Общая характеристика одноядерных аренов

Физические свойства. Бензол и его ближайшие гомологи - бесцвет­ные жидкости с бензиновым запахом, нерастворимые в воде, но хорошо растворяющиеся в неполярных органических растворителях. Легче воды. Огнеопасны. Бензол токсичен (вызывает заболевание крови - лейкемию).

Номенклатура. Широко используются тривиальные названия (толу­ол, ксилол, кумол и т.п.). Систематические названия гомологов бензола строят из названия углеводородного радикала (приставка) и слова бензол (корень): С6Н5-СH3 - метилбензол (толуол), С6Н5-С2H5 - этилбензол, С6Н5-СH(CH₃)2 - изопропилбензол (кумол). Если радикалов два или более, их положение указывается номерами атомов углерода в кольце, с которы­ми они связаны. Нумерацию кольца проводят так, чтобы номера радикалов были наименьшими.

Для дизамещенных бензолов R-C6H4-R используется также другой способ построения названий, при котором положение заместителей указы­вают перед тривиальным названием соединения приставками:

орто- (о-) заместители у соседних атомов углерода кольца, т.е. в по­ложении 1,2-;

мета- (м-) заместители через один атом углерода (1,3-);

пара- (п-) заместители на противоположных сторонах (1,4-).

Например:

Ароматические одновалентные радикалы (например, СбН5~, КСвЩ-) имеют общее название арил и обозначаются символом Аг. Названия неко­торых распространенных в номенклатуре радикалов:

СбН5- фенил, СН3-С6Н4- толил (о-, м- или и-), С6Н5-СН2- бензил.

Бензил относится к арилалкилам, или короче, аралкилам (ArAlk) поскольку сво­бодная валентность находится при алкильной группе.

Изомерия. В ряду гомологов бензола проявляется структурная изо­мерия: 1) положения заместителей для ди-, три- и /ие/и/м-замещенных бензолов (например, о-, м- и и-ксилолы); 2) углеродного скелета в боко­вой цепи, содержащей не менее 3-х атомов углерода (С6Н5-СН2СН2СН3 -н-пропилбензол и С₆Н₅-СН(СН₃)₂ - изопропилбензол или кумол); 3) изомерия заместителей R, начиная с R = С₂Н₅, (например, молекуляр­ной формуле C₈H₁₀ соответствуют 4 изомера: о-, м-, и-ксилолы СН₃-С₆Н₄-СН₃ и этилбензол С₆Н₅-С₂Н₅); 4) межклассовая изомерия с не­предельными соединениями (например, формулу С₆Н₆ кроме бензола имеют соединения СН₂=СН-СH=СH-СН=СН₂, СН₂=СH-СН=СН-СН=СН₂ и т.п., а также ненасыщенные циклы).

Пространственная изомерия относительно бензольного кольца в за­мещенных аренах отсутствует.

Химические свойства

Несмотря на ненасыщенность углеродного скелета, химические свой­ства аренов резко отличаются от свойств непредельных углеводородов.

Вследствие повышенной устойчивости (ароматичности) бензольного кольца арены не склонны вступать в реакции присоединения или окисле­ния, которые ведут к нарушению ароматичности. Для них наиболее харак­терны реакции, идущие с сохранением ароматической системы, а именно, реакции замещения атомов водорода, связанных с циклом.

Электрофильное замещение в бензольном кольце

К реакциям этого типа относятся галогенирование, нитрование, сульфирование, алкилирование, ацилирование аренов.

Общая схема :

С₆Н₆ + XF→ С₆Н₅Х + HY

Галогенирование. Замещение атома водорода в бензольном кольце на галоген происходит в присутствии кислоты Льюиса (AlCl₃, FeBr₃ и т.п.) в качестве катализатора.

Схема реакции хлорирования бензола:

Нитрование. Бензол реагирует с нитрующей смесью (смесью концен­трированных азотной и серной кислот). Схема реакции:

Алкилирование. Замещение атома водорода в бензольном кольце на алкильную группу (образование гомологов бензола) происходит под дей­ствием алкилгалогенидов (реакция Фриделя-Крафтса) или алкенов в при­сутствии кислот Льюиса.

1. Алкилирование по Фриделю-Крафтсу (катализаторы галогениды алюминия, железа, олова, титана; фторид бора):