5. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ (АРЕНЫ) Физические свойства Простейшим представителем ароматических углеводородов (УВ) является бензол, его эмпирическая формула С6Н6. Производные бензола – толуол (метилбензол), ксилолы (1,2-диметилбензол, 1,3диметилбензол, 1,4-диметилбензол). Бензол при обычных условиях – бесцветная жидкость, не смешивается с водой, хороший растворитель, сильно токсичен. Толуол – бесцветная жидкость с характерным запахом, не растворим в воде, менее токсичен, чем бензол. Химические свойства Ароматическая связь определяет химические свойства бензола и других ароматических УВ. 6π-электронная система является более устойчивой, чем обычные двухэлектронные π-связи, поэтому реакции присоединения менее характерны для ароматических УВ, чем для непредельных УВ. Наиболее характерными для аренов являются реакции замещения, которые протекают при повышенной температуре, в присутствии катализаторов (галогенирование, нитрование, сульфирование, алкилирование). Реакции замещения протекают легче, чем для предельных УВ. У толуола атомы водорода бензольного кольца замещаются в орто- и пара-положениях относительно метильной группы. Реакции присоединения протекают в жестких условиях (при повышенных температурах, давлениях, на свету, в присутствии катализатора). Гидрирование бензола приводит к образованию циклогексана, хлорирование на свету – к образованию гексахлорциклогексана (гексахлорана). Аналогичная реакция для толуола, протекающая в присутствии катализатора, приводит к образованию хлорпроизводных толуола, хлорирование на свету происходит по метильной группе с образованием хлорметилбензола. Реакции окисления для бензола не характерны. Бензольное кольцо устойчиво к действию обычных окислителей (KMnO4, K2Cr2O7). Возможно полное окисление (горение) бензола с образованием углекислого газа и воды. И только под действием некоторых специфических окислителей возможно окисление бензола до органических веществ (при окислении кислородом воздуха с использованием V2O5 образуется малеиновая кислота). В отличие от бензола его гомологи окисляются некоторыми окислителями, при этом окислению подвергается боковая цепь, например, в случае толуола – метильная группа. При наличии одной боковой цепи конечным продуктом окисления является бензойная кислота C6H5–COOH. При наличии нескольких боковых цепей каждая из них окисляется до карбоксильной группы и в результате образуются многоосновные кислоты. Реакции окисления служат для качественного разделения бензола и его гомологов. Химические свойства бензола отражены следующей схемой. X + Х2 (AlX3, FeX3) + HX галогенбензол NO2 + HONO2, t H2SO4 нитробензол SO3H + H2O бензолсульфокислота + HOSO3H(конц), t R + R X, AlCl3 алкилбензол R C + R CH CH2 H3PO4 CH3 алкилбензол O +R C R C Cl, AlCl3, t O + HCl алкилфенилкетон + 3H2, Ni, t циклогексан +O2, V2O5 400°C +3Cl2, hv O HC C O + CO + H O 2 2 HC C O малеиновый ангидрид Cl Cl Cl гексахлорциклогексан Cl Cl Cl Способы получения бензола 1. Переработка нефти и угля. 2. Дегидрирование циклогексана. 3. Тримеризация ацетилена в присутствии катализатора активированного угля (Н. Д. Зелинский).