结构. Первая структура бензола была предложена в 1865 g. немецким ученым А. Kekule.

N

|

与

N ―С С―N

或

N― С С―N

与

|

N

Эта формула правильно отражает равноценность шести атомов углерода, однако не объясняет ряд особых свойств бензола. 例如, несмотря на ненасыщенность, бензол не проявляет склонности к реакциям присоединения: он не обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия, то есть не дает типичных для непредельных соединений качественных реакций. Поэтому вопрос о строении бензола привлекал внимание исследователей на протяжении десятков лет.

Особенности строения и свойств бензола удалось полностью объяснить только после развития современной квантовомеханической теории химических связей. По современным представлениям все шесть атомов углерода в молекуле бензола находятся в sp² – гибридном состоянии. Каждый атом углерода образует - связи с двумя другими атомами углерода и одним атомом водорода, лежащими в одной плоскости. Валентные углы между тремя связями равны 120⁰. 因此，, все шесть атомов углерода лежат в одной плоскости, образуя правильный шестиугольник ( - скелет молекулы бензола) (米. 7.1).

米. 7.1. σ – скелет молекулы бензола

Каждый атом углерода имеет одно негибридное р – облако. Шесть таких облаков располагаются перпендикулярно плоскому - скелету и параллельно друг другу (米. 7.2, 和). Все шесть р – орбиталей взаимодействуют между собой, 形成 - 来文, не локализованные в пары, как при образовании обычных двойных связей, а образуют единое - 电子云. 因此，, в молекуле бензола осуществляется круговое сопряжение (ароматический секстет).

a б

米. 7.2. Электронное строение молекулы бензола а) негибридные р – орбитали атомов углерода; b) ароматическая

π – электронная система

Наибольшая - электронная плотность в этой сопряженной системе располагается 结束 和 под плоскостью - скелета (米. 7.2, b). В результате все связи между атомами углерода в бензоле выровнены и имеют длину 0,139 地中海北部 (米. 7.3). Эта величина является промежуточной между длиной ординарной связи в алканах (0,154 地中海北部) и длиной двойной связи в алкенах (0,133 地中海北部). Равноценность связей принято изображать кружком внутри цикла (米. 7.3). N

与

|

与

与

0,139 地中海北部

与

与

N

N

N

N

120⁰

与

0,108 地中海北部

N

米. 7.3. Геометрическое строение молекулы бензола

Круговое сопряжение дает выигрыш в энергии 150 千焦/毫升. Эта величина составляет энергию сопряжения - 其中而消耗掉巨大能量, которую нужно затратить, чтобы нарушить ароматическую систему бензола.

Такое электронное строение объясняет все особенности бензола. 特别是, понятно, почему бензол трудно вступает в реакции присоединения – это приводит к нарушению сопряжения. Такие реакции возможны только в очень жестких условиях.

Совокупность свойств бензола принято называть проявлением ароматического 性质, 或 ароматичности.

Мы будем рассматривать гомологический ряд бензола с общей формулой С_nH_2n-6.

Изомерия и номенклатура.Структурная изомерия в ряду бензола обусловлена взаимным расположением заместителей в кольце. Если в бензольном кольце только один заместитель, то такое соединение не имеет ароматических изомеров, так как все атомы в бензольном ядре равноценны. Если с кольцом связаны два заместителя, то они могут находиться в трех разных положениях относительно друг друга. Положение заместителей указывают цифрами или обозначают словами

орто (关于-), 目标 (m-), 双 (p-):

Х X X

Y

Y

Y

орто-изомер 目标-изомер 双-изомер

(1,2 –) (1,3 –) (1,4 –)

При отщеплении атомов водорода от молекулы ароматических углеводородов образуются ароматические радикалы общей формулы С_nH_2n-7 (их называют арильными радикалами), простейшие из них – фенил и бензил:

CH₂―

фенил бензил

的名字 ароматические углеводороды происходит от слова «бензол» с указанием заместителей в бензольном кольце и их положения, например СН₃

CH₃

1,2 – диметилбензол

Получение.Арены содержатся в нефти и продуктах ее переработки, в продуктах коксохимического производства – каменноугольной смоле и коксовом газе.

1. 在 工业 арены получают:

和) из алифатических углеводородов в процессе ароматизации (риформинга) предельных углеводородов, входящих в состав нефти:

CH₃

CH₃

CH₂

N₂С СН₂

+ 4N₂.

N₂С СН₂

CH₂

гептан толуол

Из гексана таким образом получают бензол.

b) дегидрированием циклоалканов:

+ 3N₂.

2. Бензол получают при тримеризации 乙炔.

3CH≡ CH

Реакция происходит при пропускании ацетилена над активированным углем при 600 ⁰与.

3. Гомологи бензола получают реакцией взаимодействия бензола с галогеналканами в присутствии галогенидов алюминия (реакция Фриделя-Крафтса):

R

+ RCl + HCl.

在 лаборатории арены получают при сплавлении ароматических солей со щелочью:

与₆N₅СООNa + NaOH Na₂同₃ + C₆H₆↑.

有形财产.Первые члены гомологического ряда бензола – бесцветные жидкости со специфическим запахом. Они легче воды и в ней не растворимы. Хорошо растворяются в органических растворителях и являются хорошими растворителями для многих органических веществ. Бензол ядовит, другие арены менее опасны. Работа с бензолом (и его гомологами) требует особой осторожности.

Химические свойства. Для аренов наиболее характерны реакции, протекающие по механизму электрофильного замещения, так как при этом сохраняется их ароматическая система.

1. Галогенирование осуществляется в присутствии катализаторов FeBr₃, AlCl₃, FeCl₃.

Br

C₆H₆ + Br₂ + 哈佛商业评论.

Cl

C₆H₆ + Cl₂ + HCl.

2. Нитрование. Бензол очень медленно реагирует с концентрированной НNO₃ даже при сильном нагревании. Однако при действии нитрующей смеси (смесь концентрированных азотной и серной кислот) реакция нитрования проходит достаточно легко:

C₆H₆ + НОNO₂ C₆H₅不是的₂ + H₂O.

3. Сульфирование. Реакция легко проходит под действием «дымящей» серной кислоты (олеума).

C₆H₆ + N₂所以₄ → C₆H₅所以₃H + H₂O.

4. Алкилирование по Фриделю-Кравтсу:

C₆H₆ + CH₃Вr C₆H₅CH₃ + 哈佛商业评论.

метилбензол

(甲苯)

5. Алкилирование алкенами. Эти реакции широко используются в промышленности для получения этилбензола и изопропилбензола (кумола). Алкилирование проводят в присутствии катализатора AlCl₃:

C₆H₆ + CH₂=СН―CH₃ C₆H₅―CH(CH₃)_2.

изопропилбензол (《cumene)

CH₃―CH―CH₃

Структурная формула

изопропилбензола:

Наряду с реакциями замещения ароматические углеводороды могут вступать в реакции присоединения, однако эти реакции приводят к разрушению ароматической системы и поэтому требуют больших затрат энергии, протекают в жестких условиях.

1. Гидрирование бензола идет при нагревании и высоком давлении в присутствии катализаторов Ni, Pt, Pd.

+ 3N₂ →

циклогексан

Гомологи бензола при гидрировании дают производные циклогексана:

与₆N₅CH₃ + 3N₂ → 与₇N₁₄.

2. Присоединение хлора к молекуле бензола происходит при взаимодействии его паров с хлором под воздействием жесткого ультрафиолетового излучения.

与₆N₆ + 3CL₂ 与₆N₆Cl₆.

гексахлорциклогексан

(geksahloran)

3. Бензол горит ярким коптящим пламенем.

与₆N₆ + 15/2在₂ → 6与₂ + 3N₂在.

适用.Бензол используется в химической промышленности как растворитель и сырье для производства стирола, фенола, анилина, 染料, 药品.

Толуол используется как сырье в производстве лаков, типографских красок, бензойной кислоты, взрывчатых веществ, 药品, как добавка к моторному топливу для повышения октанового числа бензинов.

苯乙烯 используется в производстве полистирола, 合成橡胶.