропилей; д) бензен + изобутилен; е) толуен + изобутилен; g) т-ксилен + етилен; з) р-ксилен + етилен.

5. Реакция на окисление (определяне на броя на страничните вериги).Ароматното ядро е много устойчиво на окислители. По този начин бензенът и неговите хомолози не реагират с калиев перманганат като алкани. Това също изразява техния „ароматен характер“. Но когато бензеновите хомолози се нагряват с окислители при тежки условия, бензеновият пръстен не се окислява и всички странични въглеводородни вериги, независимо от тяхната дължина, се окисляват до карбоксилни групи; продуктите на окисление са ароматни киселини. Броят на страничните вериги в оригиналния бензенов хомолог 1 се определя от броя на карбоксилните групи в последния.

65 . Напишете уравненията на реакциите на окисление на следните вещества: а) етилбензен; б) о-диметилбензен; в) пропилбензен; г) обикновен триметилбензен; д) р-метилизопропилбензен; f) о-нитротолуен; g) 3-нитро-1-метил-4-етилбензен; з) симетричен триметилбензен.

6. Реакции на присъединяване.Въпреки че ароматният пръстен е по-малко склонен към реакции на добавяне, отколкото към реакции на заместване, те се случват при определени условия. Характеристика на реакциите на присъединяване е, че три мола халоген, водород, озон винаги се добавят към един мол бензен (или негов хомолог), което се обяснява с наличието на единичен π-електронен облак в ароматното ядро с определен единичен , обща енергия на три двойни връзки (или по-скоро шест π електрона).

а) Хидрогенирането протича в присъствието на катализатори (Pt, Pd и др.) при 110°C (N.D. Zelinsky и др.).

б)Халогенирането възниква, когато бромни или хлорни пари преминават през кипящ бензен под въздействието на пряка слънчева светлина или при осветяване с UV лъчи (кварцова лампа):

V)Озониране. Подобно на алкените, ароматните въглеводороди лесно се подлагат на озонолиза.

66. Напишете уравнения за реакции на присъединяване (хидрогениране, халогениране при UV облъчване, озониране) със следните арени: а) толуен; б) о-ксилен; в) т-ксилен; г) р-ксилен; д) етилбензен; f) о-етилтолуен; g) m-етилтолуен; з) р-изопропилтолуен. Назовете получените продукти.

с какво реагира бензенът и техните уравнения на реакцията

Най-характерните реакции за тях са заместването на водородните атоми на бензеновия пръстен. Те протичат по-лесно, отколкото с наситени въглеводороди. По този начин се получават много органични съединения. Така, когато бензенът реагира с бром (в присъствието на катализатор FeBr2), водородният атом се заменя с бромен атом:
С друг катализатор всички водородни атоми в бензена могат да бъдат заменени с халоген. Това се случва например, когато хлорът се прехвърли в бензен в присъствието на алуминиев хлорид:
Хексахлоробензенът е безцветно кристално вещество, използвано за третиране на семена и консервиране на дървесина.
Ако бензенът се третира със смес от концентрирани азотна и сярна киселини (нитруваща смес), тогава водородният атом се заменя с нитро групата NO2:
В бензеновата молекула водородният атом може да бъде заменен с алкилов радикал чрез действието на халогенирани въглеводороди в присъствието на алуминиев хлорид:

Реакциите на присъединяване към бензен протичат много трудно. За тяхното възникване са необходими специални условия: повишена температура и налягане, избор на катализатор, светлинно облъчване и др. Така, в присъствието на катализатор - никел или платина - бензенът се хидрогенира, т.е. добавя водород, образувайки циклохексан:
При ултравиолетово облъчване бензенът добавя хлор:
Хексахлорциклохексанът или хексахлоранът е кристално вещество, използвано като мощен убиец на насекоми.

Бензолът не добавя халогеноводороди и вода. Той е много устойчив на окислители. За разлика от ненаситените въглеводороди, той не обезцветява бромната вода и разтвора KMnO4. При нормални условия бензеновият пръстен не се разрушава от действието на много други окислители. Въпреки това, хомолозите на бензена се подлагат на окисляване по-лесно от наситените въглеводороди. В този случай само радикалите, свързани с бензеновия пръстен, се подлагат на окисление:
Така ароматните въглеводороди могат да влизат както в реакции на заместване, така и в реакции на добавяне, но условията за тези трансформации се различават значително от подобни трансформации на наситени и ненаситени въглеводороди.
Касова бележка. Бензолът и неговите хомолози се получават в големи количества от нефт и каменовъглен катран, образуван при сухата дестилация на въглища (коксуване). Сухата дестилация се извършва в коксови и газови заводи.
Реакцията на превръщане на циклохексан в бензен (дехидрогениране или дехидрогениране) възниква, когато се прекара върху катализатор (платинено черно) при 300C. Наситените въглеводороди могат също да бъдат превърнати в ароматни въглеводороди чрез реакции на дехидрогениране. Например:
Реакциите на дехидрогениране правят възможно използването на петролни въглеводороди за получаване на въглеводороди от бензеновата серия. Те показват връзката между различните групи въглеводороди и взаимното им превръщане един в друг.
Според метода на N.D. Zelinsky и B.A. Kazansky, бензенът може да бъде получен чрез преминаване на ацетилен през тръба с активен въглен, нагрят до 600 ° C. Целият процес на полимеризация на три ацетиленови молекули може да бъде представен чрез диаграма
1) реакция на заместване
а) в присъствието на катализатор - железни (III) соли - бензенът претърпява реакция на заместване:
C6H6+Br2=C6H5Br+Rick
бензенът реагира по подобен начин с хлора
б) реакциите на заместване също включват взаимодействието на бензен с азотна киселина:
C6H6+HONO2=C6H5NO2+H2O
2)РЕАКЦИЯ НА ДОБАВЯНЕ
А) когато е изложен на слънчева светлина или ултравиолетови лъчи, бензенът претърпява присъединителна реакция. Например, бензенът добавя хром на светлина и образува хексахлорциклохексан:
C6H6+3Cl2=C6H6Cl6
б) бензенът може също да бъде хидрогениран:
C6HC+3H2=C6H12
3) РЕАКЦИИ НА ОКИСЛЕНИЕ
а) под действието на енергийни окислители (KMnO4) върху бензенови хомолози се окисляват само страничните вериги.
C6H5-CH3+3O=C7H6O2+H2O
б) бензенът и неговите хомолози горят с пламък във въздуха:
2C6H6+15O2=12CO2+6H2O

Химичните свойства на бензена и другите ароматни въглеводороди се различават от наситените и ненаситените въглеводороди. Най-характерните реакции за тях са заместването на водородните атоми на бензеновия пръстен. Те протичат по-лесно, отколкото с наситени въглеводороди. По този начин се получават много органични съединения. Така, когато бензенът реагира с бром (в присъствието на катализатор FeBr 2), водородният атом се заменя с бромен атом:

С друг катализатор всички водородни атоми в бензена могат да бъдат заменени с халоген. Това се случва например, когато хлорът се прехвърли в бензен в присъствието на алуминиев хлорид:

Ако бензенът се третира със смес от концентрирана азотна и сярна киселини (нитруваща смес), тогава водородният атом се заменя с нитро група - NO 2:

Това е реакцията на нитриране на бензена. Нитробензенът е бледожълта маслена течност с мирис на горчиви бадеми, неразтворима във вода, използвана като разтворител, а също и за производството на анилин.

В бензеновата молекула водородният атом може да бъде заменен с алкилов радикал чрез действието на халогенирани въглеводороди в присъствието на алуминиев хлорид:

Реакциите на присъединяване към бензен протичат много трудно. За тяхното възникване са необходими специални условия: повишена температура и налягане, избор на катализатор, светлинно облъчване и др. Така в присъствието на катализатор - никел или платина - бензенът се хидрогенира, т.е. добавя водород, за да образува циклохексан:

Циклохексанът е безцветна, летлива течност с миризма на бензин и е неразтворима във вода.

При ултравиолетово облъчване бензенът добавя хлор:

Хексахлорциклохексанът или хексахлоранът е кристално вещество, използвано като мощен убиец на насекоми.

Бензолът не добавя халогеноводороди и вода. Той е много устойчив на окислители. За разлика от ненаситените въглеводороди, той не обезцветява бромната вода и разтвора на KMnO 4. При нормални условия бензеновият пръстен не се разрушава от действието на много други окислители. Въпреки това, хомолозите на бензена се подлагат на окисляване по-лесно от наситените въглеводороди. В този случай само радикалите, свързани с бензеновия пръстен, се подлагат на окисление:

Така ароматните въглеводороди могат да влизат както в реакции на заместване, така и в реакции на добавяне, но условията за тези трансформации се различават значително от подобни трансформации на наситени и ненаситени въглеводороди.

Касова бележка. Бензолът и неговите хомолози се получават в големи количества от нефт и каменовъглен катран, образуван при сухата дестилация на въглища (коксуване). Сухата дестилация се извършва в коксови и газови заводи.

Реакцията на превръщане на циклохексан в бензен (дехидрогениране или дехидрогениране) възниква, когато се прекара върху катализатор (платинено черно) при 300°C. Наситените въглеводороди могат също да бъдат превърнати в ароматни въглеводороди чрез реакции на дехидрогениране. Например:

Реакциите на дехидрогениране правят възможно използването на петролни въглеводороди за получаване на въглеводороди от бензеновата серия. Те показват връзката между различните групи въглеводороди и взаимното им превръщане един в друг.

По метода на Н.Д. Зелински и Б.А. Казанският бензен може да се получи чрез преминаване на ацетилен през тръба с активен въглен, нагрят до 600 ° C. Целият процес на полимеризация на три ацетиленови молекули може да бъде представен чрез диаграма

Реакции на електрофилно заместване- заместващи реакции, при които се осъществява атаката електрофил- частица, която е положително заредена или има недостиг на електрони. Когато се образува нова връзка, изходящата частица е електрофугасе отделя без своята електронна двойка. Най-популярната напускаща група е протонът H+.

Всички електрофили са киселини на Луис.

Общ изглед на реакциите на електрофилно заместване:

(катионен електрофил)

(неутрален електрофил)

Механизъм на реакцията S E Arили реакции на ароматно електрофилно заместванее най-често срещаната и най-важната сред реакциите на заместване на ароматни съединения и се състои от два етапа. На първия етап се добавя електрофилът, а на втория етап се отделя електрофугата:

По време на реакцията се образува положително зареден междинен продукт (на фигура 2b). Нарича се Ueland междинен, арониев йонили σ-комплекс. Този комплекс обикновено е много реактивен и лесно се стабилизира, като бързо елиминира катиона.