Химические свойства бензола

Химические свойства бензола определяются строением его молекулы. Образование сопряженной π-электронной системы сопровождается выделением 150кДж энергии. Это так называемая энергия стабилизации, благодаря которой ароматические системы обладают повышенной устойчивостью.

Нитрование. При действии на бензол смеси концентрированных азотной и серной кислот (нитрующая смесь) и небольшом нагревании 50° образуется тяжелая желтоватая жидкость с запахом горького миндаля – нитробензол:

Галогенирование (хлорирование, бромирование, иодирование) осуществляется в присутствии катализаторов FeCl3 или FeBr3 и при небольшом нагревании. В качестве катализатора можно использовать и железные опилки, в этом случае катализатор образуется непосредственно в реакционной смеси.

Сульфирование. При взаимодействии с серной кислотой бензол образует бензолсульфоновую кислоту.

Алкилирование – замещение атома водорода в бензольном кольце на углеводородный радикал – можно осуществить при помощи галогеналканов или алкенов в присутствии безводного хлорида алюминия. Эти реакции были открыты в 1887 году и названы по имени первооткрывателей реакциями Фриделя-Крафта:

Реакции присоединения протекают с большим трудом. На платиновых катализаторах, под давлением и температуре 150° бензол присоединяет три молекулы водорода с образованием циклогексана. При освещении УФ-светом бензол присоединяет три молекулы хлора с образованием гексахлорциклогексана.

К действию окислителей бензол довольно устойчив. Он не поддается окислительному влиянию перманганата калия. Только кислород воздух при высокой температуре и в присутствии V2O5 окисляет бензол с разрывом кольца. Образуется двухосновная карбоновая кислота, известная как малеиновая, углекислый газ и вода:

На воздухе бензол горит коптящим пламенем
2С6Н6 + 15О2 = 12СО2+ 6Н2О

Реакции замещения после введения в бензольное ядро одного заместителя и образования монопроизводного не останавливаются, а продолжаются с образованием ди-, три- и более производных.
1,2-дихлорбензол
1,3-дихлорбензол
1,4-дихлорбензол

Заместители первого рода (-CH3, -CH2R, -CHR2, CR3, -Hal, -OH, -OR, -NH2, -NHR, NR2) облегчают вхождение второго заместителя в орто- и пара-положениях относительно первого заместителя.

Заместители второго рода (-HSO3, -NO2, -CHO, -COOH, -COOR, -CN) облегчают вхождение второго заместителя в мета-положение относительно первого заместителя.

Сила заместителей первого рода
–OH > –NH2 > –NHR > –NR2 >
> –OR > –CR3 > –CHR2 > –CH2R >
> –CH3 > –Hal
Сила заместителей второго рода –CN > –COOH > –COOR > –CHO > –NO2 >–HSO3

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ПРОЙДЕННОГО МАТЕРИАЛА:
1. Запишите реакции нитрования и сульфирования бензола по первой и второй стадии. Продукты реакции назовите.
2. Запишите реакции хлорирования и алкилирования бензола по первой и второй стадии. Продукты реакции назовите.
3. Запишите реакции хлорирования 1,3-диметилбензола, 1,2-диметилбензола, 1-метил-2-нитробензола, 1-метил-3-нитробензола, 1-метил-2-аминобензол Труднее или легче будут протекать эти реакции по сравнению с реакциями хлорирования?

РЕШЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ЗАДАЧ:
Для сжигания ароматического углеводорода массой 21,2г потребовалось 47,14л кислорода. Определите его молекулярную формулу, запишите и назовите возможные изомеры, укажите тип гибридизации каждого атома углерода.
Вычислите, какую массу бензола подвергли хлорированию на свету, если при этом было получено 11,35г продукта, что составляет 65% от теоретически возможного.
Смесь бензола с гексеном-1 массой 20г обесцвечивает 381г 4,2% раствора брома. Определить массовые доли компонентов в исходной смеси.