ბენზოლის ქიმიური თვისებები. ბენზოლი

არომატული ნახშირწყალბადები

არომატული ნაერთებისთვის, ან არენები, ეხება ნაერთების დიდ ჯგუფს, რომელთა მოლეკულები შეიცავს სტაბილურ ციკლურ ჯგუფს (ბენზოლის რგოლს), რომელსაც აქვს განსაკუთრებული ფიზიკური და ქიმიური თვისებები.

ეს ნაერთები მოიცავს ძირითადად ბენზოლს და მის მრავალრიცხოვან წარმოებულებს.

ტერმინი "არომატული" პირველად გამოიყენეს ბუნებრივი წარმოშობის პროდუქტების აღსანიშნავად, რომლებსაც ჰქონდათ არომატული სუნი. ვინაიდან ამ ნაერთებს შორის იყო ბევრი, რომელიც მოიცავდა ბენზოლის რგოლებს, ტერმინი „არომატული“ დაიწყო გამოყენებული ნებისმიერი ნაერთების მიმართ (მათ შორის უსიამოვნო სუნით), რომელიც შეიცავს ბენზოლის რგოლს.

ბენზოლი, მისი ელექტრონული სტრუქტურა

ბენზოლის C 6 H 6 ფორმულის საფუძველზე, შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ ბენზოლი არის უაღრესად უჯერი ნაერთი, მსგავსი, მაგალითად, აცეტილენის. თუმცა, ბენზოლის ქიმიური თვისებები არ ადასტურებს ამ ვარაუდს. ამრიგად, ნორმალურ პირობებში ბენზოლი არ იძლევა უჯერი ნახშირწყალბადებისთვის დამახასიათებელ რეაქციებს: ის არ შედის დამატებით რეაქციებში წყალბადის ჰალოგენებთან და არ აფერხებს კალიუმის პერმანგანატის ხსნარს. ამავდროულად, ბენზოლი განიცდის შემცვლელ რეაქციებს გაჯერებული ნახშირწყალბადების მსგავსი.

ეს ფაქტები მიუთითებს იმაზე, რომ ბენზოლი ნაწილობრივ მსგავსია გაჯერებული და ნაწილობრივ უჯერი ნახშირწყალბადების და ამავე დროს განსხვავდება ორივესგან. ამიტომ, დიდი ხნის განმავლობაში, მეცნიერებს შორის მიმდინარეობდა ცოცხალი დისკუსიები ბენზოლის სტრუქტურაზე.

60-იან წლებში გასულ საუკუნეში ქიმიკოსთა უმეტესობამ მიიღო ბენზოლის ციკლური სტრუქტურის თეორია იმის საფუძველზე, რომ მონოჩანაცვლებულ ბენზოლის წარმოებულებს (მაგალითად, ბრომბენზოლს) არ აქვთ იზომერები.

ბენზოლის ყველაზე ფართოდ აღიარებული ფორმულა შემოგვთავაზა გერმანელმა ქიმიკოსმა კეკულემ 1865 წელს, რომელშიც ორმაგი ბმები ბენზოლის ნახშირბადის ატომების რგოლში ენაცვლება მარტივს და, კეკულეს ჰიპოთეზის მიხედვით, ერთჯერადი და ორმაგი ბმები განუწყვეტლივ მოძრაობენ:

თუმცა, კეკულეს ფორმულა ვერ ხსნის, რატომ არ ავლენს ბენზოლი უჯერი ნაერთების თვისებებს.

თანამედროვე კონცეფციების მიხედვით, ბენზოლის მოლეკულას აქვს ბრტყელი ექვსკუთხედის აგებულება, რომლის გვერდები ერთმანეთის ტოლია და შეადგენს 0,140 ნმ. ეს მანძილი არის საშუალო მნიშვნელობა 0,154 ნმ (ერთი ბმის სიგრძე) და 0,134 ნმ (ორმაგი ბმის სიგრძე) შორის. არა მხოლოდ ნახშირბადის ატომები, არამედ მათთან დაკავშირებული ექვსი წყალბადის ატომიც დევს იმავე სიბრტყეში. H - C - C და C - C - C ბმებით წარმოქმნილი კუთხეები უდრის 120 °.

ნახშირბადის ატომები ბენზოლში არის sp 2 -ჰიბრიდიზაცია, ე.ი. ნახშირბადის ატომის ოთხი ორბიტალიდან მხოლოდ სამია ჰიბრიდირებული (ერთი 2s- და ორი 2p-), რომლებიც მონაწილეობენ ნახშირბადის ატომებს შორის σ ბმების ფორმირებაში. მეოთხე 2p ორბიტალი გადახურულია ორი მეზობელი ნახშირბადის ატომის 2p ორბიტალებთან (მარჯვნივ და მარცხნივ), ჰანტელის ფორმის ორბიტალებში განლაგებული ექვსი დელოკალიზებული π-ელექტრონი, რომელთა ღერძი პერპენდიკულარულია ბენზოლის რგოლის სიბრტყეზე, ქმნის ერთი სტაბილური დახურული ელექტრონული სისტემა.

ნახშირბადის ექვსივე ატომის მიერ დახურული ელექტრონული სისტემის ფორმირების შედეგად ხდება ერთჯერადი და ორმაგი ბმების „განლაგება“, ე.ი. ბენზოლის მოლეკულას აკლია კლასიკური ორმაგი და ერთჯერადი ბმები. ნახშირბადის ყველა ატომს შორის π-ელექტრონის სიმკვრივის ერთგვაროვანი განაწილება არის ბენზოლის მოლეკულის მაღალი სტაბილურობის მიზეზი. ბენზოლის მოლეკულაში π-ელექტრონის სიმკვრივის ერთგვაროვნების ხაზგასასმელად, ისინი მიმართავენ შემდეგ ფორმულას:

ბენზოლის რიგის არომატული ნახშირწყალბადების ნომენკლატურა და იზომერიზმი

ბენზოლის ჰომოლოგიური სერიის ზოგადი ფორმულა არის C n H 2 n -6.

ბენზოლის პირველი ჰომოლოგია არის მეთილბენზოლი, ან ტოლუოლი, C 7 H 8

არ აქვს პოზიციური იზომერები, ისევე როგორც ყველა სხვა მონოჩანაცვლებული წარმოებული.

C 8 H 10-ის მეორე ჰომოლოგია შეიძლება არსებობდეს ოთხი იზომერული ფორმით: ეთილბენზოლი C 6 H 5 - C 2 H 5 და სამი დიმეთილბენზოლი, ან ქსილენი, S b H 4 (CH 3) 2 (ორთო-, მეტა-და წყვილი-ქსილენები, ან 1,2-, 1,3- და 1,4-დიმეთილბენზოლები):

ბენზოლის C 6 H 5 რადიკალს (ნარჩენს) ე.წ ფენილი; ბენზოლის ჰომოლოგების რადიკალების სახელები მიღებულია შესაბამისი ნახშირწყალბადების სახელებიდან ფესვზე სუფიქსის დამატებით. -ილ(ტოლილი, ქსილილი და ა.შ.) და აღინიშნება ასოებით (o-, m-, p-)ან ნომრებს გვერდითი ჯაჭვების პოზიციას. ყველა არომატული რადიკალის ზოგადი სახელი არილსისახელის მსგავსი ალკილებიალკანური რადიკალებისთვის. რადიკალი C 6 H 5 -CH 2 ე.წ ბენზილი.

ბენზოლის უფრო რთული წარმოებულების დასახელებისას, შესაძლო ნუმერაციის ორდერებიდან აირჩიეთ ის, რომელშიც შემცვლელი რიცხვების ციფრების ჯამი ყველაზე მცირეა. მაგალითად, დიმეთილეთილ ბენზოლის სტრუქტურა

უნდა ეწოდოს 1,4-დიმეთილ-2-ეთილბენზოლი (ციფრთა ჯამი არის 7), და არა 1,4-დიმეთილ-6-ეთილბენზოლი (ციფრთა ჯამი არის 11).

ბენზოლის უმაღლესი ჰომოლოგების სახელები ხშირად მომდინარეობს არა არომატული რგოლის, არამედ გვერდითი ჯაჭვის სახელიდან, ანუ ისინი განიხილება ალკანების წარმოებულებად:

ბენზოლის სერიის არომატული ნახშირწყალბადების ფიზიკური თვისებები

ბენზოლის ჰომოლოგიური სერიის ქვედა წევრები უფერო სითხეებია დამახასიათებელი სუნით. მათი სიმკვრივე და გარდატეხის ინდექსი გაცილებით მაღალია ვიდრე ალკანებისა და ალკენების. დნობის წერტილი ასევე შესამჩნევად მაღალია. ნახშირბადის მაღალი შემცველობის გამო, ყველა არომატული ნაერთი იწვის ძლიერ კვამლის ალით. ყველა არომატული ნახშირწყალბადი წყალში უხსნადია და უაღრესად ხსნადი ორგანულ გამხსნელებში: ბევრი მათგანი ადვილად გამოხდილია ორთქლით.

ბენზოლის სერიის არომატული ნახშირწყალბადების ქიმიური თვისებები

არომატული ნახშირწყალბადებისთვის ყველაზე ტიპიური რეაქციებია არომატულ რგოლში წყალბადის ჩანაცვლება. არომატული ნახშირწყალბადები მძიმე პირობებში დიდი სირთულეებით განიცდიან დამატებით რეაქციებს. ბენზოლის გამორჩეული თვისებაა მისი მნიშვნელოვანი წინააღმდეგობა ჟანგვის აგენტების მიმართ.

დანამატის რეაქციები

წყალბადის დამატება

ზოგიერთ იშვიათ შემთხვევებში, ბენზოლს შეუძლია დამატების რეაქციები. ჰიდროგენიზაცია, ანუ წყალბადის დამატება ხდება წყალბადის მოქმედებით მძიმე პირობებში კატალიზატორების (Ni, Pt, Pd) თანდასწრებით. ამ შემთხვევაში, ბენზოლის მოლეკულა აკავშირებს წყალბადის სამ მოლეკულას ციკლოჰექსანის შესაქმნელად:

ჰალოგენების დამატება

თუ ბენზოლში ქლორის ხსნარი ექვემდებარება მზის ან ულტრაიისფერ სხივებს, სამი ჰალოგენის მოლეკულის რადიკალური დამატება ხდება ჰექსაქლოროციკლოჰექსანის სტერეოიზომერების რთული ნარევის წარმოქმნით:

ჰექსაქლოროციკლოჰექსაი (სავაჭრო სახელი ჰექსაქლორანი) ამჟამად გამოიყენება როგორც ინსექტიციდი - ნივთიერებები, რომლებიც ანადგურებენ სოფლის მეურნეობის მავნებელ მწერებს.

ჟანგვის რეაქციები

ბენზოლი კიდევ უფრო მდგრადია ჟანგვის აგენტების მიმართ, ვიდრე გაჯერებული ნახშირწყალბადები. არ იჟანგება განზავებული აზოტის მჟავით, KMnO 4 ხსნარით და ა.შ. ბენზოლის ჰომოლოგები ბევრად უფრო ადვილად იჟანგება. მაგრამ მათშიც კი, ბენზოლის რგოლი შედარებით უფრო მდგრადია ჟანგვის აგენტების მოქმედების მიმართ, ვიდრე მასთან დაკავშირებული ნახშირწყალბადების რადიკალები. არსებობს წესი: ნებისმიერი ბენზოლის ჰომოლოგი ერთი გვერდითი ჯაჭვით იჟანგება მონობაზურ (ბენზოურ) მჟავად:

ბენზოლის ჰომოლოგები ნებისმიერი სირთულის მრავალი გვერდითი ჯაჭვით იჟანგება პოლიბაზური არომატული მჟავების წარმოქმნით:

ჩანაცვლების რეაქციები

1. ჰალოგენაცია

ნორმალურ პირობებში, არომატული ნახშირწყალბადები პრაქტიკულად არ რეაგირებენ ჰალოგენებთან; ბენზოლი არ აფერხებს ბრომიან წყალს, მაგრამ უწყლო გარემოში კატალიზატორების (FeCl 3, FeBr 3, AlCl 3) თანდასწრებით, ქლორი და ბრომი ენერგიულად რეაგირებენ ბენზოლთან ოთახის ტემპერატურაზე:

ნიტრაციის რეაქცია

რეაქციისთვის გამოიყენება კონცენტრირებული აზოტის მჟავა, რომელიც ხშირად შერეულია კონცენტრირებულ გოგირდმჟავასთან (კატალიზატორი):

შეუცვლელ ბენზოლში ექვსივე ნახშირბადის ატომის რეაქტიულობა ჩანაცვლების რეაქციებში ერთნაირია; შემცვლელებს შეუძლიათ მიამაგრონ ნახშირბადის ნებისმიერ ატომს. თუ ბენზოლის რგოლში უკვე არის შემცვლელი, მაშინ მისი გავლენით იცვლება ბირთვის მდგომარეობა და პოზიცია, რომელშიც შედის ნებისმიერი ახალი შემცვლელი, დამოკიდებულია პირველი შემცვლელის ბუნებაზე. აქედან გამომდინარეობს, რომ ბენზოლის რგოლში თითოეული შემცვლელი ავლენს გარკვეულ მიმართულ (ორიენტირებად) გავლენას და ხელს უწყობს ახალი შემცვლელების შემოღებას მხოლოდ თავისთვის სპეციფიკურ პოზიციებზე.

მათი მიმართული გავლენის მიხედვით, სხვადასხვა შემცვლელი იყოფა ორ ჯგუფად:

ა) პირველი სახის შემცვლელები:

ისინი მიმართავენ ნებისმიერ ახალ შემცვლელს ორთო და პარა პოზიციებზე საკუთარ თავთან შედარებით. ამავდროულად, ისინი თითქმის ყველა ამცირებენ არომატული ჯგუფის სტაბილურობას და ხელს უწყობენ როგორც ჩანაცვლების რეაქციებს, ასევე ბენზოლის რგოლის რეაქციებს:

ბ) მეორე სახის შემცვლელები:

ისინი მიმართავენ ნებისმიერ ახალ შემცვლელს მეტა-პოზიციისკენ საკუთარ თავთან მიმართებაში. ისინი ზრდის არომატული ჯგუფის სტაბილურობას და ართულებს ჩანაცვლების რეაქციებს:

ამრიგად, ბენზოლის (და სხვა არენების) არომატული ხასიათი გამოიხატება იმაში, რომ ეს ნაერთი, როგორც შემადგენლობით უჯერი, თავს იჩენს გაჯერებული ნაერთის სახით რიგ ქიმიურ რეაქციაში, ახასიათებს ქიმიური სტაბილურობა და დამატების სირთულე. რეაქციები. მხოლოდ სპეციალურ პირობებში (კატალიზატორები, დასხივება) იქცევა ბენზოლი ისე, თითქოს მის მოლეკულას ჰქონდეს სამი ორმაგი ბმა.

ბენზოლის რგოლი საკმაოდ სტაბილურია. ის უფრო მიდრეკილია ბენზოლის რგოლის წყალბადის ატომების შემცვლელი რეაქციებისკენ, ვიდრე ორმაგი ბმის გაწყვეტის ადგილზე დამატების რეაქციები. ამ გამოთქმაში მისი „სურნელოვანი ხასიათი“.

ჩანაცვლების რეაქციები

ყველაზე ტიპიური რეაქციებია ელექტროფილური ჩანაცვლება: ნიტრაცია, სულფონაცია, ალკილაცია (აცილირება), ჰალოგენაცია (ბენზოლის ჰომოლოგების ჰალოგენაცია ასევე შეიძლება მოხდეს რადიკალური მექანიზმით.

1. ნიტრაცია- ბენზოლის რგოლის წყალბადის ნიტრო ჯგუფით ჩანაცვლება ხდება ეგრეთ წოდებული ნიტრატირების ნარევით - კონცენტრირებული აზოტისა და გოგირდის მჟავების ნარევით. აქტიური ნივთიერება არის ნიტრონიუმის კატიონი N0 2 +:

HO - 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 წყალი მონაწილეობს პროცესში ნიტრონიუმის კატიონის წარმოქმნის საპირისპიროდ. ამიტომ რეაქციაში გამოთავისუფლებული წყლის დასაკავშირებლად მიიღება კონცენტრირებული გოგირდმჟავას ჭარბი რაოდენობა.

ბენზოლის რგოლში წყალბადის ჩანაცვლების წესები.თუ ბენზოლის რგოლში არის რაიმე წყალბადის შემცვლელი, მაშინ ელექტროფილური ჩანაცვლების რეაქციებში ის ასრულებს ორიენტატორის როლს - რეაქცია ხდება უპირატესად ორთო- და პარა-პოზიციებში შემცვლელთან (პირველი რიგის ორიენტანტი) ან მეტა-პოზიციებთან მიმართებაში. (მეორე სახის ორიენტანტი) .

პირველი სახის შემცვლელებიმიმართეთ შემტევი ელექტროფილი ორთო- და პარა-პოზიციებზე საკუთარ თავთან შედარებით. წარმოგიდგენთ მათ ორიენტირების ძალის კლებადობით (ელექტროდონორის ეფექტი):

II ტიპის შემცვლელები მიმართავენ თავდასხმის ელექტროფილს მეტა პოზიციებზე მათთან შედარებით. ჩვენ ასევე წარმოგიდგენთ მათ ორიენტირებული ძალის კლებადობით:

მაგალითად, -OH - ჯგუფი - პირველი ტიპის ორიენტანტი:

59. დაწერეთ შემდეგი ნაერთების ნიტრაციის რეაქციების განტოლება და მექანიზმი: ა) ბენზოლი; ბ) ტოლუოლი; გ) ქლორბენზოლი; დ) ნიტრობენზოლი; ე) სულფობენზოლი; ვ) ფენილციანიდი; ზ) მეთოქსიბენზოლი; თ) ამინობენზოლი.

პირველი ტიპის შემცვლელები არიან ელექტრონების შემომწირველნი, ისინი ზრდიან ბენზოლის რგოლის ელექტრონული ღრუბლის სიმკვრივეს, განსაკუთრებით ორთო- და პარა-პოზიციებში და ამით (აადვილებენ) ბენზოლის რგოლს ელექტროფილზე შეტევისთვის. თუმცა, σ-კომპლექსი (III) სტაბილიზდება არა ანიონის დამატებით, არამედ წყალბადის კატიონის ელიმინაციის გზით (ბენზოლის რგოლის ერთი π-ელექტრონული ღრუბლის წარმოქმნის დროს გამოთავისუფლებული ენერგია არის 36,6 კკალ/მოლი. ):

მეორე ტიპის შემცვლელები არიან ელექტრონების ამოღება; ისინი, როგორც ჩანს, იზიდავენ ელექტრონული ღრუბლის ნაწილს თავისკენ, რითაც ამცირებენ ბენზოლის რგოლის ელექტრონული ღრუბლის სიმკვრივეს, განსაკუთრებით ორთო- და პარა-პოზიციებში მათთან შედარებით. მეორე ტიპის შემცვლელები ზოგადად აფერხებენ ელექტროფილური ჩანაცვლების რეაქციებს. მაგრამ მეორე ტიპის შემცვლელთან შედარებით მეტა პოზიციებში ღრუბლის სიმკვრივე ოდნავ უფრო მაღალია, ვიდრე სხვებში. ამრიგად, ელექტროფილური ჩანაცვლების რეაქციები მეორე ტიპის შემცვლელების შემთხვევაში გადადის მეტა პოზიციებზე:

ზემოთ აღწერილი წესები არ არის კანონები. ჩვენ თითქმის ყოველთვის ვსაუბრობთ მხოლოდ რეაქციის მთავარ მიმართულებაზე. მაგალითად, ტოლუოლის ნიტრატირება წარმოქმნის 62% ორთო-, 33,5% პარა- და 4,5% მეტა-ნიტროტოლუენებს.

რეაქციის პირობები (ტემპერატურა, კატალიზატორების არსებობა და ა.შ.) საკმაოდ ძლიერ გავლენას ახდენს რეაქციების მიმართულებაზე.

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. პირველი და მეორე სახის 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 ბენზოლების ნიტრაცია: ა) მ-ნიტროტოლუოლი; ბ) პ-ნიტროტოლუენი; გ) ო-ჰიდროქსიტოლუენი; დ) პ-ქლოროტოლუენი; ე) მ-ნიტრობენზოის მჟავა; ვ) პ-ოქსიქლორბენზოლი; ზ) მ-ქლოროტოლუოლი; თ) პ-მეთოქსიტოლუენი.

2. სულფონაციის რეაქციახდება მაშინ, როდესაც არენები თბება 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 მინერალურ მჟავებთან, 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; ვ) 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 გახეთქვამდე):

უწყლო რკინის ქლორიდი მუშაობს ანალოგიურად:

რადიკალური რეაქციის პირობებში (სინათლე, სითბო), ჰალოგენები (ქლორი, ბრომი) ცვლის გვერდითი ჯაჭვების წყალბადებს (ალკანების ჰალოგენაციის მსგავსი):

უფრო მძიმე პირობებში ხდება ჰალოგენების რადიკალური დამატება არომატულ რგოლში.

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):

ე) ეთილბენზოლი + ქლორი (ნათელ შუქზე და გათბობაზე);

ზ) ეთილბენზოლი + ქლორი (ცივში კატალიზატორის თანდასწრებით);

თ) პ-ჰიდროქსიტოლუენი + ქლორი (ცივში კატალიზატორის თანდასწრებით);

ი) მ-ნიტროტოლუოლი + ქლორი (ცივში კატალიზატორის თანდასწრებით);
კ) მ-ქსილენი + ქლორი (ცივში კატალიზატორის თანდასწრებით).

4. არენების ალკილაცია.უწყლო AlCl 3-ის (AlBr3) თანდასწრებით, ჰალოალკანები ალკილატებენ ბენზოლს, უფრო ადვილად, ვიდრე მისი ჰომოლოგები, ისევე როგორც მათი ჰალოგენური წარმოებულები (გუსტავსონ-ფრიდელ-კრაფტის რეაქციები). კატალიზატორი, რომელიც აყალიბებს A1Cl 3 კომპლექსს, პოლარიზებს C-Gal კავშირს, სანამ არ გაფუჭდება და, შესაბამისად, შემტევ ელექტროფილ აგენტს:

ალკილაცია ალკენებით A1Cl 3, BF 3 ან H 3 PO 4 თანდასწრებით იწვევს მსგავს შედეგებს (მექანიკა ასევე ელექტროფილურია):

ალკილაცია ჰალოალკანებთან და ალკენებთან 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-კრაფტსის 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. ამრიგად, 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 რგოლი არ იჟანგება და ყველა გვერდითი ნახშირწყალბადის ჯაჭვი, მიუხედავად მათი სიგრძისა, იჟანგება კარბოქსილის ჯგუფებად; დაჟანგვის პროდუქტები არის არომატული მჟავები. გვერდითი ჯაჭვების რაოდენობა თავდაპირველ ბენზოლის ჰომოლოგ 1-ში განისაზღვრება ამ უკანასკნელში კარბოქსილის ჯგუფების რაოდენობით.

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 რგოლი ნაკლებად მიდრეკილია დამატების რეაქციებისადმი, ვიდრე ჩანაცვლების რეაქციები, ისინი წარმოიქმნება გარკვეულ პირობებში. დამატების რეაქციების თავისებურება ის არის, რომ სამი მოლი ჰალოგენი, წყალბადი, ოზონი ყოველთვის ემატება ერთ მოლ ბენზოლს (ან მის ჰომოლოგს), რაც აიხსნება არომატულ ბირთვში ერთი π-ელექტრონული ღრუბლის არსებობით გარკვეული ერთეულით. , სამი ორმაგი ბმის (უფრო სწორად, ექვსი π ელექტრონის) ჯამური ენერგია.

ა) ჰიდროგენიზაცია ხდება კატალიზატორების (Pt, Pd და სხვ.) არსებობისას 110°C ტემპერატურაზე (N.D. Zelinsky და სხვები).

ბ)ჰალოგენაცია ხდება მაშინ, როდესაც ბრომი ან ქლორის ორთქლი გადადის მდუღარე ბენზოლში მზის პირდაპირი ზემოქმედების ქვეშ ან ულტრაიისფერი სხივებით განათებისას (კვარცის ნათურა):

V)ოზონაცია. ალკენების მსგავსად, არომატული ნახშირწყალბადები ადვილად ექვემდებარება ოზონოლიზს.

66. ჩაწერეთ დამატების რეაქციების განტოლებები (ჰიდროგენაცია, ჰალოგენაცია ულტრაიისფერი გამოსხივების ქვეშ, ოზონაცია) შემდეგი არეებით: ა) ტოლუოლი; ბ) ო-ქსილენი; გ) მ-ქსილენი; დ) პ-ქსილენი; ე) ეთილბენზოლი; ვ) ო-ეთილტოლუენი; ზ) მ-ეთილტოლუენი; თ) პ-იზოპროპილტოლუენი. დაასახელეთ მიღებული პროდუქტები.

ბენზოლის ციკლური სტრუქტურა პირველად შემოგვთავაზა F.A. კეკულე 1865 წ

ფრიდრიხ ავგუსტ კეკულე ფონ სტრადონიცი - XIX საუკუნის გამოჩენილი გერმანელი ქიმიკოსი. 1854 წელს მან აღმოაჩინა გოგირდის შემცველი პირველი ორგანული ნაერთი - თიოძმარმჟავა (თიოეთანოინის მჟავა). გარდა ამისა, მან დაადგინა დიაზო ნაერთების სტრუქტურა. თუმცა, მისი ყველაზე ცნობილი წვლილი ქიმიის განვითარებაში არის ბენზოლის სტრუქტურის ჩამოყალიბება (1866 წ.). კეკულემ აჩვენა, რომ ბენზოლის ორმაგი ბმები მონაცვლეობდა რგოლის გარშემო (ეს იდეა პირველად მას სიზმარში გაუჩნდა). მოგვიანებით მან აჩვენა, რომ ორი შესაძლო ორმაგი კავშირის განლაგება იდენტურია და რომ ბენზოლის რგოლი არის ჰიბრიდი ამ ორ სტრუქტურას შორის. ამრიგად, მან მოითმინა რეზონანსის (მეზომერიზმის) იდეა, რომელიც გაჩნდა ქიმიური კავშირის თეორიაში 1930-იანი წლების დასაწყისში.

თუ ბენზოლს ნამდვილად ჰქონდა ასეთი აგებულება, მაშინ მის 1,2-ჩანაცვლებულ წარმოებულებს უნდა ჰქონდეთ ორი იზომერი. Მაგალითად,

თუმცა, არცერთი 1,2-დაცვლილი ბენზოლი არ შეიძლება იზოლირებული იყოს ორ იზომერად.

მაშასადამე, კეკულემ შემდგომში შესთავაზა, რომ ბენზოლის მოლეკულა არსებობს, როგორც ორი სტრუქტურა, რომლებიც სწრაფად გარდაიქმნება ერთმანეთში:

გაითვალისწინეთ, რომ ბენზოლის მოლეკულების და მათი წარმოებულების ასეთი სქემატური გამოსახულებები ჩვეულებრივ არ მიუთითებს ბენზოლის რგოლის ნახშირბადის ატომებზე მიმაგრებულ წყალბადის ატომებზე.

თანამედროვე ქიმიაში ბენზოლის მოლეკულა განიხილება, როგორც ამ ორი შემზღუდველი რეზონანსული ფორმის რეზონანსული ჰიბრიდი (იხ. ნაწილი 2.1). ბენზოლის მოლეკულის კიდევ ერთი აღწერა ეფუძნება მისი მოლეკულური ორბიტალების განხილვას. Მწერის. 3.1 აღინიშნა, რომ შემაკავშირებელ ორბიტალებში მდებარე ელექტრონები დელოკალიზებულია ბენზოლის რგოლის ყველა ნახშირბადის ატომს შორის და ქმნიან -ელექტრონულ ღრუბელს. ამ წარმოდგენის შესაბამისად, ბენზოლის მოლეკულა პირობითად შეიძლება გამოსახული იყოს შემდეგნაირად:

ექსპერიმენტული მონაცემები ადასტურებს ბენზოლში სწორედ ასეთი სტრუქტურის არსებობას. თუ ბენზოლს ჰქონდა სტრუქტურა, რომელიც თავდაპირველად კეკულემ შემოგვთავაზა, სამი კონიუგირებული ორმაგი ბმით, მაშინ ბენზოლს უნდა დაექვემდებაროს დამატების რეაქციები, როგორიცაა ალკენები. თუმცა, როგორც ზემოთ აღინიშნა, ბენზოლი არ განიცდის დამატებით რეაქციებს. გარდა ამისა, ბენზოლი უფრო სტაბილურია, ვიდრე სამი იზოლირებული ორმაგი ბმა. Მწერის. 5.3 აღინიშნა, რომ ბენზოლის ჰიდროგენაციის ენთალპიას ციკლოჰექსანის წარმოქმნისას აქვს უფრო დიდი უარყოფითი

ცხრილი 18.3. ნახშირბად-ნახშირბადის სხვადასხვა ბმების სიგრძე

ბრინჯი. 18.6. ბენზოლის მოლეკულის გეომეტრიული სტრუქტურა.

ციკლოჰექსენის ჰიდროგენიზაციის ენთალპიაზე სამმაგი მნიშვნელობა. ამ რაოდენობებს შორის განსხვავებას ჩვეულებრივ უწოდებენ დელოკალიზაციის ენთალპიას, რეზონანსულ ენერგიას ან ბენზოლის სტაბილიზაციის ენერგიას.

ბენზოლის რგოლში ნახშირბად-ნახშირბადის ყველა ბმას აქვს იგივე სიგრძე, რაც უფრო მოკლეა ვიდრე C-C ბმების სიგრძე ალკანებში, მაგრამ უფრო გრძელი ვიდრე C=C ბმების სიგრძე ალკენებში (ცხრილი 18.3). ეს ადასტურებს, რომ ნახშირბად-ნახშირბადის ბმები ბენზოლში არის ჰიბრიდი ერთ და ორმაგ ბმებს შორის.

ბენზოლის მოლეკულას აქვს ბრტყელი სტრუქტურა, რომელიც ნაჩვენებია ნახ. 18.6.

ფიზიკური თვისებები

ბენზოლი ნორმალურ პირობებში არის უფერო სითხე, რომელიც იყინება 5,5 °C-ზე და დუღს 80 °C-ზე. მას აქვს დამახასიათებელი სასიამოვნო სუნი, მაგრამ, როგორც ზემოთ აღინიშნა, ძალიან ტოქსიკურია. ბენზოლი არ ერევა წყალს და ბენზოლის სისტემაში წყალი ქმნის ორი ფენის ზედა ნაწილს. თუმცა, ის ხსნადია არაპოლარულ ორგანულ გამხსნელებში და თავისთავად კარგი გამხსნელია სხვა ორგანული ნაერთებისთვის.

ქიმიური თვისებები

მიუხედავად იმისა, რომ ბენზოლი განიცდის დამატებით რეაქციებს (იხ. ქვემოთ), ის არ ავლენს ალკენებისთვის დამახასიათებელ რეაქტიულობას. მაგალითად, ის არ აფერხებს ბრომის წყალს ან -იონის ხსნარს. უფრო მეტიც, ბენზოლი არ არის

შედის დამატებით რეაქციებში ძლიერ მჟავებთან, როგორიცაა მარილმჟავა ან გოგირდის მჟავა.

ამავდროულად, ბენზოლი მონაწილეობს მთელ რიგ ელექტროფილურ ჩანაცვლების რეაქციაში. ამ ტიპის რეაქციის პროდუქტებია არომატული ნაერთები, ვინაიდან ამ რეაქციებში ბენზოლის დელოკალიზებული ელექტრონული სისტემა შენარჩუნებულია. ბენზოლის რგოლზე წყალბადის ატომის ელექტროფილით ჩანაცვლების ზოგადი მექანიზმი აღწერილია თავში. 17.3. ბენზოლის ელექტროფილური ჩანაცვლების მაგალითებია მისი ნიტრაცია, ჰალოგენაცია, სულფონაცია და Friedel-Crafts რეაქციები.

ნიტრაცია. ბენზოლის ნიტრატირება შესაძლებელია (მას ემატება ჯგუფი) კონცენტრირებული აზოტის და გოგირდის მჟავების ნარევით დამუშავებით:

ნიტრობენზოლი

ამ რეაქციის პირობები და მისი მექანიზმი აღწერილია განყოფილებაში. 17.3.

ნიტრობენზოლი არის ღია ყვითელი სითხე დამახასიათებელი ნუშის სუნით. ბენზოლის ნიტრატირებისას, ნიტრობენზოლის გარდა, წარმოიქმნება 1,3-დინიტრობენზოლის კრისტალებიც, რომელიც არის შემდეგი რეაქციის პროდუქტი:

ჰალოგენაცია. თუ სიბნელეში ბენზოლს ქლორს ან ბრომს ურევთ, რეაქცია არ მოხდება. თუმცა, ლუისის მჟავების თვისებების მქონე კატალიზატორების თანდასწრებით, ასეთ ნარევებში ხდება ელექტროფილური ჩანაცვლების რეაქციები. ამ რეაქციების ტიპიური კატალიზატორებია რკინის(III) ბრომიდი და ალუმინის ქლორიდი. ამ კატალიზატორების მოქმედება არის ის, რომ ისინი ქმნიან პოლარიზაციას ჰალოგენის მოლეკულებში, რომლებიც შემდეგ ქმნიან კომპლექსს კატალიზატორთან:

თუმცა არ არსებობს პირდაპირი მტკიცებულება იმისა, რომ თავისუფალი იონები წარმოიქმნება ამ შემთხვევაში. ბენზოლის ბრომირების მექანიზმი რკინის (III) ბრომიდის გამოყენებით, როგორც იონის გადამზიდავი, შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგნაირად:

სულფონაცია. ბენზოლი შეიძლება სულფონირებული იყოს (წყალბადის ატომის ჩანაცვლება სულფო ჯგუფით) მისი ნარევი კონცენტრირებულ გოგირდმჟავასთან რამდენიმე საათის განმავლობაში რეფლუქსით. ამის ნაცვლად, ბენზოლი შეიძლება ფრთხილად გაცხელდეს გოგირდის მჟავასთან ნარევში. გოგირდის მჟავა შეიცავს გოგირდის ტრიოქსიდს. ამ რეაქციის მექანიზმი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს დიაგრამით

Friedel-Crafts-ის რეაქციები. Friedel-Crafts-ის რეაქციებს თავდაპირველად ეწოდებოდა კონდენსაციის რეაქციები არომატულ ნაერთებსა და ალკილის ჰალოიდებს შორის უწყლო ალუმინის ქლორიდის კატალიზატორის თანდასწრებით.

კონდენსაციის რეაქციების დროს, რეაგენტების ორი მოლეკულა (ან ერთი რეაგენტი) ერწყმის ერთმანეთს და ქმნიან ახალი ნაერთის მოლეკულას, ხოლო ზოგიერთი მარტივი ნაერთის მოლეკულა, როგორიცაა წყალი ან წყალბადის ქლორიდი, იშლება (აცილებს) მათ.

ამჟამად Friedel-Crafts რეაქციას უწოდებენ არომატული ნაერთის ნებისმიერ ელექტროფილურ ჩანაცვლებას, რომელშიც ელექტროფილის როლს ასრულებს კარბოკატიონი ან ძლიერ პოლარიზებული კომპლექსი დადებითად დამუხტული ნახშირბადის ატომით. ელექტროფილური აგენტი, როგორც წესი, არის ალკილის ჰალოიდი ან ზოგიერთი კარბოქსილის მჟავის ქლორიდი, თუმცა ის ასევე შეიძლება იყოს, მაგალითად, ალკენი ან ალკოჰოლი. ამ რეაქციების კატალიზატორად ჩვეულებრივ გამოიყენება უწყლო ალუმინის ქლორიდი. Friedel-Crafts-ის რეაქციები ჩვეულებრივ იყოფა ორ ტიპად: ალკილაცია და აცილირება.

ალკილაცია. Friedel-Crafts-ის ამ ტიპის რეაქციაში ბენზოლის რგოლზე წყალბადის ერთი ან მეტი ატომი იცვლება ალკილის ჯგუფებით. მაგალითად, როდესაც ბენზოლისა და ქლორმეთანის ნარევი ნაზად თბება უწყლო ალუმინის ქლორიდის თანდასწრებით, წარმოიქმნება მეთილბენზოლი. ქლორომეთანი ასრულებს ელექტროფილური აგენტის როლს ამ რეაქციაში. იგი პოლარიზებულია ალუმინის ქლორიდით ისევე, როგორც ჰალოგენის მოლეკულები:

განხილული რეაქციის მექანიზმი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგნაირად:

უნდა აღინიშნოს, რომ ამ კონდენსაციის რეაქციაში ბენზოლსა და ქლორმეთანს შორის წყალბადის ქლორიდის მოლეკულა გამოირიცხება. ასევე გაითვალისწინეთ, რომ ლითონის კარბოკატიონის რეალური არსებობა თავისუფალი იონის სახით საეჭვოა.

ბენზოლის ალკილაცია ქლორმეთანით კატალიზატორის - უწყლო ალუმინის ქლორიდის თანდასწრებით არ იწვევს მეთილბენზოლის წარმოქმნას. ამ რეაქციაში ხდება ბენზოლის რგოლის შემდგომი ალკილაცია, რაც იწვევს 1,2-დიმეთილბენზოლის წარმოქმნას:

აცილაცია. Friedel-Crafts-ის ამ ტიპის რეაქციაში ბენზოლის რგოლზე წყალბადის ატომი იცვლება აცილის ჯგუფით, რის შედეგადაც წარმოიქმნება არომატული კეტონი.

აცილის ჯგუფს აქვს ზოგადი ფორმულა

აცილური ნაერთის სისტემატური სახელწოდება იქმნება სუფიქსისა და დაბოლოების -ova ჩანაცვლებით შესაბამისი კარბოქსილის მჟავის სახელით, რომლის წარმოებულიც ეს აცილური ნაერთია, სუფიქსით -(o) yl. Მაგალითად

ბენზოლის აცილაცია ხორციელდება ნებისმიერი კარბოქსილის მჟავის ქლორიდის ან ანჰიდრიდის გამოყენებით კატალიზატორის, უწყლო ალუმინის ქლორიდის თანდასწრებით. Მაგალითად

ეს რეაქცია არის კონდენსაცია, რომელშიც წყალბადის ქლორიდის მოლეკულა გამოიყოფა. ასევე გაითვალისწინეთ, რომ სახელწოდება "ფენილი" ხშირად გამოიყენება ბენზოლის რგოლზე იმ ნაერთებში, სადაც ბენზოლი არ არის მთავარი ჯგუფი:

დანამატის რეაქციები. მიუხედავად იმისა, რომ ბენზოლი ყველაზე მეტად ხასიათდება ელექტროფილური ჩანაცვლების რეაქციებით, ის ასევე განიცდის დამატებით რეაქციებს. ერთ-ერთ მათგანს უკვე შევხვდით. საუბარია ბენზოლის ჰიდროგენიზაციაზე (იხ. ნაწილი 5.3). როდესაც 150-160 °C ტემპერატურაზე წვრილად დაფქული ნიკელის კატალიზატორის ზედაპირზე გადადის ბენზოლისა და წყალბადის ნარევი, ხდება რეაქციების მთელი რიგი, რომელიც მთავრდება ციკლოჰექსანის წარმოქმნით. ამ რეაქციის საერთო სტოქიომეტრიული განტოლება შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგნაირად:

ულტრაიისფერი გამოსხივების ან მზის პირდაპირი სხივების ზემოქმედებისას, ბენზოლი ასევე რეაგირებს ქლორთან. ეს რეაქცია ხდება რთული რადიკალური მექანიზმის მეშვეობით. მისი საბოლოო პროდუქტია 1,2,3,4,5,6-ჰექსაქლოროციკლოჰექსანი:

მსგავსი რეაქცია ხდება ბენზოლსა და ბრომს შორის ულტრაიისფერი გამოსხივების ან მზის გავლენის ქვეშ.

ოქსიდაცია. ბენზოლი და ბენზოლის რგოლი სხვა არომატულ ნაერთებში, ზოგადად რომ ვთქვათ, მდგრადია ჟანგვის მიმართ, თუნდაც ისეთი ძლიერი ჟანგვის აგენტებით, როგორიცაა კალიუმის პერმანგანატის მჟავე ან ტუტე ხსნარი. თუმცა, ბენზოლი და სხვა არომატული ნაერთები იწვის ჰაერში ან ჟანგბადში და წარმოქმნის ძალიან კვამლის ცეცხლს, რაც დამახასიათებელია ნახშირწყალბადებისთვის მაღალი შედარებითი ნახშირბადის შემცველობით.

რეაქციების პირველი ჯგუფი არის ჩანაცვლებითი რეაქციები. ჩვენ ვთქვით, რომ არენებს არ აქვთ მრავალჯერადი ბმა მოლეკულის სტრუქტურაში, მაგრამ შეიცავს ექვსი ელექტრონის კონიუგირებულ სისტემას, რომელიც ძალიან სტაბილურია და დამატებით ძალას ანიჭებს ბენზოლის რგოლს. მაშასადამე, ქიმიურ რეაქციებში პირველ რიგში ხდება წყალბადის ატომების ჩანაცვლება და არა ბენზოლის რგოლის განადგურება.

ალკანებზე საუბრისას უკვე შევხვდით ჩანაცვლების რეაქციებს, მაგრამ მათთვის ეს რეაქციები რადიკალურ მექანიზმს მიჰყვებოდა, ხოლო არენებს ახასიათებთ ჩანაცვლებითი რეაქციების იონური მექანიზმი.

Პირველიქიმიური თვისებების ჰალოგენაცია. წყალბადის ატომის ჩანაცვლება ჰალოგენის ატომით, ქლორით ან ბრომით.

რეაქცია ხდება გაცხელებისას და ყოველთვის კატალიზატორის მონაწილეობით. ქლორის შემთხვევაში, ეს შეიძლება იყოს ალუმინის ქლორიდი ან რკინის ქლორიდი სამი. კატალიზატორი პოლარიზებს ჰალოგენის მოლეკულას, რაც იწვევს ჰეტეროლიზურ ბმას გაწყვეტას და წარმოქმნის იონებს.

ქლორი არის დადებითად დამუხტული იონი და რეაგირებს ბენზოლთან.

თუ რეაქცია ხდება ბრომთან, მაშინ კატალიზატორი არის რკინის ბრომიდი ან ალუმინის ბრომიდი.

მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ რეაქცია ხდება მოლეკულურ ბრომთან და არა ბრომიან წყალთან. ბენზოლი არ რეაგირებს ბრომიან წყალთან.

ბენზოლის ჰომოლოგების ჰალოგენიზაციას აქვს საკუთარი მახასიათებლები. ტოლუენის მოლეკულაში მეთილის ჯგუფი ხელს უწყობს ჩანაცვლებას რგოლში, იზრდება რეაქტიულობა და რეაქცია ხდება უფრო რბილ პირობებში, ანუ ოთახის ტემპერატურაზე.

მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ჩანაცვლება ყოველთვის ხდება ორთო და პარა პოზიციებზე, ამიტომ მიიღება იზომერების ნარევი.

მეორებენზოლის თვისება ნიტრირება, ბენზოლის რგოლში ნიტრო ჯგუფის შეყვანა.

მძიმე მოყვითალო სითხეში მწარე ნუშის სუნით წარმოიქმნება ნიტრობენზოლი, ამიტომ რეაქცია შეიძლება იყოს ხარისხობრივი ბენზოლის მიმართ. ნიტრატირებისთვის გამოიყენება კონცენტრირებული აზოტისა და გოგირდის მჟავების ნიტრატირების ნარევი. რეაქცია ხორციელდება გათბობით.

შეგახსენებთ, რომ კონოვალოვის რეაქციაში ალკანების ნიტრაციისთვის გამოიყენებოდა განზავებული აზოტის მჟავა გოგირდმჟავას დამატების გარეშე.

ტოლუოლის ნიტრაციის დროს, ასევე ჰალოგენაციის დროს წარმოიქმნება ორთო- და პარა-იზომერების ნარევი.

მესამებენზოლის ალკილაცია ჰალოალკანებით.

ეს რეაქცია იძლევა ბენზოლის რგოლში ნახშირწყალბადის რადიკალის შეყვანის საშუალებას და შეიძლება ჩაითვალოს ბენზოლის ჰომოლოგების წარმოების მეთოდად. ალუმინის ქლორიდი გამოიყენება როგორც კატალიზატორი, რომელიც ხელს უწყობს ჰალოალკანის მოლეკულის იონებად დაშლას. გათბობაც აუცილებელია.

მეოთხებენზოლის ალკილიზაცია ალკენებით.

ამ გზით შეგიძლიათ მიიღოთ, მაგალითად, კუმენი ან ეთილბენზოლი. კატალიზატორი ალუმინის ქლორიდი.

2. ბენზოლთან დამატების რეაქციები

რეაქციების მეორე ჯგუფი არის დანამატის რეაქციები. ჩვენ ვთქვით, რომ ეს რეაქციები არ არის ტიპიური, მაგრამ ისინი შესაძლებელია საკმაოდ მკაცრ პირობებში პი-ელექტრონული ღრუბლის განადგურებით და ექვსი სიგმა ბმის წარმოქმნით.

მეხუთეთვისება ზოგად სიაში ჰიდროგენიზაცია, წყალბადის დამატება.

ტემპერატურა, წნევა, კატალიზატორი ნიკელი ან პლატინი. ტოლუენს შეუძლია იგივე რეაგირება მოახდინოს.

მეექვსექონების ქლორირება. გთხოვთ გაითვალისწინოთ, რომ ჩვენ ვსაუბრობთ კონკრეტულად ქლორთან ურთიერთქმედების შესახებ, რადგან ბრომი არ შედის ამ რეაქციაში.

რეაქცია ხდება მკაცრი ულტრაიისფერი გამოსხივების ქვეშ. იქმნება ჰექსაქლოროციკლოჰექსანი, ჰექსაქლორანის სხვა სახელი, მყარი.

მნიშვნელოვანია გვახსოვდეს, რომ ბენზოლისთვის შეუძლებელიწყალბადის ჰალოგენების დამატების რეაქციები (ჰიდროჰალოგენაცია) და წყლის დამატება (ჰიდრატაცია).

3. ჩანაცვლება ბენზოლის ჰომოლოგების გვერდით ჯაჭვში

რეაქციების მესამე ჯგუფი ეხება მხოლოდ ბენზოლის ჰომოლოგებს - ეს არის ჩანაცვლება გვერდით ჯაჭვში.

მეშვიდეთვისება ზოგად სიაში ჰალოგენაცია ალფა ნახშირბადის ატომზე გვერდითა ჯაჭვში.

რეაქცია ხდება გაცხელების ან დასხივებისას და ყოველთვის მხოლოდ ალფა ნახშირბადზე. როდესაც ჰალოგენაცია გრძელდება, მეორე ჰალოგენის ატომი ალფა პოზიციას დაუბრუნდება.

4. ბენზოლის ჰომოლოგების დაჟანგვა

რეაქციების მეოთხე ჯგუფი არის დაჟანგვა.

ბენზოლის რგოლი ძალიან ძლიერია, ამიტომ ბენზოლი არ იჟანგებაკალიუმის პერმანგანატი არ აფერხებს მის ხსნარს. ეს ძალიან მნიშვნელოვანია გახსოვდეთ.

მაგრამ ბენზოლის ჰომოლოგები იჟანგება კალიუმის პერმანგანატის დამჟავებული ხსნარით გაცხელებისას. და ეს არის მერვე ქიმიური თვისება.

ეს წარმოქმნის ბენზოის მჟავას. შეინიშნება ხსნარის გაუფერულება. ამ შემთხვევაში, რაც არ უნდა გრძელი იყოს შემცვლელის ნახშირბადის ჯაჭვი, ის ყოველთვის წყდება ნახშირბადის პირველი ატომის შემდეგ და ალფა ატომი იჟანგება კარბოქსილის ჯგუფში ბენზოინის მჟავის წარმოქმნით. მოლეკულის დარჩენილი ნაწილი იჟანგება შესაბამის მჟავამდე ან, თუ ეს მხოლოდ ერთი ნახშირბადის ატომია, ნახშირორჟანგამდე.

თუ ბენზოლის ჰომოლოგს აქვს ერთზე მეტი ნახშირწყალბადის შემცვლელი არომატულ რგოლზე, მაშინ დაჟანგვა ხდება იგივე წესების მიხედვით - ალფა პოზიციაში მდებარე ნახშირბადი იჟანგება.

ეს მაგალითი წარმოქმნის ორფუძიან არომატულ მჟავას, რომელსაც ეწოდება ფტალის მჟავა.

განსაკუთრებით მინდა აღვნიშნო კუმენის, იზოპროპილბენზოლის დაჟანგვა ატმოსფერული ჟანგბადით გოგირდმჟავას თანდასწრებით.

ეს არის ეგრეთ წოდებული კუმენის მეთოდი ფენოლის წარმოებისთვის. როგორც წესი, ამ რეაქციას ხვდება ფენოლის გამომუშავებასთან დაკავშირებულ საკითხებში. ეს არის ინდუსტრიული მეთოდი.

მეცხრექონების წვა, სრული დაჟანგვა ჟანგბადით. ბენზოლი და მისი ჰომოლოგები იწვება ნახშირორჟანგამდე და წყალში.

დავწეროთ ბენზოლის წვის განტოლება ზოგადი ფორმით.

მასის შენარჩუნების კანონის მიხედვით, მარცხნივ იმდენი ატომები უნდა იყოს, რამდენიც მარჯვნივ. რადგან ქიმიურ რეაქციებში ატომები არ ქრება, მაგრამ მათ შორის კავშირების რიგი უბრალოდ იცვლება. ასე რომ, ნახშირორჟანგის იმდენი მოლეკულა იქნება, რამდენი ნახშირბადის ატომია არენის მოლეკულაში, ვინაიდან მოლეკულა შეიცავს ნახშირბადის ერთ ატომს. ანუ n CO 2 მოლეკულები. წყალბადის ატომებზე ორჯერ ნაკლები წყლის მოლეკულები იქნება, ანუ (2n-6)/2, რაც ნიშნავს n-3.

მარცხნივ და მარჯვნივ არის იგივე რაოდენობის ჟანგბადის ატომები. მარჯვნივ არის 2n ნახშირორჟანგიდან, რადგან თითოეულ მოლეკულას აქვს ორი ჟანგბადის ატომი, პლუს n-3 წყლისგან, სულ 3n-3. მარცხნივ არის ჟანგბადის ატომების იგივე რაოდენობა 3n-3, რაც ნიშნავს, რომ მოლეკულა ორჯერ ნაკლებია, რადგან მოლეკულა შეიცავს ორ ატომს. ანუ (3n-3)/2 ჟანგბადის მოლეკულა.

ამრიგად, ჩვენ შევადგინეთ ბენზოლის ჰომოლოგების წვის განტოლება ზოგადი ფორმით.

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 უჯერი შემადგენლობისა. ამრიგად, ეთილენის ორმაგი ბმებით უჯერი ნაერთებისგან განსხვავებით, ბენზოლი მდგრადია ჟანგვის აგენტების მიმართ.

ბრინჯი. 1. ბენზოლის მოლეკულის სტრუქტურა კეკულის მიხედვით.

ბენზოლის მიღება

ბენზოლის მიღების ძირითადი მეთოდები მოიცავს:

- 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 = 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 ხდება 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

ბენზოლი ხასიათდება ჩანაცვლებითი რეაქციებით, რომლებიც წარმოიქმნება ელექტროფილური მექანიზმის მეშვეობით:

ჰალოგენაცია (ბენზოლი რეაგირებს ქლორთან და ბრომთან კატალიზატორების თანდასწრებით - უწყლო AlCl 3, FeCl 3, AlBr 3)

C 6 H 6 + Cl 2 = 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 =CH-CH 3 → C 6 H 5 -CH(CH 3) 2

ბენზოლზე დამატების რეაქციები იწვევს არომატული სისტემის განადგურებას და ხდება 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 გავლენის ქვეშ 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. ბენზოლის რგოლების შემცველი თითქმის ყველა ნაერთი მიიღება ბენზოლისგან, მაგალითად, სტირონი, ფენოლი, ანილინი, ჰალოგენირებული 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.

გამოსავალი

ჭვარტლი არის ნახშირბადი. მოდით ვიპოვოთ ჭვარტლის ნივთიერების რაოდენობა პრობლემის პირობების მიხედვით (ნახშირბადის მოლური მასა არის 12 გ/მოლი):

n(C) = m(C) / M(C);

n(C) = 6 / 12 = 0.5 მოლი.

გამოვთვალოთ წყალბადის ნივთიერების რაოდენობა:

n(H 2) = V(H 2) / V m;

n(H2) = 5.6 / 22.4 = 0.25 მოლი.

ეს ნიშნავს, რომ ერთი წყალბადის ატომის ნივთიერების რაოდენობა ტოლი იქნება:

n(H) = 2 × 0.25 = 0.5 მოლი.

ნახშირწყალბადის მოლეკულაში ნახშირბადის ატომების რაოდენობა აღვნიშნოთ როგორც „x“, ხოლო წყალბადის ატომების რაოდენობა „y“, მაშინ ამ ატომების თანაფარდობა მოლეკულაში არის:

x: y = 0.5: 0.5 = 1:1.

შემდეგ ნახშირწყალბადის უმარტივესი ფორმულა გამოისახება CH შემადგენლობით. CH შემადგენლობის მოლეკულის მოლეკულური წონა უდრის:

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) = 3,482 x 22,4 = 78 გ/მოლი.

მოდით განვსაზღვროთ ნახშირწყალბადის ნამდვილი ფორმულა:

k= M(C x H y)/ M(CH)= 78/13 =6,

ამიტომ, კოეფიციენტები "x" და "y" უნდა გამრავლდეს 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