Сборник основных формул по химии для ВУЗов - [22]

Все связи С—С в бензоле равноценны, их длина равна 0,140 нм. Это означает, что в молекуле бензола между углеродными атомами нет чисто простых и двойных связей (как в формуле, предложенной в 1865 г. немецким химиком Ф. Кекуле), а все они выровнены (дел окал изованы).

формула Кекуле

Гомологи бензола – соединения, образованные заменой одного или нескольких атомов водорода в молекуле бензола на углеводородные радикалы (R): С₆Н₅—R, R—С₆Н₄—R. Общая формула гомологического ряда бензола С_nН_2n_₆(n > 6). Для названия ароматических углеводородов широко используются тривиальные названия (толуол, ксилол, кумол и т. п.). Систематические названия строят из названия углеводородного радикала (приставка) и слова «бензол» (корень): С₆Н₅—CH₃ (метилбензол), С₆Н₅—С₂Н₅ (этилбензол). Если радикалов два или более, их положение указывается номерами атомов углерода в кольце, с которыми они связаны. Для дизамещен-ных бензолов R—С₆Н₄—R используется также и другой способ построения названий, при котором положение заместителей указывают перед тривиальным названием соединения приставками: орто– (o-) – заместители соседних атомов углерода кольца (1,2-); мета– (м-) – заместители через один атом углерода (1,3-); пара– (п-) – заместители на противоположных сторонах кольца (1,4-).

Виды изомерии (структурная): 1) положения заместителей для ди-, три– и тетра-замещенных бензолов (например, о-, м- и п-ксилолы); 2) углеродного скелета в боковой цепи, содержащей не менее 3 атомов углерода; 3) заместителей (R), начиная с R=С₂Н₅.

Способы получения ароматических углеводородов

1. С₆Н₁₂ →Pt, 300 °C→ С₆Н₆ + ЗН₂ (дегидрирование циклоалканов)

2. н-С₆Н₁₄ →Cr₂O₃, 300 °C→ С₆Н₆ + 4Н₂ (дегидроциклизация алканов)

3. ЗС₂Н₂ →С, 600 °C→ С₆Н₆ (циклотримеризация ацетилена, реакция Зелинского)

Химические свойства ароматических углеводородов

По химическим свойствам арены отличаются от предельных и непредельных углеводородов. Для аренов наиболее характерны реакции, идущие с сохранением ароматической системы, а именно реакции замещения атомов водорода, связанных с циклом. Другие реакции (присоединение, окисление), в которых участвуют делокали-зованные С-С связи бензольного кольца и нарушается его ароматичность, идут с трудом.

1. C₆H₆ + Cl₂ →AlCl₃→ C₆H₅Cl + HCl (галогенирование)

2. C₆H₆ + HNO₃ →H₂SO₄→ C₆H₅—NO₂ + H₂O (нитрование)

3. С₆Н₆ →H₂SO₄→ С₆Н₅—SO₃H + H₂O (сульфирование)

4. С₆Н₆ + RCl →AlCl₃→ С₆Н₅—R + HCl (алкилирование)

5. (ацилирование)

6. С₆Н₆ + ЗН₂ →t, Ni→ С₆Н₁₂ циклогексан (присоединение водорода)

7. (1,2,3,4,5,6-гексахлороциклогексан, присоединение хлора)

8. С₆Н₅—CH₃ + [О] → С₆Н₅—COOH кипячение с раствором КMnO₄ (окисление алкилбензолов)

7. Галогеноуглеводороды

Галогеноуглеводородами называются производные углеводородов, в которых один или несколько атомов водорода заменены на атомы галогена.

Способы получения галогеноуглеводородов

1. CH₂=CH₂ + HBr → CH₃—CH₂Br (гидрогалогенирование ненасыщенных углеводородов)

CH≡CH + HCl → CH₂=CHCl

2. CH₃CH₂OH + РCl₅ → CH₃CH₂Cl + POCl₃ + HCl (получение из спиртов)

CH₃CH₂OH + HCl → CH₃CH₂Cl + Н₂O (в присутствии ZnCl₂, t°C)

3. а) CH₄+ Cl₂ →hv→ CH₃Cl + HCl (галогенирование углеводородов)

б)

Химические свойства галогеноуглево-дородов

Наибольшее значение для соединений этого класса имеют реакции замещения и отщепления.

1. CH₃CH₂Br + NaOH (водн. р-р) → CH₃CH₂OH + NaBr (образование спиртов)

2. CH₃CH₂Br + NaCN → CH₃CH₂CN + NaBr (образование нитрилов)

3. CH₃CH₂Br + NH₃ → [CH₃CH₂NH₃]⁺Br ↔—HBr↔ CH₃CH₂NH₂ (образование аминов)

4. CH₃CH₂Br + NaNO₂ → CH₃CH₂ NO₂ + NaBr (образование нитросоединений)

5. CH₃Br + 2Na + CH₃Br → CH₃—CH₃ + 2NaBr (реакция Вюрца)

6. CH₃Br + Mg → CH₃MgBr (образование магнийорганических соединений, реактив Гриньяра)

7. (дегидрогалогенирование)

8. Спирты

Спиртами называются производные углеводородов, в молекулах которых содержится одна или несколько гидроксильных групп (—OH), связанных с насыщенными атомами углерода. Группа —OH (гидроксильная, оксигруппа) является в молекуле спирта функциональной группой. Систематические названия даются по названию углеводорода с добавлением суффикса -ол и цифры, указывающей положение гидроксигруппы. Нумерация ведется от ближайшего к OH-группе конца цепи.

По числу гидроксильных групп спирты подразделяются на одноатомные (одна группа —OH), многоатомные (две и более групп —OH). Одноатомные спирты: метанол CH₃OH, этанол С₂Н₅OH; двухатомный спирт: этилен-гликоль (этандиол-1,2) HO—CH₂—CH₂—OH; трехатомный спирт: глицерин (пропантриол-1,2,3) HO—CH₂—CH(OH)—CH₂—OH. В зависимости от того, с каким атомом углерода (первичным, вторичным или третичным) связана гидроксигруппа, различают спирты первичные R—CH₂—OH, вторичные R₂CH—OH, третичные R₃C—OH.

По строению радикалов, связанных с атомом кислорода, спирты подразделяются на предельные, или алканолы (CH₃CH₂—OH), непредельные, или алкенолы (CH₂=CH—CH₂—OH), ароматические (С₆Н₅CH₂—OH).

Виды изомерии (структурная изомерия): 1) изомерия положения OH-группы (начиная с С₃); 2) углеродного скелета (начиная с С₄); 3) межклассовая изомерия с простыми эфирами (например, этиловый спирт CH₃CH₂OH и диметиловый эфир CH