ბენზოლის ბირთვი საკმაოდ სტაბილურია. ის უფრო მიდრეკილია ბენზოლის რგოლის წყალბადის ატომების ჩანაცვლებითი რეაქციებისკენ, ვიდრე ორმაგი ბმის რღვევის ადგილზე დამატების რეაქციებისკენ. ამ გამოთქმაში მისი „სურნელოვანი ხასიათი“.
ჩანაცვლების რეაქციები
ელექტროფილური ჩანაცვლების ყველაზე დამახასიათებელი რეაქციებია: ნიტრაცია, სულფონაცია, ალკილაცია (აცილირება), ჰალოგენაცია (ბენზოლის ჰომოლოგების ჰალოგენაცია ასევე შეიძლება მიმდინარეობდეს რადიკალური მექანიზმით.
1. ნიტრაცია- ბენზოლის რგოლის წყალბადის ჩანაცვლება ნიტრო ჯგუფით - ხორციელდება ეგრეთ წოდებული ნიტრატირების ნარევით - კონცენტრირებული აზოტის და გოგირდის მჟავების ნარევით. აქტიური ნივთიერება არის ნიტრონიუმის კატიონი N0 2 +:
NO - N0 2 + 2H 2 S0 4 →N0 2 + + 2HS0 4 - + H 3 0
ნიტრონიუმის კატიონი ჰიდრონიუმის კატიონი
ნიტრაციის მექანიზმი (ისევე როგორც ყველა ჩანაცვლებითი რეაქცია) შემდეგია:
რეაქციის ნარევში წყლის არსებობა ხელს უშლის რეაქციის მიმდინარეობას, რადგან პროცესში ჩართულია წყალი, ნიტრონიუმის კატიონის წარმოქმნის საპირისპირო. ამიტომ რეაქციაში გამოთავისუფლებული წყლის დასაკავშირებლად მიიღება კონცენტრირებული გოგირდმჟავას ჭარბი რაოდენობა.
ბენზოლის რგოლის წყალბადის ჩანაცვლების წესები.თუ ბენზოლის ბირთვში არის რაიმე წყალბადის შემცვლელი, მაშინ ელექტროფილური ჩანაცვლების რეაქციებში ის ასრულებს ორიენტანტის როლს - რეაქცია მიმდინარეობს ძირითადად ორთო და პარა პოზიციებზე შემცვლელთან (პირველი სახის ორიენტანტი) ან მეტა პოზიციებთან მიმართებაში. (ორიენტანტი მეორე სახის) .
პირველი სახის შემცვლელებიმიმართეთ შემტევი ელექტროფილი ორთო და პარა პოზიციებზე საკუთარი თავის მიმართ. წარმოგიდგენთ მათ ორიენტირების ძალის კლებადობით (ელექტროდონორის ეფექტი):
II ტიპის შემცვლელები მიმართავენ შემტევ ელექტროფილს მეტაპოზიციებში საკუთარ თავთან მიმართებაში. ჩვენ ასევე ვაძლევთ მათ ორიენტაციის ძალის კლებადობით:
მაგალითად, -OH არის ჯგუფი - ორიენტანტი პირველი ტიპის:
59. დაწერეთ შემდეგი ნაერთების ნიტრაციის რეაქციების განტოლება და მექანიზმი: ა) ბენზოლი; ბ) ტოლუოლი; გ) ქლორბენზოლი; დ) ნიტრობენზოლი; ე) სულფობენზოლი; ე) ფენილციანიდი; ზ) მეთოქსიბენზოლი; თ) ამინობენზოლი.
პირველი ტიპის შემცვლელები არიან ელექტრონების შემომწირველნი, ისინი ზრდიან ბენზოლის ბირთვის ელექტრონული ღრუბლის სიმკვრივეს, განსაკუთრებით ორთო- და პარა-პოზიციებში და ამით (აადვილებენ) ბენზოლის ბირთვს ელექტროფილზე თავდასხმისთვის. თუმცა, σ-კომპლექსი (III) სტაბილიზდება არა ანიონის დამატებით, არამედ წყალბადის კატიონის ელიმინაციის გზით (ბენზოლის ბირთვის ერთი π-ელექტრონული ღრუბლის წარმოქმნის დროს გამოთავისუფლებული ენერგია, 36,6 კკალ/მოლი. ):
მეორე ტიპის შემცვლელები არიან ელექტრონების ამოღება, ისინი თითქოს აშორებენ ელექტრონის ღრუბლის ნაწილს, რითაც ამცირებენ ბენზოლის ბირთვის ელექტრონული ღრუბლის სიმკვრივეს, განსაკუთრებით ორთო და პარა პოზიციებში საკუთარი თავის მიმართ. II ტიპის შემცვლელები ზოგადად აფერხებენ ელექტროფილური ჩანაცვლების რეაქციებს. მაგრამ მეტა-პოზიციებში მეორე ტიპის შემცვლელთან მიმართებაში ღრუბლის სიმკვრივე გარკვეულწილად უფრო მაღალია, ვიდრე სხვებში. ამრიგად, ელექტროფილური ჩანაცვლების რეაქციები მეორე ტიპის შემცვლელების შემთხვევაში გადადის მეტა პოზიციებზე:
 |
ზემოთ აღწერილ წესებს არ აქვთ კანონების ხასიათი. ეს თითქმის ყოველთვის ეხება მხოლოდ რეაქციის ძირითად მიმართულებას. მაგალითად, ტოლუოლის ნიტრაციის დროს წარმოიქმნება 62% ორთო-, 33,5% პარა- და 4,5% მეტა-ნიტროტოლუენი.
რეაქციის პირობები (ტემპერატურა, კატალიზატორების არსებობა და ა.შ.) საკმაოდ ძლიერ გავლენას ახდენს რეაქციების მიმართულებებზე.
ბენზოლის რგოლში ორი ორიენტანტის არსებობისას შესაძლებელია ამ ორი შემცვლელის კოორდინირებული და არათანმიმდევრული ორიენტაცია. იმავე ტიპის შემცვლელების არათანმიმდევრული ორიენტაციის შემთხვევაში, რეაქციის მიმართულება განისაზღვრება უფრო ძლიერით (იხ. I და II ტიპის შემცვლელების რიგები):
სხვადასხვა ტიპის შემცვლელების არათანმიმდევრული ორიენტაციის შემთხვევაში, რეაქციის მიმართულებას განსაზღვრავს პირველი ტიპის შემცვლელი, რადგან ის ააქტიურებს ბენზოლის რგოლს ელექტროფილურ შეტევაზე, მაგალითად,
60. ჩანაცვლების წესების მიხედვით ჩაწერეთ შემდეგი დისპსტიტუციური ბენზოლის ნიტრაცია: ა) მ-ნიტროტოლუენი; ბ) პ-ნიტროტოლუენი; გ) ო-ჰიდროქსიტოლუენი; დ) პ-ქლოროტოლუენი; ე) მ-ნიტრობენზოის მჟავა; ე) პ-ოქსიქლორბენზოლი; ზ) მ-ქლოროტოლუოლი; თ) პ-მეთოქსიტოლუენი.
2. სულფონაციის რეაქციამიმდინარეობს არენების გათბობით კონცენტრირებული გოგირდის მჟავით ან ოლეუმით. შემტევი აგენტი არის SO 3 მოლეკულა, რომელიც ასრულებს ელექტროფილის როლს:
სულფონაციის პირველი ეტაპი ნელია, რეაქცია ზოგადად შექცევადია:
სულფონის მჟავები სიძლიერით შედარებულია მინერალურთან, ამიტომ წყალხსნარებში ისინი იონიზებულ მდგომარეობაშია (III).
61. მიეცით შემდეგი ნივთიერებების სულფონაციის რეაქციების განტოლებები და მექანიზმები ჩანაცვლების წესების დაცვით:
ა) ტოლუოლი; ბ) ო-ქსილენი; გ) ნიტრობენზოლი; დ) ო-ნიტროტოლუენი; ე) პ-ქლორონიტრობენზოლი; ე) მ-ნიტროტოლუენი; ზ) პ-ამინოტოლუენი; თ) o მეთოქსიტოლუენი.
3. ჰალოგენაციის რეაქციაარენები სიცივეში ისეთი კატალიზატორების თანდასწრებით, როგორიცაა AlCl 3, AlBr 3, FeCl 3 - ტიპიური ელექტროფილური რეაქცია, რადგან კატალიზატორები ხელს უწყობენ ჰალოგენის მოლეკულაში ბმის პოლარიზაციას (მის გაწყვეტამდე): 
უწყლო რკინის ქლორიდი მუშაობს ანალოგიურად:
რადიკალური რეაქციის პირობებში (სინათლე, გათბობა), ჰალოგენები (ქლორი, ბრომი) ცვლის გვერდითი ჯაჭვების წყალბადებს (ალკანების ჰალოგენაციის მსგავსი):
უფრო მძიმე პირობებში ასევე ხდება ჰალოგენების რადიკალური დამატება არომატულ ბირთვში.
62 . დაწერეთ განტოლებები და რეაქციის მექანიზმები და დაასახელეთ პროდუქტები:
ა) ტოლუოლი + ქლორი (ნათელ შუქზე და გათბობაზე);
ბ) ტოლუოლი + ქლორი (ცივში კატალიზატორის თანდასწრებით);
გ) ნიტრობენზოლი + ქლორი (ცივში კატალიზატორის თანდასწრებით);
დ) პ-ნიტროტოლუოლი + ქლორი (ნათელ შუქზე და გათბობაზე);
ე) პ-ნიტროტოლუოლი + ქლორი (ცივში კატალიზატორის თანდასწრებით):
ვ) ეთილბენზოლი + ქლორი (ნათელ შუქზე და გათბობაზე);
ზ) ეთილბენზოლი + ქლორი (ცივში კატალიზატორის თანდასწრებით);
თ) პ-ოქსიტოლუენი + ქლორი (ცივში კატალიზატორის თანდასწრებით);
ი) მ-ნიტროტოლუოლი + ქლორი (ცივში კატალიზატორის თანდასწრებით);
კ) მ-ქსილენი + ქლორი (ცივში კატალიზატორის თანდასწრებით).
4. არენების ალკილაცია.უწყლო AlCl 3 (A1Brz) თანდასწრებით, ჰალოალკანები ბენზოლს უფრო ადვილად ალკილატებენ, ვიდრე მისი ჰომოლოგები, ისევე როგორც მათი ჰალოგენური წარმოებულები (გუსტავსონ-ფრიდელ-კრაფტის რეაქციები). კატალიზატორი, რომელიც აყალიბებს A1Cl 3 კომპლექსს, ახდენს C-Gal ბმის პოლარიზაციას, სანამ ის არ გაფუჭდება და, შესაბამისად, შემტევი აგენტი არის ელექტროფილი:
ალკილაცია ალკენებით A1Cl 3, BF 3 ან H 3 PO 4 თანდასწრებით იწვევს მსგავს შედეგებს (მექანიკა ასევე ელექტროფილურია):
ჰალოალკანებით და ალკენებით ალკილაცია ელექტროფილური რეაქციების სახით მიმდინარეობს ბენზოლის რგოლზე წყალბადის ჩანაცვლების წესების შესაბამისად. თუმცა, პროცესი გართულებულია რეაქციის პროდუქტების შემდგომი ალკილაციით და სხვა არასასურველი ფენომენებით. ამ უკანასკნელის შესამცირებლად რეაქცია ტარდება ყველაზე დაბალ ტემპერატურაზე, კატალიზატორის ოპტიმალურ რაოდენობაზე და არენის დიდ სიჭარბეზე.
63. მიეცით განტოლებები და რეაქციის მექანიზმი გუსტავსონ-ფრიდელ-კრაფტის პირობებში შემდეგ ნივთიერებებს შორის:
ა) ბენზოლი + 2-ქლოროპროპანი; ბ) ბენზოლი + 2-ქლორო-2-მეგილპროპანი; გ) ბენზოლი + ბენზილის ქლორიდი; დ) ბრომბენზოლი + ბრომოეთანი; ე) ტოლუოლი + ბუტილ ქლორიდი; ვ) ტოლუოლი + ბრომოეთანი; ი) პ-ბრომოტოლუენი + იზოპროპილ ბრომიდი; თ) მ-ბრომოტოლუენი + ბრომოეთანი; ი) პ-ბრომოტოლუენი + იზოპროპილ ბრომიდი; კ) ქლორბენზოლი + ბენზილის ქლორიდი.
64. დაწერეთ რეაქციის განტოლებები ალკენებით არენების ალკილაციისთვის ფოსფორმჟავას თანდასწრებით, მიეცით მექანიზმი:
ა) ბენზოლი + ეთილენი; ბ) ბენზოლი + პროპილენი; გ) ტოლუოლი + ეთილენი; დ) ტოლუოლი + პროპილენი; ე) ბენზოლი + იზობუტილენი; ვ) ტოლუოლი + იზობუტილენი; ზ) მ-ქსილენი + ეთილენი; თ) პ-ქსილენი + ეთილენი.
5. ჟანგვის რეაქცია (გვერდითი ჯაჭვების რაოდენობის განსაზღვრა).არომატული ბირთვი ძალიან მდგრადია ჟანგვის აგენტების მიმართ. ასე რომ, ბენზოლი და მისი ჰომოლოგები ალკანების მსგავსად არ რეაგირებენ კალიუმის პერმანგანატთან. ეს ასევე გამოხატავს მათ „სურნელოვან ხასიათს“. მაგრამ როდესაც ბენზოლის ჰომოლოგები თბება ჟანგვითი აგენტებით მძიმე პირობებში, ბენზოლის ბირთვი არ იჟანგება და ყველა გვერდითი ნახშირწყალბადის ჯაჭვი, მიუხედავად მათი სიგრძისა, იჟანგება კარბოქსილის ჯგუფებად, დაჟანგვის პროდუქტები არის არომატული მჟავები. ამ უკანასკნელში კარბოქსილის ჯგუფების რაოდენობის მიხედვით ფასდება გვერდითი ჯაჭვების რაოდენობა საწყის ბენზოლის ჰომოლოგ 1-ში.
65 . დაწერეთ შემდეგი ნივთიერებების ჟანგვის რეაქციების განტოლებები: ა) ეთილბენზოლი; ბ) ო-დიმეთილბენზოლი; გ) პროპილბენზოლი; დ) ჩვეულებრივი ტრიმეთილბენზოლი; ე) პ-მეთილისოპროპილბენზოლი; ვ) ო-ნიტროტოლუენი; ზ) 3-ნიტრო-1-მეთილ-4-ეთილბენზოლი; თ) სიმეტრიული ტრიმეთილბენზოლი.
6. დანამატის რეაქციები.მიუხედავად იმისა, რომ არომატული ბირთვი ნაკლებად მიდრეკილია დამატების რეაქციებისადმი, ვიდრე ჩანაცვლება, ისინი წარმოიქმნება გარკვეულ პირობებში. დამატების რეაქციების თავისებურება ის არის, რომ ერთი მოლი ბენზოლი (ან მისი ჰომოლოგი) ყოველთვის ამატებს სამ მოლ ჰალოგენს, წყალბადს, ოზონს, რაც აიხსნება არომატულ ბირთვში ერთი π-ელექტრონული ღრუბლის არსებობით გარკვეული საერთო, საერთო. სამი ორმაგი ბმის (უფრო სწორად, ექვსი π-ელექტრონის) ენერგია.
ა) ჰიდროგენიზაცია მიმდინარეობს კატალიზატორების (Pt, Pd და სხვ.) თანდასწრებით 110°C ტემპერატურაზე (N.D. Zelinsky და სხვები).
ბ)ჰალოგენაცია ხდება მაშინ, როდესაც ბრომი ან ქლორის ორთქლი გადადის მდუღარე ბენზოლში მზის პირდაპირი სხივების ზემოქმედების ქვეშ ან ულტრაიისფერი სხივებით განათებისას (კვარცის ნათურა):
in)ოზონაცია. ალკენების მსგავსად, არომატული ნახშირწყალბადები ადვილად განიცდიან ოზონოლიზს.
66. დაწერეთ დამატების რეაქციების განტოლებები (ჰიდროგენაცია, ჰალოგენაცია ულტრაიისფერი შუქის ქვეშ, ოზონაცია) შემდეგი არეებით: ა) ტოლუოლი; ბ) ო-ქსილენი; გ) მ-ქსილენი; დ) პ-ქსილენი; ე) ეთილბენზოლი; ე) ო-ეთილტოლუენი; ზ) მ-ეთილტოლუენი; თ) პ-იზოპროპილტოლუენი. დაასახელეთ მიღებული პროდუქტები.
ბენზოლი არის უჯერი ნაერთი, მაგრამ ჩვენ გავარკვიეთ, რომ მის სტრუქტურაში არ არის ორმაგი ბმები, არამედ არომატული ბმა - დელოკალიზებული ელექტრონული ღრუბელი. უჯერი ნახშირწყალბადების ტიპიური რეაქციები - ელექტროფილური დამატება და დაჟანგვა - არ არის დამახასიათებელი ბენზოლისთვის. ასე რომ, ის არ აფერხებს ბრომიან წყალს, არ იძლევა ვაგნერის რეაქციას (დაჟანგვა კალიუმის პერმანგანატის ხსნარით ოთახის ტემპერატურაზე). ბენზოლს ახასიათებს რეაქციები, რომლებიც არ იწვევს დახურული კონიუგირებული სისტემის მოშლას - ჩანაცვლების რეაქციები. იმის გასარკვევად, თუ რა ტიპის ჩანაცვლება (რადიკალური, ელექტროფილური, ნუკლეოფილური) არის დამახასიათებელი ბენზოლისთვის, გაიხსენეთ მისი ელექტრონული სტრუქტურა: მოლეკულის σ-ჩონჩხი ბრტყელია, ხოლო არომატული ღრუბელი მდებარეობს თვითმფრინავის ზემოთ და ქვემოთ. ამ არომატულ ღრუბელთან ურთიერთობისთვის რეაგენტი უნდა იყოს ელექტროფილური. ასე რომ, ბენზოლისთვის (და ზოგადად არომატული ნაერთებისთვის) ელექტროფილური ჩანაცვლების რეაქციები . S E რეაქციების მაგალითებია:
პირველ ეტაპზე ელექტროფილი უახლოვდება ბენზოლის მოლეკულას და ურთიერთქმედებს მთელ არომატულ ღრუბელთან (ისინი იზიდავენ ერთმანეთს). ჩამოყალიბდა π-კომპლექსი. ახალი ნახშირბად-ელექტროფილური კოვალენტური ბმის შესაქმნელად საჭიროა ელექტრონების წყვილი. ელექტროფილი გამოიყვანს მას არომატული ღრუბლიდან და ყალიბდება σ-კომპლექსი. ეს არ არის დახურული კონიუგირებული სისტემა, რადგან ნახშირბადის ატომი, რომელმაც შექმნა ახალი σ-ბმა, გადავიდა sp 3 ჰიბრიდიზაციაში (ის გავიდა სიბრტყიდან და აღარ აქვს არაჰიბრიდული p z ორბიტალი). ნახშირბადის დარჩენილი ხუთი ატომები აგრძელებენ მონაწილეობას კონიუგაციაში, ქმნიან საერთო ელექტრონულ ღრუბელს, რომელშიც ოთხი ელექტრონი დელოკალიზებულია (6-2=4), ამიტომ σ-კომპლექსში დადებითი მუხტი მითითებულია არა კონკრეტულ ნახშირბადის ატომზე, არამედ ღია რგოლის ცენტრი. ასე რომ, σ-კომპლექსი არ არის არომატული სტრუქტურა. არომატის აღსადგენად, მას სჭირდება წყალბადის პროტონის (H +) გაყოფა. მას იღებს რეაქციის გარემოში დარჩენილი ნუკლეოფილი (Nu -). ორი C-H ბმის ელექტრონი ბრუნდება არომატულ ღრუბელში, ნახშირბადის ატომი კვლავ ხდება
sp 2 -ჰიბრიდირებულია და შეუძლია მონაწილეობა მიიღოს კონიუგაციაში.
ელექტროფილური ჩანაცვლების რეაქციის სიჩქარის შემზღუდველი ეტაპი არის σ-კომპლექსის წარმოქმნის ეტაპი, ვინაიდან ამ შემთხვევაში ხდება არომატის დაკარგვა, რაც მოითხოვს ენერგიის ხარჯვას.
ბენზოლში ელექტროფილური ჩანაცვლების სხვადასხვა რეაქციები მიმდინარეობს საერთო მექანიზმის მიხედვით და განსხვავდება მხოლოდ ელექტროფილური ნაწილაკების წარმოქმნის ეტაპზე.
ნიტრაციის რეაქციაბენზოლი წარმოიქმნება კონცენტრირებული აზოტისა და გოგირდის მჟავების ნარევის მოქმედებით (იხ. რეაქციის სქემა ზემოთ). განვიხილოთ მისი მექანიზმი.
 |
რეაქციის პირველ ეტაპზე აზოტის მჟავა ურთიერთქმედებს გოგირდმჟავასთან. ამ შემთხვევაში, აზოტის მჟავა მოქმედებს როგორც ბაზა, იღებს პროტონს გოგირდმჟავას მოლეკულიდან (ბრონსტედის თეორიის მიხედვით, მჟავა არის მოლეკულა ან იონი, რომელიც აძლევს პროტონს, ხოლო ფუძე არის მოლეკულა ან იონი, რომელიც იღებს წყალბადის პროტონს. ). წარმოიქმნება პროტონირებული აზოტის მჟავა, რომელიც წყლის მოლეკულის გაყოფით გადაიქცევა ნიტრონიუმის კატიონად ან ნიტრონიუმის კატიონად. ეს არის ელექტროფილური ნაწილაკი. ამრიგად, გოგირდის მჟავა მოქმედებს როგორც კატალიზატორი, მონაწილეობს ელექტროფილური რეაგენტის ფორმირებაში. გოგირდის მჟავას მეორე როლი არის წყლის გამწმენდი აგენტის როლი. წყალი უნდა მოიხსნას რეაქციის სფეროდან, რათა მისი წონასწორობა მარჯვნივ გადაიტანოს.
ელექტროფილის - ნიტრონიუმის კატიონის წარმოქმნის შემდეგ რეაქცია მიმდინარეობს ზოგადი მექანიზმის მიხედვით, π- და წარმოქმნის გზით.
σ-კომპლექსები:
გთხოვთ გაითვალისწინოთ: σ-კომპლექსის ნიტრობენზოლად გარდაქმნის ეტაპზე (არომატიულობის აღდგენის სტადია) გოგირდმჟავას ანიონის მოქმედებით წყალბადის პროტონი იშლება, ხოლო გოგირდმჟავა კვლავ წარმოიქმნება, რაც ადასტურებს, რომ ეს იყო ამ რეაქციის კატალიზატორი.
კატალიზატორი ჰალოგენაციის რეაქციებიარის ეგრეთ წოდებული ლუისის მჟავები (ლუისის თეორიის მიხედვით მჟავები არის ნეიტრალური მოლეკულები ან იონები, რომლებსაც შეუძლიათ ელექტრონების წყვილის მიღება): FeCl 3, FeBr 3, AlCl 3, AlBr 3 და ა.შ. ჰალოგენის მოლეკულის პოლარიზაციისთვის საჭიროა კატალიზატორი. ლუისის მჟავა ანაცვლებს ქლორის მარტოხელა ელექტრონულ წყვილს საკუთარ თავზე, აყალიბებს კომპლექსს, რომელშიც ნაწილობრივი დადებითი მუხტი კონცენტრირებულია ქლორის ერთ-ერთ ატომზე:
π-კომპლექსის წარმოქმნის ეტაპზე ხდება Cl-Cl ბმის შემდგომი პოლარიზაცია და იგი იშლება ჰეტეროლიზურად და Cl + დაუყოვნებლივ მონაწილეობს σ-კომპლექსის წარმოქმნაში.
გააგრძელეთ ანალოგიურად ალკილირების რეაქციები(ფრიდელ-კრაფტის რეაქცია).
 |
მეთილის ქლორიდში C-Cl ბმა არ არის საკმარისად პოლარული ჰეტეროლიზურად დასაშლელად. ლუისის მჟავას მოქმედებით ნახშირბადის ატომზე ნაწილობრივი დადებითი მუხტი იზრდება და რეაგენტი-კატალიზატორი კომპლექსი უფრო ძლიერი ელექტროფილია, ვიდრე საწყისი მეთილის ქლორიდი.
სულფონაციის რეაქციაბენზოლი გამოდის ოლეუმის მოქმედებით (გოგირდის ანჰიდრიდის SO 3 ხსნარი კონცენტრირებულ გოგირდმჟავაში).
გოგირდის ანჰიდრიდის მოლეკულა ელექტროფილია გოგირდის ატომზე დიდი ნაწილობრივი დადებითი მუხტის გამო.
 |
როდესაც π-კომპლექსი წარმოიქმნება, S=O ბმა (პირველ რიგში, π-ბმა) პოლარიზებულია და იშლება ჰეტეროლიზური გზით, შესაბამისად, როდესაც σ-კომპლექსი წარმოიქმნება, ჟანგბადზე ჩნდება მთლიანი უარყოფითი მუხტი. ატომი. არომატულობის აღსადგენად წყალბადის პროტონი იშლება რგოლის ნახშირბადის ატომიდან და გადადის უარყოფითად დამუხტულ ჟანგბადში. წარმოიქმნება ბენზოლსულფონის მჟავა.
როდესაც განვიხილავთ ბენზოლში ელექტროფილური ჩანაცვლების რეაქციებს, ჩვენ არ გვიჩნდება კითხვა, თუ რა პოზიციაზე ხდება რეაქცია, ვინაიდან ნახშირბადის ყველა ატომი აბსოლუტურად თანაბარია. სხვა საქმეა, თუ ბენზოლის რგოლს უკვე აქვს შემცვლელი. ამ შემთხვევაში, ელექტროფილური ჩანაცვლების შედეგად, ფუნდამენტურად შესაძლებელია სამი იზომერის წარმოქმნა:
 |
კითხვაზე პასუხის გასაცემად, ამ შესაძლო პროდუქტებიდან რომელია დომინანტური, აუცილებელია შემცვლელის ელექტრონული ეფექტების გათვალისწინება.
მოდით გადავხედოთ ელექტროფილური ჩანაცვლების რეაქციებს ბენზოლში და მის წარმოებულებში და განვიხილოთ ელექტრონული ეფექტები ზოგადად.
ატომების ურთიერთგავლენა ორგანულ მოლეკულებში
კავშირები. ელექტრონული ეფექტები
ორგანული ნაერთების მოლეკულებში ატომები და ატომური ჯგუფები გავლენას ახდენენ ერთმანეთზე და არა მხოლოდ ერთმანეთთან უშუალოდ დაკავშირებული ატომები. ეს გავლენა როგორღაც გადაეცემა მოლეკულის მეშვეობით. ატომების ზემოქმედების გადატანას მოლეკულებში ობლიგაციების პოლარიზაციის გამო ელექტრონულ ეფექტებს უწოდებენ . არსებობს ორი სახის ელექტრონული ეფექტი: ინდუქციური და მეზომერული ეფექტები.
ინდუქციური ეფექტი- ეს არის შემცვლელების გავლენის გადატანა σ-ბმათა ჯაჭვის გასწვრივ მათი პოლარიზაციის გამო. ინდუქციური ეფექტი აღინიშნება სიმბოლოთ I. განვიხილოთ იგი 1-ქლორბუტანის მაგალითის გამოყენებით:
C-Cl ბმა პოლარულია ქლორის მაღალი ელექტრონეგატიურობის გამო. ნაწილობრივი დადებითი მუხტი (δ+) წარმოიქმნება ნახშირბადის ატომზე. შემდეგი σ-ბმის ელექტრონული წყვილი გადაინაცვლებს ელექტრონ-დეფიციტური ნახშირბადის ატომისკენ, ე.ი. პოლარიზებული. ამის გამო, ნაწილობრივი დადებითი მუხტი (δ + ') ასევე წარმოიქმნება ნახშირბადის შემდეგ ატომზე და ა.შ. ასე რომ, ქლორი იწვევსპოლარიზაცია არა მხოლოდ "საკუთარი" σ-ბმა, არამედ ჯაჭვში შემდგომი. გთხოვთ გაითვალისწინოთ, რომ ყოველი მომდევნო ნაწილობრივი დადებითი მუხტი ნაკლებია წინაზე (δ+>δ+’>δ+’’>δ+’’’), ე.ი. ინდუქციური ეფექტი გადაეცემა წრედის მეშვეობით დემპინგით. ეს შეიძლება აიხსნას σ ბმების დაბალი პოლარიზებულობით. ზოგადად მიღებულია, რომ ინდუქციური ეფექტი ვრცელდება 3-4 σ-ბმაზე. მოცემულ მაგალითში ქლორის ატომი ცვლის ელექტრონის სიმკვრივეს ბმის ჯაჭვის გასწვრივ ჩემთვის. ასეთ ეფექტს უარყოფით ინდუქციურ ეფექტს უწოდებენ და აღინიშნება -I Cl-ით.
შემცვლელთა უმეტესობა ავლენს უარყოფით ინდუქციურ ეფექტს, ვინაიდან მათ სტრუქტურაში არის ატომები, რომლებიც უფრო ელექტროუარყოფითი არიან ვიდრე წყალბადი (წყალბადის ინდუქციური ეფექტი ვარაუდობენ ნულის ტოლფასი). მაგალითად: -F, -Cl, -Br, -I, -OH, -NH 2, -NO 2,
-COOH, >C=O.
 |  |
||
თუ შემცვლელი გადააქვს ელექტრონის სიმკვრივე σ-ბმათა ჯაჭვის გასწვრივ ბიძგი, ის ავლენს დადებით ინდუქციურ ეფექტს (+I). Მაგალითად:
ჟანგბადი მთლიანი უარყოფითი მუხტით ავლენს დადებით ინდუქციურ ეფექტს.
პროპენის მოლეკულაში მეთილის ჯგუფის ნახშირბადი sp 3 -ჰიბრიდირებულია, ხოლო ნახშირბადის ატომები ორმაგ ბმაზე sp 2 -ჰიბრიდირებულია, ე.ი. უფრო ელექტროუარყოფითი. ამიტომ, მეთილის ჯგუფი აშორებს ელექტრონის სიმკვრივეს თავისგან, აჩვენებს დადებით ინდუქციურ ეფექტს (+I CH 3).
ასე რომ, ინდუქციური ეფექტი შეიძლება გამოვლინდეს ნებისმიერ მოლეკულაში, რომელშიც არის სხვადასხვა ელექტრონეგატიურობის ატომები.
მეზომერული ეფექტი- ეს არის შემცვლელების ელექტრონული ზემოქმედების გადატანა კონიუგირებულ სისტემებში, π ობლიგაციების პოლარიზაციის გზით. მეზომერული ეფექტი გადაეცემა შესუსტების გარეშე, რადგან π ობლიგაციები ადვილად პოლარიზდება. გთხოვთ გაითვალისწინოთ: მხოლოდ იმ შემცვლელებს, რომლებიც თავად არიან კონიუგირებული სისტემის ნაწილი, აქვთ მეზომერული ეფექტი. Მაგალითად:
მეზომერული ეფექტი შეიძლება იყოს როგორც დადებითი (+M) ასევე უარყოფითი (-M).
ვინილის ქლორიდის მოლეკულაში ქლორის გაუზიარებელი ელექტრონული წყვილი მონაწილეობს p, π-კონიუგაციაში, ე.ი. ქლორის წვლილი კონიუგირებულ სისტემაში უფრო მეტია, ვიდრე ნახშირბადის თითოეული ატომის. აქედან გამომდინარე, ქლორი ავლენს დადებით მეზომერულ ეფექტს.
აკრილის ალდეჰიდის მოლეკულა არის
π.π-კონიუგატური სისტემა. ჟანგბადის ატომი ანიჭებს ერთ ელექტრონს კონიუგაციას - იგივე რიცხვი, როგორც თითოეული ნახშირბადის ატომი, მაგრამ ჟანგბადის ელექტრონეგატიურობა უფრო მაღალია, ვიდრე ნახშირბადის, ამიტომ ჟანგბადი ანაცვლებს კონიუგირებული სისტემის ელექტრონების სიმკვრივეს თავისკენ, ალდეჰიდის ჯგუფი მთლიანობაში ავლენს უარყოფითი მეზომერული ეფექტი.
ამრიგად, შემცვლელებს, რომლებიც ჩუქნიან ორ ელექტრონს კონიუგაციისთვის, აქვთ დადებითი მეზომერული ეფექტი. Ესენი მოიცავს:
ა) შემცვლელები მთლიანი უარყოფითი მუხტით, მაგალითად, –O - ;
ბ) შემცვლელები, რომელთა სტრუქტურაში არის ატომები გაუზიარებელი ელექტრონული წყვილებით p z ორბიტალებში, მაგალითად: -NH 2, -OH,
-F, -Cl, -Br-, -I, -OR (-OCH3, -OC2H5).
შემცვლელები, რომლებიც გადააქვთ ელექტრონის სიმკვრივე კონიუგირებულ სისტემაში, ავლენენ უარყოფით მეზომერულ ეფექტს. ეს მოიცავს შემცვლელებს, რომელთა სტრუქტურაში არის ორმაგი ბმები, მაგალითად:
 |
შემცვლელს შეუძლია ერთდროულად აჩვენოს ინდუქციური და მეზომერული ეფექტები. ზოგიერთ შემთხვევაში, ამ ეფექტების მიმართულება იგივეა (მაგალითად, -I და -M), ზოგ შემთხვევაში ისინი მოქმედებენ საპირისპირო მიმართულებით (მაგალითად, -I და +M). როგორ განვსაზღვროთ ამ შემთხვევაში შემცვლელის მთლიანი ეფექტი დანარჩენ მოლეკულაზე (სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, როგორ განვსაზღვროთ მოცემული შემცვლელი არის ელექტრონის დონორი თუ ელექტრონის მიმღები)? შემცვლელებს, რომლებიც ზრდიან ელექტრონის სიმკვრივეს დანარჩენ მოლეკულაში, ეწოდებათ ელექტრონის შემომწირველი შემცვლელები, ხოლო შემცვლელებს, რომლებიც ამცირებენ ელექტრონის სიმკვრივეს დანარჩენ მოლეკულაში, ეწოდებათ ელექტრონის გამტანი შემცვლელები.
შემცვლელის საერთო გავლენის დასადგენად აუცილებელია მისი ელექტრონული ეფექტების სიდიდის შედარება. თუ დადებითი ნიშნის ეფექტი ჭარბობს, შემცვლელი არის ელექტრონის დონორი. თუ უარყოფითი ეფექტი ჭარბობს, შემცვლელი არის ელექტრონის ამომყვანი შემცვლელი. უნდა აღინიშნოს, რომ, როგორც წესი, მეზომერული ეფექტი უფრო ძლიერია, ვიდრე ინდუქციური (პ ობლიგაციების პოლარიზაციის უფრო დიდი უნარის გამო). თუმცა, არსებობს გამონაკლისები ამ წესიდან: ჰალოგენების ინდუქციური ეფექტი უფრო ძლიერია, ვიდრე მეზომერული.
განვიხილოთ კონკრეტული მაგალითები:
ამ ნაერთში ამინო ჯგუფი არის ელექტრონის შემომტანი შემცვლელი, რადგან მისი დადებითი მეზომერული ეფექტი უფრო გამოხატულია, ვიდრე უარყოფითი ინდუქციური.
ამ ნაერთში ამინოჯგუფი არის ელექტრონის ამომყვანი შემცვლელი, რადგან ავლენს მხოლოდ უარყოფით ინდუქციურ ეფექტს.
ფენოლის მოლეკულაში ჰიდროქსილის ჯგუფი არის ელექტრონის შემომტანი შემცვლელი დადებითი მეზომერული ეფექტის უპირატესობის გამო უარყოფით ინდუქციურზე.
ბენზილის სპირტის მოლეკულაში ჰიდროქსილის ჯგუფი არ მონაწილეობს კონიუგაციაში და ავლენს მხოლოდ უარყოფით ინდუქციურ ეფექტს. მაშასადამე, ის არის ელექტრონის ამომყვანი შემცვლელი.
ეს მაგალითები აჩვენებს, რომ არ შეიძლება განიხილოს რაიმე შემცვლელის გავლენა ზოგადად, მაგრამ უნდა განიხილოს მისი გავლენა კონკრეტულ მოლეკულაზე.
მხოლოდ ჰალოგენები არიან ყოველთვის ელექტრონის ამომყვანი შემცვლელები, რადგან მათი უარყოფითი ინდუქციური ეფექტი უფრო ძლიერია, ვიდრე დადებითი მეზომერული. Მაგალითად:
ახლა დავუბრუნდეთ ელექტროფილური ჩანაცვლების რეაქციებს ბენზოლის წარმოებულებში. ამრიგად, ჩვენ გავარკვიეთ, რომ რგოლში უკვე არსებული შემცვლელი გავლენას ახდენს ელექტროფილური ჩანაცვლების რეაქციების მიმდინარეობაზე. რა არის ეს გავლენა?
შემცვლელი გავლენას ახდენს S E რეაქციების სიჩქარეზე და რგოლში შეყვანილი მეორე შემცვლელის პოზიციაზე.. განვიხილოთ გავლენის ორივე ეს ასპექტი.
ეფექტი რეაქციის სიჩქარეზე. რაც უფრო მაღალია ელექტრონის სიმკვრივე რგოლში, მით უფრო ადვილია ელექტროფილური ჩანაცვლების რეაქციები. ცხადია, რომ ელექტრონის შემომტანი შემცვლელები ხელს უწყობენ S E რეაქციებს (ისინი ციკლის აქტივატორები არიან), ხოლო ელექტრონის გამომტანი შემცვლელები ხელს უშლიან მათ (ისინი ააქტიურებენ ციკლს). ამრიგად, ელექტროფილური ჩანაცვლების რეაქციები ბენზოლის წარმოებულებში, რომლებიც შეიცავს ელექტრონის შემცვლელი შემცვლელებს, ტარდება უფრო მძიმე პირობებში.
შევადაროთ ფენოლის, ტოლუოლის, ბენზოლის, ქლორობენზოლის და ნიტრობენზოლის აქტივობა ნიტრაციის რეაქციაში.
ვინაიდან ფენოლი და ტოლუოლი შეიცავს ელექტრონის დონორ შემცვლელებს, ისინი უფრო აქტიურები არიან S E რეაქციებში, ვიდრე ბენზოლი. პირიქით, ქლორბენზოლი და ნიტრობენზოლი ნაკლებად აქტიურია ამ რეაქციებში, ვიდრე ბენზოლი, რადგან შეიცავს ელექტრონის გამომტან შემცვლელებს. ფენოლი უფრო აქტიურია ვიდრე ტოლუენი OH ჯგუფის დადებითი მეზომერული ეფექტის გამო. ქლორი არ არის ისეთი ძლიერი ელექტრონის შემცვლელი, როგორც ნიტრო ჯგუფი, რადგან ნიტრო ჯგუფი ავლენს როგორც უარყოფით ინდუქციურ, ასევე უარყოფით მეზომერულ ეფექტებს. ამრიგად, ამ სერიაში ელექტროფილური ჩანაცვლების რეაქციებში აქტივობა მცირდება ფენოლიდან ნიტრობენზოლამდე. ექსპერიმენტულად დადგინდა, რომ თუ ბენზოლის ნიტრაციის რეაქციის სიჩქარე მიიღება 1, მაშინ ეს სერია ასე გამოიყურება:
არომატულ რგოლში შემცვლელის ზემოქმედების მეორე ასპექტი ელექტროფილური ჩანაცვლების რეაქციების მიმდინარეობაზე არის ე.წ. შემცვლელების ორიენტირებული მოქმედება. ყველა შემცვლელი შეიძლება დაიყოს ორ ჯგუფად: ორთო-, პარაორიენტანტები (1-ლი სახის შემცვლელები) და მეტაორიენტანტები (მე-2 სახის შემცვლელები).
რომ 1-ლი სახის შემცვლელებიმოიცავს: -OH, -O -, -NH 2, ალკილის ჯგუფებს (-CH 3, -C 2 H 5 და სხვ.) და ჰალოგენებს. თქვენ ხედავთ, რომ ყველა ეს შემცვლელი ავლენს დადებით ინდუქციურ ეფექტს და/ან დადებით მეზომერულ ეფექტს. ყველა მათგანი, გარდა ჰალოგენებისა, ზრდის ელექტრონის სიმკვრივეს რგოლში, განსაკუთრებით ორთო და პარა პოზიციებში. ამიტომ ელექტროფილი მიმართულია ამ პოზიციებზე. მაგალითად ავიღოთ ფენოლი:
ჰიდროქსილის ჯგუფის დადებითი მეზომერული ეფექტის გამო, ელექტრონის სიმკვრივე გადანაწილებულია კონიუგირებული სისტემის გასწვრივ, ხოლო ორთო და პარა პოზიციებში განსაკუთრებით გაიზარდა.
როდესაც ფენოლი ბრომირებულია, წარმოიქმნება ორთო- და პარა-ბრომფენოლის ნარევი:
თუ ბრომირება ხორციელდება პოლარულ გამხსნელში (ბრომი წყალი) და გამოყენებულია ბრომის ჭარბი რაოდენობა, რეაქცია დაუყოვნებლივ მიმდინარეობს სამ პოზიციაზე:
 |
მე-2 ტიპის შემცვლელებიარის: -NH 3 +, -COOH, -CHO (ალდეჰიდის ჯგუფი), -NO 2, -SO 3 H. ყველა ეს შემცვლელი აქვეითებს ელექტრონის სიმკვრივეს არომატულ რგოლში, მაგრამ მეტა პოზიციებში მისი გადანაწილების გამო, ეს არ არის დაქვეითებულია ისევე ძლიერად, როგორც ორთო- და პარა-ში. განვიხილოთ ეს ბენზოის მჟავის მაგალითის გამოყენებით:
კარბოქსილის ჯგუფი ავლენს უარყოფით ინდუქციურ და უარყოფით მეზომერულ ეფექტებს. კონიუგირებული სისტემის გასწვრივ მეტა პოზიციებზე გადანაწილების გამო, ელექტრონის სიმკვრივე უფრო მაღალი რჩება, ვიდრე ორთო და პარა პოზიციებზე, ამიტომ ელექტროფილი თავს დაესხმება მეტა პოზიციებს:
 |
რასთან ურთიერთქმედებს ბენზოლი და მათი რეაქციის განტოლებები
- მათგან ყველაზე დამახასიათებელია ბენზოლის რგოლის წყალბადის ატომების ჩანაცვლების რეაქციები. ისინი უფრო ადვილად მიედინება, ვიდრე გაჯერებული ნახშირწყალბადები. ამ გზით მიიღება მრავალი ორგანული ნაერთი. ასე რომ, ბენზოლის ბრომთან ურთიერთქმედებისას (FeBr2 კატალიზატორის თანდასწრებით), წყალბადის ატომი იცვლება ბრომის ატომით:
სხვა კატალიზატორით, ბენზოლის ყველა წყალბადის ატომის შეცვლა შესაძლებელია ჰალოგენით. ეს ხდება, მაგალითად, როდესაც ქლორი გადადის ბენზოლში ალუმინის ქლორიდის თანდასწრებით:
ჰექსაქლორბენზოლი არის უფერო კრისტალური ნივთიერება, რომელიც გამოიყენება თესლის გასახდელად და ხის შესანარჩუნებლად.
თუ ბენზოლი დამუშავებულია კონცენტრირებული აზოტისა და გოგირდის მჟავების ნარევით (ნიტრატორული ნარევი), მაშინ წყალბადის ატომი იცვლება NO2 ნიტრო ჯგუფით:
ბენზოლის მოლეკულაში წყალბადის ატომი შეიძლება შეიცვალოს ალკილის რადიკალით ნახშირწყალბადების ჰალოგენური წარმოებულების მოქმედებით ალუმინის ქლორიდის თანდასწრებით:
ბენზოლზე დამატების რეაქციები დიდი სირთულეებით მიმდინარეობს. მათი წარმოქმნისთვის საჭიროა სპეციალური პირობები: ტემპერატურისა და წნევის მატება, კატალიზატორის შერჩევა, სინათლის დასხივება და ა.შ. ასე რომ, კატალიზატორის - ნიკელის ან პლატინის თანდასწრებით, ბენზოლი ჰიდროგენიზდება, ე.ი. ამატებს. წყალბადი, რომელიც ქმნის ციკლოჰექსანს:
ულტრაიისფერი გამოსხივების ქვეშ ბენზოლი ამატებს ქლორს:
ჰექსაქლოროციკლოჰექსანი ან ჰექსაქლორანი არის კრისტალური ნივთიერება, რომელიც გამოიყენება როგორც ძლიერი ინსექტიციდი.
ბენზოლი არ ამატებს წყალბადის ჰალოიდებს და წყალს. ის ძალიან მდგრადია ოქსიდანტების მიმართ. უჯერი ნახშირწყალბადებისგან განსხვავებით, ის არ აფერხებს ბრომიან წყალს და KMnO4 ხსნარს. ნორმალურ პირობებში, ბენზოლის რგოლი არ ნადგურდება მრავალი სხვა ჟანგვის აგენტის მოქმედებით. თუმცა, ბენზოლის ჰომოლოგები უფრო ადვილად განიცდიან დაჟანგვას, ვიდრე გაჯერებული ნახშირწყალბადები. ამ შემთხვევაში, მხოლოდ ბენზოლის რგოლთან დაკავშირებული რადიკალები განიცდიან დაჟანგვას:
ამრიგად, არომატულ ნახშირწყალბადებს შეუძლიათ შევიდნენ როგორც ჩანაცვლების, ასევე დამატების რეაქციებში, თუმცა ამ გარდაქმნების პირობები მნიშვნელოვნად განსხვავდება გაჯერებული და უჯერი ნახშირწყალბადების მსგავსი გარდაქმნებისაგან.
ქვითარი. ბენზოლი და მისი ჰომოლოგები დიდი რაოდენობით მიიღება ნავთობისა და ქვანახშირის ტარისგან, რომელიც წარმოიქმნება ნახშირის მშრალი დისტილაციის დროს (კოკინგი). მშრალი დისტილაცია ტარდება კოქსისა და გაზის ქარხნებში.
ციკლოჰექსანის ბენზოლად გადაქცევის რეაქცია (დეჰიდროგენაცია ან დეჰიდროგენაცია) მიმდინარეობს კატალიზატორის (პლატინის შავი) გადაცემით 300C ტემპერატურაზე. გაჯერებული ნახშირწყალბადები ასევე შეიძლება გარდაიქმნას არომატებად დეჰიდროგენაციის რეაქციით. Მაგალითად:
დეჰიდროგენაციის რეაქციები შესაძლებელს ხდის ნავთობის ნახშირწყალბადების გამოყენებას ბენზოლის სერიის ნახშირწყალბადების წარმოებისთვის. ისინი მიუთითებენ ნახშირწყალბადების სხვადასხვა ჯგუფებს შორის ურთიერთობასა და მათ ერთმანეთში გადაქცევაზე.
N.D. Zelinsky-ისა და B.A. Kazansky-ის მეთოდის მიხედვით, ბენზოლის მიღება შესაძლებელია აცეტილენის გავლისას 600°C-მდე გაცხელებული გააქტიურებული ნახშირბადის მილში. აცეტილენის სამი მოლეკულის პოლიმერიზაციის მთელი პროცესი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს დიაგრამით
- 1) ჩანაცვლების რეაქცია
ა) რკინის (III) კატალიზატორი-მარილების თანდასწრებით - ბენზოლი შედის ჩანაცვლების რეაქციაში:
C6H6+Br2=C6H5Br+რიკი
ბენზოლი ანალოგიურად რეაგირებს ქლორთან
ბ) ჩანაცვლების რეაქციები ასევე მოიცავს ბენზოლის ურთიერთქმედებას აზოტის მჟავასთან:
C6H6+HONO2=C6H5NO2+H2O
2) დანამატის რეაქცია
ა) მზის ან ულტრაიისფერი სხივების ზემოქმედებით ბენზოლი შედის დამატებით რეაქციაში. მაგალითად, სინათლის ზემოქმედებისას, ბენზოლი ამატებს ქრომს ჰექსაქლოროციკლოჰექსანის წარმოქმნით:
C6H6+3Cl2=C6H6Cl6
ბ) ბენზოლი ასევე შეიძლება იყოს ჰიდროგენიზირებული:
C6HC+3H2=C6H12
3) ოქსიდაციის რეაქციები
ა) ენერგიული ჟანგვის აგენტების (KMnO4) ბენზოლის ჰომოლოგებზე ზემოქმედებით მხოლოდ გვერდითი ჯაჭვები განიცდის დაჟანგვას.
C6H5-CH3+3O=C7H6O2+H2O
ბ) ბენზოლი და მისი ჰომოლოგები ჰაერში ალივით იწვის:
2C6H6+15O2=12CO2+6H2O
განმარტება
ბენზოლი- ეს არის უფერო სითხე დამახასიათებელი სუნით; დუღილის წერტილი 80,1 o C, დნობის წერტილი 5,5 o C. წყალში უხსნადი, ტოქსიკური.
ბენზოლის არომატული თვისებები, რომელიც განისაზღვრება მისი სტრუქტურის თავისებურებებით, გამოიხატება ბენზოლის რგოლის შედარებით მდგრადობაში, მიუხედავად ბენზოლის შემადგენლობით უჯერობისა. ამრიგად, ეთილენის ორმაგი ბმებით უჯერი ნაერთებისგან განსხვავებით, ბენზოლი მდგრადია ჟანგვის აგენტების მიმართ.
ბრინჯი. 1. ბენზოლის მოლეკულის სტრუქტურა კეკულეს მიხედვით.
ბენზოლის მიღება
ბენზოლის მიღების ძირითადი მეთოდებია:
- ჰექსანის დეჰიდროციკლიზაცია (კატალიზატორები - Pt, Cr 3 O 2)
CH 3 -(CH 2) 4 -CH 3 → C 6 H 6 + 4H 2 (t o C, p, kat \u003d Cr 2 O 3);
- ციკლოჰექსანის დეჰიდროგენაცია
C 6 H 12 → C 6 H 6 + 3H 2 (t o C, kat = Pt, Ni);
- აცეტილენის ტრიმერიზაცია (რეაქცია მიმდინარეობს 600 o C-მდე გაცხელებისას, კატალიზატორი არის გააქტიურებული ნახშირბადი)
3HC≡CH → C 6 H 6 (t = 600 o C, kat = C აქტიური).
ბენზოლის ქიმიური თვისებები
ბენზოლს ახასიათებს ჩანაცვლების რეაქციები, რომლებიც მიმდინარეობს ელექტროფილური მექანიზმის მიხედვით:
ჰალოგენაცია (ბენზოლი ურთიერთქმედებს ქლორთან და ბრომთან კატალიზატორების თანდასწრებით - უწყლო AlCl 3 , FeCl 3 , AlBr 3 )
C 6 H 6 + Cl 2 \u003d C 6 H 5 -Cl + HCl;
- ნიტრაცია (ბენზოლი ადვილად რეაგირებს ნიტრატირებულ ნარევთან - კონცენტრირებული აზოტის და გოგირდის მჟავების ნარევი)
- ალკილაცია ალკენებით
C 6 H 6 + CH 2 \u003d CH-CH 3 → C 6 H 5 -CH (CH 3) 2
ბენზოლზე დამატების რეაქციები იწვევს არომატული სისტემის განადგურებას და მიმდინარეობს მხოლოდ მძიმე პირობებში:
- ჰიდროგენიზაცია (რეაქციის პროდუქტი - ციკლოჰექსანი)
C 6 H 6 + 3H 2 → C 6 H 12 (t o C, kat = Pt);
- ქლორის დამატება (წარმოიქმნება ულტრაიისფერი გამოსხივების ზემოქმედებით მყარი პროდუქტის - ჰექსაქლოროციკლოჰექსანის (ჰექსაქლორანის) წარმოქმნით - C 6 H 6 Cl 6)
C 6 H 6 + 6Cl 2 → C 6 H 6 Cl 6.
ბენზოლის გამოყენება
ბენზოლი ფართოდ გამოიყენება სამრეწველო ორგანულ ქიმიაში. თითქმის ყველა ნაერთი, რომელსაც აქვს ბენზოლის რგოლები მათ შემადგენლობაში, მიიღება ბენზოლისგან, მაგალითად, სტირონი, ფენოლი, ანილინი, ჰალოგენით შემცვლელი არენები. ბენზოლი გამოიყენება საღებავების, ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებებისა და ფარმაცევტული საშუალებების სინთეზისთვის.
პრობლემის გადაჭრის მაგალითები
მაგალითი 1
| ვარჯიში | ნივთიერების ორთქლის სიმკვრივეა 3,482 გ/ლ. მისმა პიროლიზიმ გამოიღო 6 გ ჭვარტლი და 5,6 ლიტრი წყალბადი. განსაზღვრეთ ამ ნივთიერების ფორმულა. |
| გადაწყვეტილება | ჭვარტლი ნახშირბადია. მოდი ვიპოვოთ ჭვარტლის ნივთიერების რაოდენობა პრობლემის პირობების მიხედვით (ნახშირბადის მოლური მასა არის 12 გ/მოლი): n(C) = m(C) / M(C); n(C) \u003d 6 / 12 \u003d 0,5 მოლი. გამოთვალეთ წყალბადის ნივთიერების რაოდენობა: n(H 2) \u003d V (H 2) / V m; n (H 2) \u003d 5.6 / 22.4 \u003d 0.25 მოლი. ასე რომ, ერთი წყალბადის ატომის ნივთიერების რაოდენობა ტოლი იქნება: n(H) = 2 × 0.25 = 0.5 მოლი. ნახშირწყალბადის მოლეკულაში ნახშირბადის ატომების რაოდენობა ავღნიშნოთ როგორც „x“, წყალბადის ატომების რაოდენობა „y“, შემდეგ ამ ატომების თანაფარდობა მოლეკულაში: x: y \u003d 0.5: 0.5 \u003d 1: 1. შემდეგ ნახშირწყალბადის უმარტივესი ფორმულა გამოისახება CH შემადგენლობით. CH შემადგენლობის მოლეკულის მოლეკულური წონაა: M(CH) = 13 გ/მოლი მოდით ვიპოვოთ ნახშირწყალბადის მოლეკულური წონა პრობლემის პირობების მიხედვით: M (C x H y) = ρ × V m; M (C x H y) \u003d 3,482 × 22,4 \u003d 78 გ / მოლ. მოდით განვსაზღვროთ ნახშირწყალბადის ნამდვილი ფორმულა: k \u003d M (C x H y) / M (CH) \u003d 78/13 \u003d 6, ამიტომ კოეფიციენტები "x" და "y" უნდა გავამრავლოთ 6-ზე და შემდეგ ნახშირწყალბადის ფორმულა მიიღებს C 6 H 6 ფორმას. ეს არის ბენზოლი. |
| უპასუხე | სასურველ ნახშირწყალბადს აქვს შემადგენლობა C 6 H 6 . ეს არის ბენზოლი. |
მაგალითი 2
| ვარჯიში | გამოთვალეთ აცეტილენის რაოდენობა, რომელიც საჭიროა 400 მლ ბენზოლის მისაღებად (სიმკვრივე 0,8 გ/მლ). | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| გადაწყვეტილება | ჩვენ ვწერთ რეაქციის განტოლებას აცეტილენისგან ბენზოლის წარმოებისთვის: ფიზიკური თვისებები ბენზოლი და მისი უახლოესი ჰომოლოგები არის უფერო სითხეები სპეციფიკური სუნით. არომატული ნახშირწყალბადები წყალზე მსუბუქია და მასში არ იხსნება, მაგრამ ადვილად იხსნება ორგანულ გამხსნელებში - ალკოჰოლში, ეთერში, აცეტონში. ბენზოლი და მისი ჰომოლოგები თავად არიან კარგი გამხსნელები მრავალი ორგანული ნივთიერებისთვის. ყველა არენა იწვის კვამლის ალით მათი მოლეკულების ნახშირბადის მაღალი შემცველობის გამო. ზოგიერთი არენის ფიზიკური თვისებები წარმოდგენილია ცხრილში. მაგიდა. ზოგიერთი არენის ფიზიკური თვისებები
ბენზოლი - დაბალი დუღილის ( ტკიპ= 80,1°C), უფერო სითხე, წყალში უხსნადი ყურადღება! ბენზოლი - შხამი, მოქმედებს თირკმელებზე, ცვლის სისხლის ფორმულას (ხანგრძლივი ზემოქმედებით), შეუძლია დაარღვიოს ქრომოსომების სტრუქტურა. არომატული ნახშირწყალბადების უმეტესობა სიცოცხლისათვის საშიში და ტოქსიკურია. არენების მიღება (ბენზოლი და მისი ჰომოლოგები) ლაბორატორიაში 1. ბენზოის მჟავას მარილების შერწყმა მყარ ტუტეებთან C 6 H 5 -COONa + NaOH t → C 6 H 6 + Na 2 CO 3 ნატრიუმის ბენზოატი 2. ვურც-ფიტინგის რეაქცია: (აქ G არის ჰალოგენი) 6-დანჰ 5 -G+2ნა + რ-G →C 6 ჰ 5 - რ + 2 ნაგ თან 6 H 5 -Cl + 2Na + CH 3 -Cl → C 6 H 5 -CH 3 + 2NaCl ინდუსტრიაში
1. ალკანების დეჰიდროციკლიზაცია 6-ზე მეტი ნახშირბადის ატომით: C 6 H 14 ტ , კატ→C 6 H 6 + 4H 2 2. აცეტილენის ტრიმერიზაცია(მხოლოდ ბენზოლისთვის) - რ. ზელინსკი: 3С 2 H2 600°C, აქტი. ქვანახშირი→C 6 H 6 3. დეჰიდროგენაციაციკლოჰექსანი და მისი ჰომოლოგები: საბჭოთა აკადემიკოსმა ნიკოლაი დიმიტრიევიჩ ზელინსკიმ დაადგინა, რომ ბენზოლი წარმოიქმნება ციკლოჰექსანისგან (ციკლოალკანების დეჰიდროგენაცია). C 6 H 12 ტ, კატა→C 6 H 6 + 3H 2
C 6 H 11 -CH 3 ტ , კატ→C 6 H 5 -CH 3 + 3H 2 მეთილციკლოჰექსანტოლუენი 4. ბენზოლის ალკილაცია(ბენზოლის ჰომოლოგების მიღება) – r Friedel-Crafts. C 6 H 6 + C 2 H 5 -Cl t, AlCl3→C 6 H 5 -C 2 H 5 + HCl ქლოროეთანი ეთილბენზოლი
არენების ქიმიური თვისებები მე. ოქსიდაციის რეაქციები 1. წვა (კვამლის ალი): 2C 6 H 6 + 15O 2 ტ→12CO 2 + 6H 2 O + Q 2. ბენზოლი ნორმალურ პირობებში არ აფერხებს ბრომიან წყალს და კალიუმის პერმანგანატის წყალხსნარს. 3. ბენზოლის ჰომოლოგები იჟანგება კალიუმის პერმანგანატით (კალიუმის პერმანგანატის ფერის შეცვლა): ა) მჟავე გარემოში ბენზოის მჟავამდე კალიუმის პერმანგანატის და სხვა ძლიერი ოქსიდანტების ზემოქმედებით ბენზოლის ჰომოლოგებზე, გვერდითი ჯაჭვები იჟანგება. რაც არ უნდა რთული იყოს შემცვლელის ჯაჭვი, ის ნადგურდება, გარდა -ნახშირბადის ატომისა, რომელიც იჟანგება კარბოქსილის ჯგუფად. ბენზოლის ჰომოლოგები ერთი გვერდითი ჯაჭვით იძლევა ბენზოის მჟავას: ორ გვერდითი ჯაჭვის შემცველი ჰომოლოგები იძლევა ორფუძიან მჟავებს: 5C 6 H 5 -C 2 H 5 + 12KMnO 4 + 18H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 5CO 2 + 6K 2 SO 4 + 12MnSO 4 + 28H 2 O 5C 6 H 5 -CH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 3K 2 SO 4 + 6MnSO 4 + 14H 2 O გამარტივებული : C 6 H 5 -CH 3 + 3O KMnO4→C 6 H 5 COOH + H 2 O ბ) ნეიტრალურ და ოდნავ ტუტე ბენზოის მჟავას მარილების მიმართ C 6 H 5 -CH 3 + 2KMnO 4 → C 6 H 5 COO K + K OH + 2MnO 2 + H 2 O II. დანამატის რეაქციები (უფრო მძიმე ვიდრე ალკენები) 1. ჰალოგენაცია C 6 H 6 + 3Cl 2 თ ν → C 6 H 6 Cl 6 (ჰექსაქლოროციკლოჰექსანი - ჰექსაქლორანი) 2. ჰიდროგენიზაცია C 6 H 6 + 3H 2 ტ , პტანნი→C 6 H 12 (ციკლოჰექსანი) 3. პოლიმერიზაცია III. ჩანაცვლების რეაქციები - იონური მექანიზმი (უფრო მსუბუქი ვიდრე ალკანები) ბ) ბენზოლის ჰომოლოგები დასხივების ან გაცხელებისას ქიმიური თვისებების მიხედვით, ალკილის რადიკალები ალკანების მსგავსია. წყალბადის ატომები მათში თავისუფალი რადიკალების მექანიზმით იცვლება ჰალოგენებით. ამიტომ, კატალიზატორის არარსებობის შემთხვევაში, გათბობა ან UV დასხივება იწვევს რადიკალურ ჩანაცვლების რეაქციას გვერდითი ჯაჭვში. ბენზოლის რგოლის გავლენა ალკილის შემცვლელებზე იწვევს იმ ფაქტს, რომ წყალბადის ატომი ყოველთვის იცვლება ნახშირბადის ატომთან, რომელიც პირდაპირ არის დაკავშირებული ბენზოლის რგოლთან (ა-ნახშირბადის ატომი). 1) C 6 H 5 -CH 3 + Cl 2 თ ν → C 6 H 5 -CH 2 -Cl + HCl გ) ბენზოლის ჰომოლოგები კატალიზატორის თანდასწრებით C 6 H 5 -CH 3 + Cl 2 AlCl 3 → (ორტას ნაზავი, წარმოებულების წყვილი) +HCl 2. ნიტრაცია (აზოტის მჟავით) C 6 H 6 + HO-NO 2 t, H2SO4→C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O ნიტრობენზოლი - სუნი ნუშის! C 6 H 5 -CH 3 + 3HO-NO 2 t, H2SO4→ თან H 3 -C 6 H 2 (NO 2) 3 + 3H 2 O2,4,6-ტრინიტროტოლუენი (ტოლი, ტროტილი) ბენზოლის და მისი ჰომოლოგების გამოყენება ბენზოლი C 6 H 6 არის კარგი გამხსნელი. ბენზოლი, როგორც დანამატი აუმჯობესებს საავტომობილო საწვავის ხარისხს. ის ემსახურება როგორც ნედლეულს მრავალი არომატული ორგანული ნაერთების - ნიტრობენზოლი C 6 H 5 NO 2 (მისგან მიიღება გამხსნელი, ანილინი), ქლორობენზოლი C 6 H 5 Cl, ფენოლი C 6 H 5 OH, სტირონი და სხვ. ტოლუენი C 6 H 5 -CH 3 - გამხსნელი, რომელიც გამოიყენება საღებავების, ნარკოტიკების და ასაფეთქებელი ნივთიერებების წარმოებაში (ტროტილი (ტოლი), ან 2,4,6-ტრინიტროტოლუენი TNT). ქსილენი C 6 H 4 (CH 3) 2 . ტექნიკური ქსილენი არის სამი იზომერის ნარევი ( ორთო-, მეტა- და წყვილი-ქსილენები) - გამოიყენება როგორც გამხსნელი და საწყისი პროდუქტი მრავალი ორგანული ნაერთის სინთეზისთვის. იზოპროპილბენზოლი C 6 H 5 -CH (CH 3) 2 ემსახურება ფენოლისა და აცეტონის მიღებას. ბენზოლის ქლორის წარმოებულებიგამოიყენება მცენარეთა დაცვისთვის. ამრიგად, H ატომების ბენზოლში ქლორის ატომებით ჩანაცვლების პროდუქტი არის ჰექსაქლორბენზოლი C 6 Cl 6 - ფუნგიციდი; გამოიყენება ხორბლისა და ჭვავის მშრალი თესლების მოსამზადებლად მყარი ნაღვლის წინააღმდეგ. ბენზოლში ქლორის დამატების პროდუქტია ჰექსაქლოროციკლოჰექსანი (ჰექსაქლორანი) C 6 H 6 Cl 6 - ინსექტიციდი; იგი გამოიყენება მავნე მწერების გასაკონტროლებლად. ეს ნივთიერებები ეხება პესტიციდებს - მიკროორგანიზმებთან, მცენარეებთან და ცხოველებთან ბრძოლის ქიმიურ საშუალებებს. სტირონი C 6 H 5 - CH \u003d CH 2 პოლიმერირდება ძალიან მარტივად, წარმოქმნის პოლისტიროლს და კოპოლიმერირდება ბუტადიენით - სტირონო-ბუტადიენის რეზინებით. ვიდეო გამოცდილება  
|
