Бензолыг нүүрс, тосыг коксжуулах явцад үүссэн нүүрсний давирхайгаас синтетик аргаар гаргаж авдаг.
1. Алифат нүүрсустөрөгчөөс бэлтгэх.Нэг молекулд дор хаяж зургаан нүүрстөрөгчийн атом бүхий шулуун гинжин хэлхээтэй алкануудыг халсан цагаан алт эсвэл хромын исэлээр дамжуулах үед, дегидроциклизаци— устөрөгч ялгаруулж арен үүсэх: арга Б.А. Казанский ба A.F. Таваг
2. Усгүйжүүлэхциклоалканууд (Н.Д. Зелинский) Циклогексан ба түүний гомологуудын уурыг 3000 0 хэмд халсан цагаан алтаар дамжуулснаар урвал явагдана.
3. Бензолыг олж авах 600 0-д идэвхжүүлсэн нүүрс дээр ацетиленийг тримержүүлэх(Н.Д. Зелинский )
| 3HC?CH | -- 600?C? |
4. Үнэрт хүчлийн давсыг шүлт эсвэл содын шохойтой холих:
5. Химийн шинж чанараренов.
Бензолын цөм нь маш бат бөх байдаг. Аренуудын хамгийн ердийн урвал нь механизмын дагуу явагддаг урвалууд юм электрофил орлуулах, S E тэмдгээр тэмдэглэсэн (Англи орлуулах электрофил гэсэн үгнээс).
Бензолын химийн шинж чанар.
1. Орлуулах урвалууд:
Галогенжилт . Бензол нь ердийн нөхцөлд хлор, бромтой урвалд ордоггүй. Урвал нь зөвхөн катализаторын дэргэд байж болно - усгүй AlCl 3, FeCl 3, AlBr 3. Урвалын үр дүнд галогенээр орлуулсан аренууд үүсдэг.
Катализаторын үүрэг нь төвийг сахисан галоген молекулыг туйлшруулж түүнээс электрофил бөөмс үүсгэх явдал юм.
Нитратжуулалт . Бензол нь өтгөрүүлсэнтэй маш удаан урвалд ордог азотын хүчилөндөр температурт ч гэсэн. Гэсэн хэдий ч, гэж нэрлэгддэг үйл ажиллагааны дор нитратлах хольц (баяжуулсан азот, хүхрийн хүчлийн холимог) Нитратжуулалтын урвал нь маш энгийн:
Сульфонжуулалт.Урвал нь хүхрийн хүчлийн (олеум) "утаах" нөлөөн дор амархан явагддаг:
2. Friedel-Crafts алкилизаци. Урвалын үр дүнд бензолын гомологийг үүсгэхийн тулд алкил бүлгийг бензолын цагирагт оруулдаг. Бензол нь катализаторууд - хөнгөн цагаан галидын дэргэд RСl галоалкантай тулгарах үед урвал явагдана. Катализаторын үүрэг нь RСl молекулын туйлшрал хүртэл буурч, электрофил бөөмс үүсэх болно.
Галоалкан дахь радикалын бүтцээс хамааран янз бүрийн бензолын гомологуудыг авч болно.
Алкенуудтай алкилизаци.Эдгээр урвалууд нь этилбензол, изопропилбензол (кумен) үйлдвэрлэхэд өргөн хэрэглэгддэг. Алкилизаци нь AlCl 3 катализаторын оролцоотойгоор явагддаг. Урвалын механизм нь өмнөх урвалын механизмтай төстэй:
Дээр дурдсан бүх урвалууд механизмын дагуу явагддаг электрофил орлуулах S E. Ареныг нэмэх урвал нь үнэрт системийг устгахад хүргэдэг бөгөөд их хэмжээний энерги шаарддаг тул зөвхөн хатуу ширүүн нөхцөлд л тохиолддог.
3. Бондыг таслах нэмэлт урвалууд:
Устөрөгчжүүлэх.Арен руу устөрөгч нэмэх урвал нь металлын катализатор (Ni, Pt, Pd) байлцуулан халаалт, өндөр даралтын дор явагддаг. Бензолэргэж байна циклогександ, А бензолын гомологууд - циклогексаны деривативт:
Радикал галогенжилт. Бензолын уурын хлортой харилцан үйлчлэл нь радикал механизмын дагуу явагддаг зөвхөн хатуу хэт ягаан туяаны нөлөөн дор.Энэ тохиолдолд бензол нь гурван хлорын молекултай нэгдэж, үүсдэг хатуу бүтээгдэхүүн -гексахлорциклогексан (гексахлоран) C 6 H 6 Cl 6:
4. Агаар мандлын хүчилтөрөгчөөр исэлдэх.Исэлдүүлэгч бодисуудад тэсвэртэй байдлын хувьд бензол нь алкантай төстэй. Зөвхөн V 2 O 5 катализаторын оролцоотойгоор бензолын уурыг агаар мандлын хүчилтөрөгчтэй хүчтэй халаахад (400 ° C) малений хүчил ба түүний ангидридын хольцыг олж авна.
5. Бензол шатдаг. (Туршилтыг үзэх) Бензолын дөл нь молекул дахь нүүрстөрөгчийн өндөр агууламжтай тул утаатай байдаг.
2 C 6 H 6 + 15 O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O
6. Талбайн хэрэглээ.
Бензол ба түүний гомологуудыг эм, хуванцар, будагч бодис, ацетон, фенол, формальдегидийн хуванцар үйлдвэрлэхэд химийн түүхий эд болгон ашигладаг. пестицид болон бусад олон органик бодисууд. Уусгагч болгон өргөн ашигладаг. Бензол нь нэмэлт бодис болох моторын түлшний чанарыг сайжруулдаг. Этиленийг этилийн спирт, полиэтилен үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Энэ нь хүлэмжийн агаарт бага хэмжээгээр нэвтрүүлэхэд жимс (улаан лооль, цитрус) боловсорч гүйцэх явцыг хурдасгадаг. Пропилен нь глицерин, спиртийн нийлэгжилт, олс, олс, савлагааны материал үйлдвэрлэхэд ашигладаг полипропилен үйлдвэрлэхэд ашиглагддаг. Синтетик резинийг 1-бутенаас үйлдвэрлэдэг.
Ацетиленийг металлын автоген гагнахад ашигладаг. Полиэтиленийг уут, тоглоом, гэр ахуйн хэрэгсэл (шил, хувин, аяга гэх мэт) үйлдвэрлэхэд сав баглаа боодлын материал болгон ашигладаг. Үнэрт нүүрсустөрөгчийг будагч бодис, хуванцар, химийн эм, тэсэрч дэлбэрэх бодис, нийлэг утас, моторын түлш гэх мэт үйлдвэрлэлд өргөн ашигладаг.Үнэрт нүүрсустөрөгчийн үндсэн эх үүсвэр нь Коксжих нүүрсний бүтээгдэхүүнийг ашигладаг. 1-ээс ТКам.-Өг. давирхайг дунджаар суллаж болно: 3.5 кгбензол, 1.5 кгтолуол, 2 кгнафталин. Их ач холбогдол A. u үйлдвэрлэлтэй. тослог нефтийн нүүрсустөрөгчөөс . Зарим хүмүүсийн хувьд А.у. Цэвэр синтетик аргууд нь практик ач холбогдолтой юм. Тиймээс этилбензолыг бензол, этиленээс гаргаж авдаг бөгөөд усгүйжүүлэлт нь стирол үүсгэдэг.
ӨӨРИЙГӨӨ ХЯНАХ ДААЛГАВАР:
1. Ямар нэгдлүүдийг арен гэж нэрлэдэг вэ?
2. Физикийн онцлог шинж чанарууд юу вэ?
3. Даалгавар. 7.8 г бензолоос 8.61 г нитробензол гаргаж авсан. Урвалын бүтээгдэхүүний гарцыг (%-иар) тодорхойлно.
Ерөнхий анхаарал.
Үнэрт нүүрсустөрөгч (арен) нь молекулууд нь нэг буюу хэд хэдэн бензолын цагираг агуулсан бодисууд юм - бондын онцгой шинж чанартай нүүрстөрөгчийн атомын циклийн бүлгүүд.
"Бензолын цагираг" гэсэн ойлголт нь нэн даруй декодчилохыг шаарддаг. Үүнийг хийхийн тулд бензолын молекулын бүтцийг дор хаяж товч авч үзэх шаардлагатай. Бензолын анхны бүтцийг 1865 онд Германы эрдэмтэн А.Кекуле санал болгожээ.
Энэ томьёо нь нүүрстөрөгчийн зургаан атомын эквивалентыг зөв тусгасан боловч бензолын хэд хэдэн онцгой шинж чанарыг тайлбарлаагүй болно. Жишээлбэл, ханаагүй боловч бензол нь нэмэлт урвалд орох хандлагатай байдаггүй: энэ нь бромын ус болон калийн перманганатын уусмалыг өнгө алддаггүй. ханаагүй нэгдлүүдийн хувьд чанарын урвал өгдөггүй.
Бензолын бүтцийн онцлог, шинж чанарыг орчин үеийн химийн бондын квант механик онолыг боловсруулсны дараа л бүрэн тайлбарласан. Орчин үеийн ойлголтоор бол бензолын молекул дахь нүүрстөрөгчийн зургаан атом бүгд -эрлийз төлөвт байна. Нүүрстөрөгчийн атом бүр нэг хавтгайд байрлах өөр хоёр нүүрстөрөгчийн атом, нэг устөрөгчийн атомтай холбоо үүсгэдэг. Гурван холболтын хоорондох холбоосын өнцөг нь 120 ° байна. Тиймээс бүх зургаан нүүрстөрөгчийн атомууд нэг хавтгайд байрладаг бөгөөд ердийн зургаан өнцөгт (бензолын молекулын араг яс) үүсгэдэг.
Нүүрстөрөгчийн атом бүр нэг эрлийзжүүлээгүй p орбиталтай байдаг.
Зургаан ийм тойрог зам нь хавтгайд перпендикуляр байрладаг - араг яс, бие биентэйгээ зэрэгцээ (Зураг 21.1, а). Бүх зургаан p-электронууд хоорондоо харилцан үйлчилж, ердийн давхар бонд үүсэхтэй адил хосоороо нутагшдаггүй, харин нэг электрон үүлэнд нэгтгэгддэг -бонд үүсгэдэг. Тиймээс дугуй коньюгаци нь бензолын молекулд үүсдэг (§ 19-ийг үз). Энэхүү коньюгат систем дэх хамгийн өндөр электрон нягт нь араг ясны хавтгайн дээр ба доор байрладаг (Зураг 21.1, b).
Цагаан будаа. 21.1. Бензолын молекулын бүтэц
Үүний үр дүнд бензол дахь нүүрстөрөгчийн атомуудын хоорондох бүх холбоо нь 0.139 нм урттай байна. Энэ утга нь алкан дахь нэг бондын урт (0.154 нм) ба алкен дахь давхар холболтын урт (0.133 нм) хоорондын завсрын утга юм. Холболтын тэнцүү байдлыг ихэвчлэн мөчлөгийн доторх тойрогоор дүрсэлсэн байдаг (Зураг 21.1, в). Дугуй коньюгаци нь 150 кЖ/моль эрчим хүчний өсөлтийг өгдөг. Энэ утга нь коньюгацийн энергийг бүрдүүлдэг - бензолын үнэрт системийг тасалдуулахад зарцуулагдах энергийн хэмжээ (харьцуулаарай - бутадиен дэх коньюгацийн энерги нь ердөө 12 кЖ/моль).
Энэхүү электрон бүтэц нь бензолын бүх шинж чанарыг тайлбарладаг. Ялангуяа бензол яагаад нэмэлт урвалд ороход хэцүү байдаг нь тодорхой байна - энэ нь коньюгацийг зөрчихөд хүргэдэг. Ийм хариу үйлдэл нь зөвхөн маш хүнд нөхцөлд л боломжтой байдаг.
Нэршил ба изомеризм.
Уламжлал ёсоор бол талбайг хоёр эгнээ болгон хувааж болно. Эхнийх нь бензолын деривативууд (жишээлбэл, толуол эсвэл бифенил), хоёрдугаарт конденсацсан (полинуклеар) аренууд (тэдгээрийн хамгийн энгийн нь нафталин) орно.
Бид зөвхөн ерөнхий томъёо бүхий бензолын гомолог цувралыг авч үзэх болно.
Бензолын гомолог цуврал дахь бүтцийн изомеризм нь цөм дэх орлуулагчдын харилцан зохион байгуулалттай холбоотой юм. Бензолын цагираг дахь бүх атомууд тэнцүү байдаг тул моноорлуулсан бензолын деривативууд нь байрлалын изомергүй байдаг. Хоёр орлуулсан деривативууд нь орлуулагчдын харьцангуй байрлалаараа ялгаатай гурван изомер хэлбэрээр байдаг. Орлуулагчдын байрлалыг тоо эсвэл угтвараар тэмдэглэнэ.
Аромат нүүрсустөрөгчийн радикалуудыг арил радикал гэж нэрлэдэг. Радикалыг фенил гэж нэрлэдэг.
Физик шинж чанар.
Бензолын гомологийн цувралын эхний гишүүд (жишээлбэл, толуол, этилбензол гэх мэт) нь өвөрмөц үнэртэй өнгөгүй шингэн юм. Тэд уснаас хөнгөн бөгөөд усанд уусдаггүй. Сайн уусдаг органик уусгагч. Бензол ба түүний гомологууд нь өөрөө олон органик бодисын сайн уусгагч юм. Бүх талбайнууд нь молекул дахь нүүрстөрөгчийн өндөр агууламжаас болж утаатай дөлөөр шатдаг.
Олж авах аргууд.
1. Алифат нүүрсустөрөгчөөс бэлтгэх. Нэг молекул тутамд дор хаяж 6 нүүрстөрөгчийн атом бүхий шулуун гинжин хэлхээтэй алкануудыг халсан цагаан алт эсвэл хромын исэлд шилжүүлэх үед дегидроциклизаци үүсдэг - устөрөгч ялгарах үед арен үүсдэг.
2. Циклоалканыг усгүйжүүлэх. Циклогексан ба түүний гомологуудын уурыг халсан цагаан алтаар дамжуулснаар урвал явагдана.
3. Ацетиленийг тримержүүлэх замаар бензол бэлтгэх - § 20-г үзнэ үү.
4. Friedel-Crafts урвалыг ашиглан бензолын гомологийг олж авах - доороос үзнэ үү.
5. Үнэрт хүчлийн давсыг шүлттэй нэгтгэх:
Химийн шинж чанар.
Ерөнхий анхаарал. Хөдөлгөөнт зургаан электронтой үнэрт цөм нь электрофил урвалжуудын дайралтанд тохиромжтой объект юм. Үүнийг мөн молекулын хавтгай араг ясны хоёр талд байрлах электрон үүлний орон зайн зохион байгуулалт нь хөнгөвчилдөг (Зураг 21.1, b).
Аренуудын хамгийн ердийн урвалууд нь тэмдэгтээр тодорхойлогдсон электрофил орлуулах механизмаар дамждаг урвалууд юм (Англи хэлнээс электрофил орлуулах).
Электрофилийн орлуулалтын механизмыг дараах байдлаар илэрхийлж болно. Электрофилийн урвалж XY (X нь электрофил) электрон үүл рүү довтолж, сул электростатик харилцан үйлчлэлийн улмаас тогтворгүй -комплекс үүсдэг. Ароматик систем хараахан тасраагүй байна. Энэ үе шат хурдан явагдана. Хоёрдахь удаашралтай үе шатанд цагирагийн хоёр электроны улмаас электрофил X ба цагирагийн нүүрстөрөгчийн атомуудын хооронд ковалент холбоо үүсдэг. Энэ нүүрстөрөгчийн атом нь эрлийз төлөвөөс гардаг. Энэ тохиолдолд системийн үнэр тасалддаг. Үлдсэн дөрвөн электрон нь нүүрстөрөгчийн таван атомын дунд хуваагддаг ба бензолын молекул нь карбокатион буюу -комплекс үүсгэдэг.
Ароматик чанарыг зөрчих нь энергийн хувьд тааламжгүй байдаг тул β-цогцолборын бүтэц нь үнэрт бүтэцтэй харьцуулахад тогтвортой биш юм. Ароматик чанарыг сэргээхийн тулд электрофилд холбогдсон нүүрстөрөгчийн атомаас протоныг зайлуулдаг (гурав дахь шат). Энэ тохиолдолд хоёр электрон -системд буцаж ирдэг бөгөөд ингэснээр үнэрт чанар сэргээгддэг.
Бензолын олон деривативыг нийлэгжүүлэхэд электрофил орлуулах урвалыг өргөн ашигладаг.
Бензолын химийн шинж чанар.
1. Галогенжилт. Бензол нь ердийн нөхцөлд хлор, бромтой урвалд ордоггүй. Урвал нь зөвхөн усгүй катализаторын оролцоотойгоор явагдана. Урвалын үр дүнд галогенээр орлуулсан аренууд үүсдэг.
Катализаторын үүрэг нь төвийг сахисан галоген молекулыг туйлшруулж түүнээс электрофил бөөмс үүсгэх явдал юм.
2. Нитратжуулалт. Бензол нь халаахад ч төвлөрсөн азотын хүчилтэй маш удаан урвалд ордог. Гэсэн хэдий ч нитратлах хольц (баяжуулсан азот ба хүхрийн хүчлийн холимог) гэж нэрлэгддэг үйл ажиллагааны дор нитратжуулалтын урвал маш амархан явагддаг.
3. Сульфонжуулалт. Урвал нь хүхрийн хүчлийн (олеум) "утаах" нөлөөн дор амархан явагддаг:
4. Friedel-Crafts алкилизаци. Урвалын үр дүнд бензолын гомологийг үүсгэхийн тулд алкил бүлгийг бензолын цагирагт оруулдаг. Бензол нь катализатор - хөнгөн цагаан галидын дэргэд галоалкантай харьцах үед урвал явагдана. Катализаторын үүрэг нь электрофил бөөмс үүсэх замаар молекулын туйлшрал хүртэл буурдаг.
Галоалкан дахь радикалын бүтцээс хамааран янз бүрийн бензолын гомологуудыг авч болно.
5. Алкенуудтай алкилжих. Эдгээр урвалууд нь этилбензол, изопропилбензол (кумен) үйлдвэрлэхэд өргөн хэрэглэгддэг. Алкилизаци нь катализаторын оролцоотойгоор явагддаг. Урвалын механизм нь өмнөх урвалын механизмтай төстэй:
Дээр дурдсан бүх урвалууд нь электрофил орлуулах механизмаар явагддаг.
Ареныг нэмэх урвал нь үнэрт системийг устгахад хүргэдэг бөгөөд их хэмжээний энерги шаарддаг тул зөвхөн хатуу ширүүн нөхцөлд л тохиолддог.
6. Устөрөгчжүүлэлт. Арен руу устөрөгч нэмэх урвал нь металлын катализатор (Ni, Pt, Pd) байлцуулан халаалт, өндөр даралтын дор явагддаг. Бензолыг циклогексан болгон хувиргаж, бензолын гомологуудыг циклогексаны дериватив болгон хувиргадаг.
7. Радикал галогенжилт. Бензолын уурын хлортой харилцан үйлчлэл нь зөвхөн хатуу хэт ягаан туяаны нөлөөн дор радикал механизмаар явагддаг. Энэ тохиолдолд бензол нь гурван хлорын молекулыг нэмж, хатуу бүтээгдэхүүн үүсгэдэг - гексахлорциклогексан:
8. Агаарын хүчилтөрөгчөөр исэлдэх. Исэлдүүлэгч бодисуудад тэсвэртэй байдлын хувьд бензол нь алкантай төстэй. Зөвхөн катализаторын оролцоотойгоор бензолын уурыг агаар мандлын хүчилтөрөгчтэй хүчтэй халаахад (400 ° C) малений хүчил ба түүний ангидридын хольцыг олж авна.
Бензолын гомологийн химийн шинж чанар.
Бензолын гомологууд нь бензолын цагирагт алкил радикал харилцан үйлчлэхтэй холбоотой хэд хэдэн тусгай химийн шинж чанартай байдаг ба эсрэгээр.
Хажуугийн гинжин урвал. Алкил радикалуудын химийн шинж чанар нь алкантай төстэй. Тэдгээрийн устөрөгчийн атомууд нь чөлөөт радикал механизмаар галогенээр солигддог. Тиймээс катализатор байхгүй тохиолдолд халаалт эсвэл хэт ягаан туяаны цацрагийн үед хажуугийн гинжин хэлхээнд радикал орлуулах урвал явагдана. Бензолын цагирагийн алкил орлуулагчид үзүүлэх нөлөө нь бензолын цагираг (а-нүүрстөрөгчийн атом) -тай шууд холбогдсон нүүрстөрөгчийн атом дахь устөрөгчийн атомыг байнга сольж байдаг.
Бензолын цагирагт орлуулах нь зөвхөн катализатор байгаа тохиолдолд л механизмаар боломжтой.
Энэ урвалд хлоротолуены гурван изомерын аль нь үүссэнийг доороос олж мэдэх болно.
Бензолын гомологууд нь калийн перманганат болон бусад хүчтэй исэлдүүлэгч бодисуудад өртөхөд хажуугийн гинж нь исэлддэг. Орлуулагчийн гинж хичнээн нарийн төвөгтэй байсан ч карбоксил бүлэгт исэлддэг нүүрстөрөгчийн атомыг эс тооцвол энэ нь устдаг.
Нэг талын гинж бүхий бензолын гомологууд нь бензойн хүчил өгдөг.
Бензолын цагираг дахь чиг баримжаа (орлуулах) дүрэм.
Молекулын химийн шинж чанарыг тодорхойлдог хамгийн чухал хүчин зүйл бол түүний доторх электрон нягтын тархалт юм. Тархалтын шинж чанар нь атомуудын харилцан нөлөөллөөс хамаарна.
Зөвхөн -бондтой молекулуудад атомуудын харилцан нөлөөлөл нь индуктив эффектээр дамждаг (§ 17-г үзнэ үү). Коньюгат систем болох молекулуудад мезомер эффект илэрдэг.
-бондын нэгдмэл системээр дамждаг орлуулагчдын нөлөөг мезомерийн (M) эффект гэнэ.
Бензолын молекул дахь электрон үүл нь коньюгацийн улмаас бүх нүүрстөрөгчийн атомуудад жигд тархдаг.
Хэрэв ямар нэгэн орлуулагчийг бензолын цагирагт оруулбал энэ жигд тархалт эвдэрч, цагираг дахь электрон нягтын дахин хуваарилалт үүснэ. Хоёр дахь орлуулагч бензолын цагирагт орох газрыг одоо байгаа орлуулагчийн шинж чанараар тодорхойлно.
Орлуулагчдыг үзүүлэх нөлөөгөөр нь (мезомер эсвэл индуктив) хоёр бүлэгт хуваадаг: электроныг дэмждэг ба электроныг татдаг.
Электрон хандивлагч орлуулагчид нөлөө үзүүлж, коньюгат систем дэх электроны нягтыг нэмэгдүүлдэг. Үүнд гидроксил бүлэг -OH ба амин бүлэг орно.Эдгээр бүлгүүдийн ганц хос электронууд нь бензолын цагирагийн -электрон системтэй нийтлэг коньюгацид орж, коньюгат системийн уртыг нэмэгдүүлнэ. Үүний үр дүнд электрон нягтрал нь орто ба пара байрлалд төвлөрдөг.
Алкил бүлгүүд ерөнхий коньюгацид оролцох боломжгүй боловч электрон нягтын ижил төстэй дахин хуваарилалт явагдах нөлөө үзүүлдэг.
Электрон татагч орлуулагчид -M нөлөө үзүүлж, коньюгат систем дэх электроны нягтыг бууруулдаг. Үүнд нитро бүлэг, сульфо бүлэг, альдегид-CHO ба карбоксил-COOH бүлгүүд орно. Эдгээр орлуулагчид нь бензолын цагирагтай нийтлэг нэгдмэл системийг үүсгэдэг боловч нийт электрон үүл эдгээр бүлгүүд рүү шилждэг. Тиймээс цагираг дахь нийт электрон нягтрал буурч, мета байрлалд хамгийн бага буурдаг.
Жишээлбэл, эхний төрлийн орлуулагч агуулсан толуолыг пара- болон орто-байрлалд нитратжуулж, бромжуулна.
Хоёр дахь төрлийн орлуулагч агуулсан нитробензолыг мета байрлалд нитратжуулж, бромжуулна.
Орлуулагчид чиглүүлэх нөлөөнөөс гадна бензолын цагирагийн реактив байдалд нөлөөлдөг: 1-р төрлийн чиглүүлэгч (галогенээс бусад) нь хоёр дахь орлуулагчийн нэвтрэлтийг хөнгөвчлөх; 2-р төрлийн чиг баримжаа (болон галоген) нь үүнийг хүндрүүлдэг.
"Бензолын цагираг" гэсэн ойлголт нь нэн даруй декодчилохыг шаарддаг. Үүнийг хийхийн тулд бензолын молекулын бүтцийг дор хаяж товч авч үзэх шаардлагатай. Бензолын анхны бүтцийг 1865 онд Германы эрдэмтэн А.Кекуле санал болгожээ.
Хамгийн чухал үнэрт нүүрсустөрөгчид нь бензол C 6 H 6 ба түүний гомологууд орно: толуол C 6 H 5 CH 3, ксилол С 6 H 4 (CH 3) 2 гэх мэт; нафталин C 10 H 8, антрацен С 14 H 10 ба тэдгээрийн деривативууд.
Бензолын молекул дахь нүүрстөрөгчийн атомууд нь ердийн хавтгай зургаан өнцөгт хэлбэртэй байдаг ч энэ нь ихэвчлэн сунасан хэлбэртэй байдаг.
Бензолын молекулын бүтцийг ацетиленээс үүсэх урвалаар батлав. Бүтцийн томъёо нь гурван дан, гурван давхар ээлжлэн нүүрстөрөгч-нүүрстөрөгчийн холбоог дүрсэлдэг. Гэхдээ ийм зураг нь молекулын жинхэнэ бүтцийг илэрхийлж чадахгүй. Бодит байдал дээр бензол дахь нүүрстөрөгч-нүүрстөрөгчийн холбоо нь ижил төстэй бөгөөд тэдгээр нь дан эсвэл давхар бондоос ялгаатай шинж чанартай байдаг. Эдгээр шинж чанаруудыг бензолын молекулын электрон бүтцээр тайлбарладаг.
Бензолын электрон бүтэц
Бензолын молекул дахь нүүрстөрөгчийн атом бүр sp 2 эрлийзжих төлөвт байна. Энэ нь хоёр хөрш нүүрстөрөгчийн атом, устөрөгчийн атомтай гурван σ холбоогоор холбогддог. Үр дүн нь хавтгай зургаан өнцөгт юм: бүх зургаан нүүрстөрөгчийн атом ба бүх σ-бонд C-C ба C-H нэг хавтгайд оршдог. Гибридизацид оролцдоггүй дөрөв дэх электрон (р-электрон) электрон үүл нь дамббелл хэлбэртэй бөгөөд бензолын цагирагийн хавтгайд перпендикуляр чиглэгддэг. Хөрш зэргэлдээх нүүрстөрөгчийн атомуудын ийм р-электрон үүл нь цагирагийн хавтгайн дээр ба доор давхцдаг.
Үүний үр дүнд зургаан p-электрон нь нийтлэг электрон үүл, бүх нүүрстөрөгчийн атомуудын нэг химийн холбоог үүсгэдэг. Том электрон хавтгайн хоёр муж нь σ бондын хавтгайн хоёр талд байрладаг.
p-электрон үүл нь нүүрстөрөгчийн атомуудын хоорондох зайг багасгахад хүргэдэг. Бензолын молекулд тэдгээр нь ижил бөгөөд 0.14 нм-тэй тэнцүү байна. Нэг ба давхар холболтын хувьд эдгээр зай нь 0.154 ба 0.134 нм байх болно. Энэ нь бензолын молекулд дан эсвэл давхар холбоо байхгүй гэсэн үг юм. Бензолын молекул нь нэг хавтгайд байрлах ижил CH-ийн бүлгүүдийн тогтвортой зургаан гишүүнтэй цикл юм. Бензол дахь нүүрстөрөгчийн атомуудын хоорондох бүх холбоо нь эквивалент бөгөөд энэ нь бензолын цагирагийн шинж чанарыг тодорхойлдог. Үүнийг дотор нь тойрог (I) бүхий ердийн зургаан өнцөгт хэлбэртэй бензолын бүтцийн томъёогоор хамгийн зөв тусгасан болно. (Тойрог нь нүүрстөрөгчийн атомуудын хоорондын бондын тэнцүү байдлыг илэрхийлдэг.) Гэсэн хэдий ч Кекулегийн давхар бондын (II) томъёог ихэвчлэн ашигладаг.
Бензолын цагираг нь тодорхой шинж чанартай байдаг бөгөөд үүнийг ихэвчлэн үнэрт чанар гэж нэрлэдэг.
Гомологийн цуваа, изомеризм, нэршил
Уламжлал ёсоор бол талбайг хоёр эгнээ болгон хувааж болно. Эхнийх нь бензолын деривативууд (жишээлбэл, толуол эсвэл бифенил), хоёрдугаарт конденсацсан (полинуклеар) аренууд (тэдгээрийн хамгийн энгийн нь нафталин) орно.
Бензолын гомолог цуврал нь C n H 2 n -6 ерөнхий томьёотой. Гомологийг нэг буюу хэд хэдэн устөрөгчийн атомыг янз бүрийн нүүрсустөрөгчийн радикалуудаар сольсон бензолын дериватив гэж үзэж болно. Жишээлбэл, C 6 H 5 -CH 3 - метилбензол эсвэл толуол, C 6 H 4 (CH 3) 2 - диметилбензол эсвэл ксилол, C 6 H 5 - C 2 H 5 - этилбензол гэх мэт.
Бензол дахь бүх нүүрстөрөгчийн атомууд тэнцүү байдаг тул түүний анхны гомолог болох толуол нь изомергүй байдаг. Хоёр дахь гомолог болох диметилбензол нь метилийн бүлгүүдийн (орлуулагчдын) харьцангуй байрлалаар ялгаатай гурван изомертэй байдаг. Энэ нь орто- (товчилсон о-) буюу 1,2-изомер бөгөөд орлуулагч нь хөрш нүүрстөрөгчийн атомууд дээр байрладаг. Хэрэв орлуулагчдыг нэг нүүрстөрөгчийн атомаар тусгаарлавал мета- (товчилсон m-) эсвэл 1,3-изомер, хоёр нүүрстөрөгчийн атомаар тусгаарлагдсан бол энэ нь пара- (товчилсон p-) юм. 1,4-изомер. Нэрийн хувьд орлуулагчдыг үсэг (o-, m-, p-) эсвэл тоогоор тэмдэглэдэг.
Физик шинж чанар
Бензолын гомологийн цувралын анхны гишүүд нь өвөрмөц үнэртэй өнгөгүй шингэн юм. Тэдний нягт нь 1-ээс бага (уснаас хөнгөн). Усанд уусдаггүй. Бензол ба түүний гомологууд нь өөрөө олон органик бодисын сайн уусгагч юм. Арена нь молекул дахь нүүрстөрөгчийн өндөр агууламжаас болж утаатай дөлөөр шатдаг.
Химийн шинж чанар
Анхилуун үнэр нь бензол ба түүний гомологийн химийн шинж чанарыг тодорхойлдог. Зургаан электрон π систем нь энгийн хоёр электрон π холбооноос илүү тогтвортой байдаг. Иймээс үнэрт нүүрсустөрөгчид ханаагүй нүүрсустөрөгчийг бодвол нэмэлт урвал бага тохиолддог. Аренуудын хамгийн онцлог урвал бол орлуулах урвал юм. Тиймээс үнэрт нүүрсустөрөгч нь химийн шинж чанараараа ханасан ба ханаагүй нүүрсустөрөгчийн хооронд завсрын байрлалыг эзэлдэг.
I. Орлуулах урвалууд
1. Галогенжилт (Cl 2, Br 2-тай)
2. Нитратжуулалт
3. Сульфонжуулалт
4. Алкилизаци (бензолын гомологууд үүсдэг) - Фридел-Крафтс урвалууд
Бензолын алкилизаци нь алкенуудтай урвалд ороход тохиолддог.
Этилбензолыг усгүйжүүлэх замаар стирол (винилбензол) гаргаж авдаг.
II. Нэмэлт урвалууд
1. Устөрөгчжүүлэлт
2. Хлоржуулах
III. Исэлдэлтийн урвалууд
1. Шатаах
2C 6 H 6 + 15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O
2. KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7, HNO 3 гэх мэт нөлөөгөөр исэлдэлт.
Химийн урвал явагдахгүй (алкантай төстэй).
Бензолын гомологийн шинж чанарууд
Бензолын гомологуудад гол ба хажуугийн гинж (алкил радикалууд) ялгагдана. Алкил радикалуудын химийн шинж чанар нь алкантай төстэй; Бензолын цагирагийн тэдэнд үзүүлэх нөлөө нь орлуулах урвал нь бензолын цагирагтай шууд холбогдсон нүүрстөрөгчийн атом дахь устөрөгчийн атомыг үргэлж оролцуулж, мөн C-H холбоог илүү хялбар исэлдүүлдэгт илэрдэг.
Электрон хандивлагч алкил радикалын (жишээлбэл, -CH 3) бензолын цагирагт үзүүлэх нөлөө нь орто ба пара байрлал дахь нүүрстөрөгчийн атомуудын үр дүнтэй сөрөг цэнэгийн өсөлтөөр илэрдэг; Үүний үр дүнд холбогдох устөрөгчийн атомыг солих ажлыг хөнгөвчилдөг. Тиймээс бензолын гомологууд нь гурвалсан бүтээгдэхүүн үүсгэдэг (мөн бензол нь ихэвчлэн моно орлуулсан деривативуудыг үүсгэдэг).
Үнэрт химийн нэгдлүүд буюу аренууд нь молекулууд нь зургаан нүүрстөрөгчийн атомын тогтвортой цагираг агуулсан карбоциклик нэгдлүүдийн томоохон бүлэг юм. Үүнийг "бензолын цагираг" гэж нэрлэдэг бөгөөд аренуудын физик, химийн тусгай шинж чанарыг хариуцдаг.
Анхилуун үнэрт нүүрсустөрөгчид бензол болон түүний бүх гомологууд ба деривативууд орно.
Арен молекулууд нь хэд хэдэн бензолын цагираг агуулж болно. Ийм нэгдлүүдийг олон цөмийн үнэрт нэгдлүүд гэж нэрлэдэг. Жишээлбэл, нафталин нь ноосон бүтээгдэхүүнийг эрвээхэйнээс хамгаалах алдартай эм юм.
Бензол
Аренийн энэхүү хамгийн энгийн төлөөлөгч нь зөвхөн бензолын цагирагаас бүрддэг. Түүний молекулын томъёо нь C 6 Η 6 юм. Бензолын молекулын бүтцийн томьёо нь ихэвчлэн 1865 онд А.Кекулегийн санал болгосон мөчлөгт хэлбэрээр илэрхийлэгддэг.
Энэ томьёоны давуу тал нь цагираг дахь бүх С ба Н атомын найрлага, эквивалентыг нарийн тусгадагт оршино. Гэсэн хэдий ч энэ нь аренуудын олон химийн шинж чанарыг тайлбарлаж чадаагүй тул гурван хосолсон C = C давхар холбоо байгаа тухай мэдэгдэл алдаатай байна. Энэ нь орчин үеийн холболтын онол гарч ирснээр л тодорхой болсон.
Үүний зэрэгцээ өнөөдөр бензолын томъёог Кекулегийн санал болгосон байдлаар бичдэг. Нэгдүгээрт, түүний тусламжтайгаар химийн урвалын тэгшитгэлийг бичихэд тохиромжтой. Хоёрдугаарт, орчин үеийн химичүүд үүнийг жинхэнэ бүтэц биш харин зөвхөн бэлгэдэл гэж үздэг. Бензолын молекулын бүтцийг өнөөдөр янз бүрийн бүтцийн томъёогоор дамжуулж байна.
Бензолын цагирагийн бүтэц
Бензолын цагирагийн гол онцлог нь уламжлалт утгаараа дан болон давхар холбоогүй байх явдал юм. Орчин үеийн үзэл баримтлалын дагуу бензолын молекул нь хажуугийн урт нь 0.140 нм-тэй тэнцэх хавтгай зургаан өнцөгт хэлбэртэй байдаг. Бензол дахь C-C бондын урт нь дан (түүний урт нь 0.154 нм) ба давхар (0.134 нм) хоорондын завсрын утга болох нь харагдаж байна. Нэг хавтгайд хэвтэж байна S-N холболтууд, зургаан өнцөгтийн ирмэгүүдтэй 120 ° өнцгийг үүсгэнэ.
Бензолын бүтэц дэх С атом бүр sp2 эрлийз төлөвт байна. Ойролцоох хоёр С атом, нэг Н атом бүхий гурван эрлийз орбиталаар холбогдож, гурван s-бонд үүсгэдэг. Өөр нэг, гэхдээ аль хэдийн эрлийзжээгүй, 2p тойрог зам нь хөрш зэргэлдээх С атомуудын ижил орбиталуудтай (баруун ба зүүн талд) давхцдаг. Түүний тэнхлэг нь цагирагийн хавтгайд перпендикуляр байдаг бөгөөд энэ нь тойрог замууд нь түүний дээр ба доор давхцдаг гэсэн үг юм. Энэ тохиолдолд нийтлэг хаалттай π-электрон систем үүсдэг. Зургаан С атомын 2p орбиталууд ижил давхцаж байгаа тул нэг төрлийн "тэнцүүлэлт" үүсдэг. C-C холболтуудба C=C.
Энэ үйл явцын үр дүн нь ийм "нэг хагас" бондын давхар ба дан бондтой ижил төстэй байдал юм. Энэ нь аренууд нь алкан ба алкенуудын аль алинд нь хамаарах химийн шинж чанарыг харуулдаг болохыг тайлбарлаж байна.
Бензолын цагираг дахь нүүрстөрөгч-нүүрстөрөгчийн бондын энерги 490 кЖ/моль. Энэ нь нэг ба олон давхар бондын энергийн дундаж юм.
Аренагийн нэршил
Үнэрт нүүрсустөрөгчийн нэрсийн үндэс нь бензол юм. Цагираг дахь атомууд нь хамгийн өндөр орлуулагчаас эхлэн дугаарлагдсан байдаг. Хэрэв орлуулагчид тэнцүү бол дугаарлалт нь хамгийн богино замаар явагдана.
Бензолын олон гомологуудын хувьд өчүүхэн нэрсийг ихэвчлэн ашигладаг: стирол, толуол, ксилол гэх мэт. Орлуулагчдын харьцангуй байрлалыг тусгахын тулд орто-, мета-, пара- угтварыг ашиглах нь заншилтай байдаг.
Хэрэв молекул нь карбонил эсвэл карбоксил гэх мэт функциональ бүлгүүдийг агуулдаг бол арен молекулыг түүнтэй холбогдсон ароматик радикал гэж үзнэ. Жишээлбэл, -C 6 H 5 - фенил, - C 6 H 4 - фенилен, C 6 H 5 - C H 2 - бензил.
Физик шинж чанар
Бензолын гомологийн цувралын анхны төлөөлөгчид нь өвөрмөц үнэртэй өнгөгүй шингэн юм. Тэдний жин нь уснаас хөнгөн бөгөөд тэдгээр нь бараг уусдаггүй боловч ихэнх органик уусгагчид сайн уусдаг.
Бүх үнэрт нүүрсустөрөгчид нь утаат дөлөөр шатдаг бөгөөд энэ нь молекул дахь C агууламж өндөртэй холбоотой юм. Бензолын гомолог цувралын молекулын жин нэмэгдэхийн хэрээр тэдгээрийн хайлах болон буцлах цэгүүд нэмэгддэг.
Бензолын химийн шинж чанар
Аренуудын янз бүрийн химийн шинж чанаруудаас орлуулах урвалыг тусад нь дурдах хэрэгтэй. Мөн онцгой нөхцөл, исэлдэлтийн процессын дагуу явагддаг нэмэлт урвалууд нь маш чухал юм.
Орлуулах урвалууд
Бензолын цагирагийн нэлээд хөдөлгөөнт π-электронууд нь довтолж буй электрофилуудтай маш идэвхтэй хариу үйлдэл үзүүлэх чадвартай. Энэхүү электрофил орлуулалт нь бензол дахь бензолын цагираг болон түүний гомологууд дахь холбогдох нүүрсустөрөгчийн гинжин хэлхээг хамардаг. Энэ үйл явцын механизмыг нарийвчлан судалсан. органик хими. Электрофилийн халдлагатай холбоотой аренуудын химийн шинж чанар нь гурван үе шаттайгаар явагддаг.
- Эхний шат. π-комплексийн харагдах байдал нь бензолын цагирагийн π-электрон системийг зургаан π-электронтой холбосон X + бөөмстэй холбосонтой холбоотой юм.
Бензолыг халаахгүйгээр төмөр эсвэл хөнгөн цагаан бромидтой хамт бромжуулах нь бромобензол үүсэхэд хүргэдэг.
C 6 Η 6 + Br 2 —> C 6 Η 5 -Br + ΗBr.
Азотын болон хүхрийн хүчлийн хольцтой нитратжуулалт нь цагираг дахь нитро бүлэгтэй нэгдлүүдийг үйлдвэрлэхэд хүргэдэг.
C 6 Η 6 + ΗONO 2 -> C 6 Η 5 -NO 2 + Η 2 O.
Сульфонжуулалтыг урвалын үр дүнд үүссэн бисульфони ионоор гүйцэтгэдэг.
3Η 2 SO 4 ⇄ SO 3 Η + + Η 3 O + + 2ΗSO 4 - ,
эсвэл хүхрийн гурвалсан исэл.
Аренийн энэхүү химийн шинж чанарт тохирох урвал нь:
C 6 H 6 + SO 3 H + —> C 6 H 5 — SO 3 H + H +.
Алкил ба ацил орлуулах урвал буюу Фридел-Крафтс урвалыг усгүй AlCl 3-ийн дэргэд явуулна.
Бензолын хувьд эдгээр урвалууд нь магадлал багатай бөгөөд хүндрэлтэй байдаг. Бензолд устөрөгчийн галид ба усыг нэмэх нь тохиолддоггүй. Гэсэн хэдий ч цагаан алт байгаа тохиолдолд маш өндөр температурт устөрөгчжих урвал боломжтой:
C 6 Η 6 + 3H 2 -> C 6 H 12.
Хэт ягаан туяагаар цацрах үед хлорын молекулууд нь бензолын молекултай нэгдэж болно.
C 6 Η 6 + 3Cl 2 —> C 6 Η 6 Cl 6.
Исэлдэлтийн урвалууд
Бензол нь исэлдүүлэгч бодисуудад маш тэсвэртэй байдаг. Тиймээс калийн перманганатын ягаан уусмалыг өнгө алддаггүй. Гэсэн хэдий ч ванадийн исэл байгаа тохиолдолд энэ нь атмосферийн хүчилтөрөгчөөр исэлдэж, малений хүчил болж хувирдаг.
C 6 H 6 + 4O -> COOΗ-CΗ = CΗ-COOΗ.
Агаарт бензол нь тортог хэлбэрээр шатдаг.
2C 6 Η 6 + 3O2 → 12C + 6 Η 2 O.
Аренуудын химийн шинж чанар
- Орлуулах.
Чиглүүлэх дүрэм
Электрофиль бодис бензолын цагирагтай харилцан үйлчлэх үед орлуулагч ямар байрлалд (o-, m- эсвэл p-) орохыг дараах дүрмээр тодорхойлно.
- хэрэв бензолын цагирагт аль хэдийн орлуулагч байгаа бол энэ орлуулагч нь ирж буй бүлгийг тодорхой байрлалд чиглүүлдэг;
- бүх чиг баримжаатай орлуулагчдыг хоёр бүлэгт хуваадаг: эхний төрлийн чиг баримжаа нь ирж буй бүлэг атомуудыг орто- ба пара байрлал руу чиглүүлдэг (-NH 2, -OH, -CH 3, -C 2 H 5, галоген); Хоёр дахь төрлийн чиглүүлэгч нь орж ирж буй орлуулагчдыг мета байрлал руу чиглүүлдэг (-NO 2, -SO 3 H, -COHO, -COOH).
Чиглэлийг чиглүүлэх хүчийг бууруулах дарааллаар энд жагсаав.
Ихэнх урвалд гурван изомер үүсэх нь ажиглагддаг тул бүлгийн орлуулагчдын энэ хуваагдал нь нөхцөлт гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Ориентууд нь зөвхөн изомеруудын аль нь илүү их хэмжээгээр олж авахад нөлөөлдөг.
Арена авах
Аренийн гол эх үүсвэр нь нүүрсийг хуурай нэрэх, газрын тос боловсруулах юм. Нүүрсний давирхай нь бүх төрлийн үнэрт нүүрсустөрөгчийг асар их хэмжээгээр агуулдаг. Зарим төрлийн тос нь 60% хүртэл арен агуулдаг бөгөөд үүнийг энгийн нэрэх, пиролиз эсвэл хагарлаар амархан тусгаарлаж болно.
Синтетик бэлтгэх арга, аренийн химийн шинж чанар нь ихэвчлэн хоорондоо холбоотой байдаг. Бензолыг түүний гомологуудын нэгэн адил дараах аргуудын аль нэгээр олж авдаг.
1. Газрын тосны бүтээгдэхүүний шинэчлэл. Алканыг усгүйжүүлэх нь бензол ба түүний олон гомологийг нэгтгэх үйлдвэрлэлийн хамгийн чухал арга юм. Урвалыг t = 350-450 o C температурт халаасан катализатор (Pt, Cr 2 O 3, Mo ба V оксид) дээр хий дамжуулах замаар явуулна.
C 6 H 14 —> C 6 Η 6 + 4 Η 2.
2. Вюрц-Фиттигийн урвал. Энэ нь органик металлын нэгдлүүдийг олж авах үе шатаар явагддаг. Урвалын үр дүнд хэд хэдэн бүтээгдэхүүнийг авч болно.
3. Ацетилений тримеризаци. Ацетилен нь өөрөө гомологуудын нэгэн адил катализатороор халаахад арен үүсгэх чадвартай.
3C 2 Η 2 -> C 6 Η 6.
4. Фридел-Крафтсын урвал. Бензолын гомологийг олж авах, хувиргах аргыг аренуудын химийн шинж чанарын талаар дээр дурдсан болно.
5. Харгалзах давснаас бэлтгэх. Бензойны хүчлийн давсыг шүлтээр нэрэх замаар бензолыг тусгаарлаж болно.
C 6 Η 5 —COONa + NaOΗ —> C 6 Η 6 + Na 2 CO 3 .
6. Кетоныг бууруулах:
C 6 Η 5 -CO-CΗ 3 + Zn + 2ΗCl -> C 6 Η 5 -CΗ 2 -CΗ 3 + Η 2 O + ZnCl 2;
CΗ 3 -C 6 Η 5 -CO-CΗ 3 + NΗ 2 -NΗ 2 —> CΗ 3 -C 6 Η 5 -CΗ 2 -CΗ 3 + Η 2 O.
Талбайн хэрэглээ
Арены химийн шинж чанар, хэрэглээний талбарууд нь шууд хамааралтай байдаг, учир нь анхилуун үнэрт нэгдлүүдийн дийлэнх хэсгийг химийн үйлдвэрлэлд цаашдын нийлэгжилтэд ашигладаг бөгөөд бэлэн хэлбэрээр ашигладаггүй. Үл хамаарах зүйл бол уусгагч болгон ашигладаг бодис юм.
Бензол C 6 × 6 нь этилбензол, кумен, циклогексаны нийлэгжилтэнд голчлон ашиглагддаг. Үүний үндсэн дээр резин, хуванцар, утас, будагч бодис, гадаргуугийн идэвхтэй бодис, шавьж устгах бодис, эм зэрэг янз бүрийн полимер үйлдвэрлэх завсрын бүтээгдэхүүнийг олж авдаг.
Толуол C 6 H 5 -CH 3 нь будагч бодис, эм, тэсрэх бодис үйлдвэрлэхэд ашиглагддаг.
Холимог хэлбэрээр (техникийн ксилол) C 6 Η 4 (C 3) 2 ксилолыг органик бодисын нийлэгжилтэнд уусгагч эсвэл эхлэлийн бэлдмэл болгон ашигладаг.
Изопропилбензол (эсвэл кумен) C 6 H 4 -C H (C H 3) 2 нь фенол ба ацетоныг нийлэгжүүлэх эхлэлийн урвалж юм.
Винилбензол (стирол) C 6 Η 5 -CΗ=CΗ 2 нь хамгийн чухал полимер материал болох полистиролыг үйлдвэрлэх түүхий эд юм.
ARENES (үнэрт нүүрсустөрөгч)
Арен буюу үнэрт нүүрсустөрөгч - Эдгээр нь молекулууд нь нэгдмэл холболтын хаалттай систем бүхий атомын тогтвортой циклийн бүлгүүдийг (бензолын цөм) агуулсан нэгдлүүд юм.
Яагаад "үнэрт" гэж? Учир нь Олон тооны бодисуудын зарим нь тааламжтай үнэртэй байдаг. Гэсэн хэдий ч өнөө үед "ароматик" гэсэн ойлголт нь огт өөр утгатай болсон.
Молекулын анхилуун үнэр гэдэг нь циклийн систем дэх π-электронуудын делокализациас шалтгаалан түүний тогтвортой байдал нэмэгдсэн гэсэн үг юм.
Арен үнэртэх шалгуур:
- Нүүрстөрөгчийн атомууд sp 2 -эрлийзжсэн төлөв нь мөчлөг үүсгэдэг.
- Нүүрстөрөгчийн атомууд зохион байгуулалттай байдаг нэг хавтгайд(мөчлөг нь хавтгай бүтэцтэй).
Коньюгат холболтын хаалттай систем нь
4n+2π электронууд ( n- бүхэл тоо).
Бензолын молекул нь эдгээр шалгуурыг бүрэн хангадаг. C 6 H 6.
Үзэл баримтлал " бензолын цагираг” код тайлах шаардлагатай. Үүнийг хийхийн тулд бензолын молекулын бүтцийг авч үзэх шаардлагатай.
IN
Бензол дахь нүүрстөрөгчийн атомуудын хоорондох бүх холбоо нь ижил (хоёр болон дан холбоо байхгүй) бөгөөд 0.139 нм урттай. Энэ утга нь алкан дахь нэг бондын урт (0.154 нм) ба алкен дахь давхар холболтын урт (0.133 нм) хоорондын завсрын утга юм.Холболтын тэнцүү байдлыг ихэвчлэн цикл доторх тойрог хэлбэрээр илэрхийлдэг
Дугуй коньюгаци нь 150 кЖ/моль эрчим хүчний өсөлтийг өгдөг. Энэ үнэ цэнэ коньюгацийн энерги нь бензолын үнэрт системийг тасалдуулахад зарцуулагдах эрчим хүчний хэмжээ юм.
Ерөнхий томъёо: CnH2n-6(n ≥ 6)
Гомолог цуврал:
Бензолын гомологууд нь бензолын молекул дахь нэг буюу хэд хэдэн устөрөгчийн атомыг нүүрсустөрөгчийн радикалуудаар (R) орлуулах замаар үүссэн нэгдлүүд юм.
орто- (О-)
цагирагийн хөрш нүүрстөрөгчийн атомууд дээрх орлуулагчид, i.e. 1,2-;
мета- (м-)
нэг нүүрстөрөгчийн атомаар дамжуулан орлуулагчид (1,3-);
хос- (П-)
цагирагийн эсрэг талын орлуулагчид (1,4-).
Арил
C 6 H 5- (фенил) Мөн C6H
Үнэрт моновалент радикалууд нийтлэг нэртэй байдаг " Арил". Эдгээрээс хоёр нь органик нэгдлүүдийн нэршилд хамгийн түгээмэл байдаг.C 6 H 5- (фенил) Мөн C6H5CH2- (бензил). 5 CH 2- (бензил).
Изомеризм:
бүтцийн:
1) орлуулагчдын байр суурь ди-, гурав- Тэгээд тетра- орлуулсан бензол (жишээлбэл, О-, м- Тэгээд П-ксилолууд);
2) дор хаяж 3 нүүрстөрөгчийн атом агуулсан хажуугийн гинжин хэлхээний нүүрстөрөгчийн араг яс:
3) R = C 2 H 5-аас эхлэн R орлуулагчдын изомеризм.
Химийн шинж чанар:
Аренуудын хувьд урвал явагдаж байна үнэрт системийг хадгалах замаар, тухайлбал, орлуулах урвалуудцагирагтай холбоотой устөрөгчийн атомууд.
2. Нитратжуулалт
Бензол нь нитратлах хольцтой (баяжуулсан азотын болон хүхрийн хүчлийн холимог) урвалд ордог.
3. Алкилизаци
Бензолын цагираг дахь устөрөгчийн атомыг алкил бүлгээр солих ( алкилизаци) нөлөөн дор үүсдэг алкил галидэсвэл алкенуудкатализаторын дэргэд AlCl 3, AlBr 3, FeCl 3.
Алкилбензол дахь орлуулалт:
Бензолын гомологууд (алкилбензолууд) бензолоос илүү идэвхтэй орлуулах урвалд ордог.
Жишээлбэл, толуолыг нитратжуулах үед C 6 H 5 CH 3Нэг биш, гурван устөрөгчийн атомыг орлуулах нь 2,4,6-тринитротолуол үүсэхэд тохиолдож болно.
мөн эдгээр албан тушаалд орлуулах ажлыг хөнгөвчилдөг.Нөгөөтэйгүүр, бензолын цагирагийн нөлөөн дор метилийн бүлгийн CH 3толуолд энэ нь метантай харьцуулахад исэлдүүлэх, радикал орлуулах урвалд илүү идэвхтэй болдог CH 4.
Толуол нь метанаас ялгаатай нь зөөлөн нөхцөлд исэлддэг (халаахад KMnO 4-ийн хүчиллэгжүүлсэн уусмалыг өнгө алддаг):
Радикал орлуулах урвал нь алкантай харьцуулахад амархан явагддаг. хажуугийн гинжалкилбензолууд:
Үүнийг хязгаарлах үе шатанд тогтвортой завсрын радикалууд амархан үүсдэг (идэвхжүүлэх энерги багатай) гэж тайлбарладаг. Жишээлбэл, тохиолдолд толуолрадикал үүсдэг бензил Ċ H 2 -C 6 H 5 . Энэ нь алкил чөлөөт радикалуудаас илүү тогтвортой байдаг. Ċ N 3, Ċ H 2 R), учир нь Бензолын цагирагийн π-электрон системтэй харилцан үйлчлэлцсэний улмаас түүний хосгүй электрон нь задарсан байна.
Чиглүүлэх дүрэм
- Бензолын цагираг дээр байгаа орлуулагчид нь шинээр нэвтрүүлсэн бүлгийг тодорхой байрлалд чиглүүлдэг, өөрөөр хэлбэл. чиглүүлэх нөлөөтэй.
Тэдний чиглүүлэх үйл ажиллагааны дагуу бүх орлуулагчдыг хоёр бүлэгт хуваадаг.анхны төрлийн чиг баримжааныТэгээд хоёр дахь төрлийн чиг баримжаа.
1-р төрлийн чиглүүлэгчид(орто-пара-чиглүүлэгчид) шууд дараачийн орлуулалт нь голчлонорто- Тэгээд хос- заалтууд.
Үүнд: электрон донорбүлгүүд (бүлгүүдийн цахим нөлөөг хаалтанд оруулсан болно):
R ( +I); - Өө(+М,-Би); - ЭСВЭЛ(+М,-Би); - NH 2(+М,-Би); - NR 2(+М,-Би) Эдгээр бүлгүүдэд +M нөлөө нь -I эффектээс илүү хүчтэй байдаг.
1-р төрлийн чиглүүлэгч бодисууд нь бензолын цагираг дахь электрон нягтыг, ялангуяа нүүрстөрөгчийн атомууд дээр ихэсгэдэг.орто- Тэгээд хосЭдгээр тодорхой атомуудын электрофил урвалжуудтай харилцан үйлчлэлцэхэд таатай байрлалууд.Бензолын цагираг дахь электрон нягтыг нэмэгдүүлэх 1-р төрлийн чиглүүлэгч бодисууд нь орлуулагчгүй бензолтой харьцуулахад электрофиль орлуулах урвалын идэвхийг нэмэгдүүлдэг.
1-р төрлийн чиглүүлэгчдийн дунд онцгой байрыг галогенууд эзэлдэгэлектрон татахшинж чанарууд:
-Ф (+М<–I ), -Cl (+М<–I ), -Br (+М<–I ).
Байх орто-пара- чиглүүлэгчид, тэдгээр нь электрофилийн орлуулалтыг удаашруулдаг. Шалтгаан - хүчтэй -Би-цагираг дахь электрон нягтыг бууруулдаг электрон сөрөг галоген атомуудын нөлөө.
2-р төрлийн чиг баримжаа ( мета- чиглүүлэгчид)шууд дараагийн орлуулалт голчлон мета-байрлал.
Үүнд: электрон татахбүлгүүд:
-ҮГҮЙ 2 (-М, -И); -COOH (-М, -И); -CH=O (-М, -И); -SO3H (-Би); -NH3+ (-Би); -CCl 3 (-Би).
2-р төрлийн чиг баримжаа нь бензолын цагираг дахь электрон нягтыг бууруулдаг, ялангуяа орто- Тэгээд хос- заалтууд. Тиймээс электрофил нь нүүрстөрөгчийн атомуудыг эдгээр байрлалд биш, харин дотор нь дайрдаг мета-электронуудын нягт бага зэрэг өндөр байх байрлал.
Жишээ:
Тиймээс нэгдлүүдийн электрофил орлуулах хялбар байдал (жишээ нь өгсөн) дараах дарааллаар буурдаг.
толуол C 6 H 5 CH Бензолоос ялгаатай нь түүний гомологууд нь маш амархан исэлддэг.
