- •Федеральное агеНтСтво по образованию
- •Кафедра химии
- •Оглавление
- •Введение
- •Тема 1. Теория строения органических соединений. Органическое сырьё и пути его переработки
- •Контрольные задания
- •Классификация органических соединений, их применение
- •Тема 2. Углеводороды
- •2. 1. Насыщенные углеводороды (алканы)
- •Характеристика алканов
- •Литература /1, с. 39 - 60; 2, с. 42 - 62/ Контрольные задания
- •Перечень насыщенных углеводородов в соответствии с вариантом задания
- •2.2. Ненасыщенные углеводороды (алкены,
- •Характеристика ненасыщенных углеводородов (состав, строение, номенклатура, характерные реакции)
- •Контрольные задания
- •2.3. Ароматические углеводороды
- •Характеристика ароматических углеводородов (состав, строение, номенклатура, характерные реакции)
- •Контрольные задания
- •Тема 3. Производные углеводородов
- •3.1. Спирты и фенолы
- •Характеристика спиртов и фенолов
- •Контрольные задания
- •3.2. Альдегиды и кетоны. Углеводы
- •Характеристика альдегидов и кетонов
- •Контрольные задания
- •3.3. Карбоновые кислоты и их производные. Поверхностно -активные вещества
- •Характеристика кислот
- •Контрольные задания
- •Тема 4. Высокомолекулярные соединения (вмс)
- •ККонтрольные задания
- •Тема 5. Превращения органических
- •Библиографический список рекомендуемой литературы
2.3. Ароматические углеводороды
Бензол и его гомологи. Особенности строения бензола в свете электронных и квантово – механических представлений; структура углерод – углеродных связей, обеспечивающая равномерное распределение электронной плотности в ароматическом кольце бензола. Химические свойства ароматических углеводородов. Реакции замещения водорода в ароматическом кольце, их электрофильный механизм. Устойчивость бензола в реакциях окисления и присоединения.
Правила ориентации при замещении в бензольном кольце, взаимное влияние кольца и заместителей. Ориентанты 1 и 2 рода.
Применение ароматических углеводородов в технике. Токсичность бензола и его гомологов и техника безопасности при работе с ними (табл. 5).
Таблица 5
Характеристика ароматических углеводородов (состав, строение, номенклатура, характерные реакции)
N п/п |
Характеристика ароматических углеводородов |
|
1.
2.
3.
4.
5.
6.
77. |
Общая формула гомологического ряда
Первый член ряда
Систематическая номенклатура
Структура
Состояние гибридизации
Геометрическая форма молекулы, угол связи между атомами
Характерные реакции |
CnH2n-6
C6H6
-бензол
sp2 , π- связь не локализована ( сопряженная связь)
120o Замещения, присоединения, окисления гомологов за счет боковой цепи. |
Литература / 2, с. 275 - 289; 2, с. 359 – 389 /.
Контрольные задания
Рассмотрите образование связей в молекуле бензола. Укажите валентное состояние атомов углерода (тип гидридизации). В чем причина высокой устойчивости молекулы бензола?
Представьте структурные формулы изомеров ароматических углеводородов с общей формулой С9Н12. Напишите формулы ближайших гомологов. Назовите соединения, используя как буквенные (о-, n-, м-), так и цифровые (1,2 и т.д.) обозначения положения заместителей в бензольном кольце.
Рассмотрите основные природные источники и методы получения ароматических углеводородов.
Назовите виды моторного топлива и рассмотрите основы его стандартизации, сущность понятия ″октановое число″. Каково влияние ароматичности на антидетонационные свойства топлива?
На основании строения бензола объясните его устойчивость в реакциях окисления. Почему гомологи бензола окисляются легче, чем бензол? Приведите уравнения реакций окисления бензола, этилбензола, пропилбензола, м-ксилола и укажите условия их протекания. Назовите продукты реакции.
Почему бензол, несмотря на формально высокую ненасыщенность, с трудом вступает в реакции присоединения? Дайте объяснения, основываясь на строении бензольного кольца. Напишите уравнения реакций гидрирования и хлорирования (в разных условиях) толуола, указав тип и механизм реакций.
Почему ароматические углеводороды, несмотря на формально высокую ненасыщенность, главным образом вступают в реакции замещения? Ответ поясните, основываясь на строении бензола. Напишите уравнение реакции алкилирования бензола, рассмотрев механизм процесса.
Представьте общую формулу гомологического ряда бензола. Напишите структурную формулу пропилбензола и его изомеров, которые отличаются строением заместителей, и их положения в бензольном кольце. Назовите все соединения, используя буквенное ( о -, п- , м- ), а также цифровое обозначение заместителей бензольного кольца.
Напишите уравнения реакций электрофильного замещения бензола (хлорирования, нитрования, сульфирования). Назовите все соединения. На основе строения бензола поясните, почему именно реакции замещения, а не присоединения, характерны для бензола и его гомологов.
Напишите уравнения реакций замещения бензола, в результате протекания которых образуются пара- и мета- октилбензолсульфакислоты. Какие вещества получаются при «омылении» (щелочном гидролизе) n-и м- октилбензолсульфакислот? Предложите возможные направления использования продуктов, полученных при «омылении».
Допишите уравнения реакций получения гомологов и производных бензола. Укажите тип реакций. Назовите все соединения по систематической номенклатуре.
В каком из приведенных соединений– хлорбензоле С6Н5 Cl или хлористом бензиле С6Н5 - CH2Cl – атом хлора является более подвижным? Какова роль сопряжения в устойчивости молекул? Подтвердите уравнениями реакций.
Какой из углеводородов – бензол или толуол - легче нитруется? Ответ обоснуйте влиянием заместителя на реакционную способность ароматических углеводородов. Напишите уравнения реакций полного нитрования названных выше углеводородов, указав, как меняются условия процесса.
По реакции Фриделя-Крафтса получите толуол и этилбензол, укажите их техническое использование. Приведите уравнения реакций, механизм и условия бромирования углеводородов в ядро и боковую цепь.
Рассмотрите классификацию заместителей атомов водорода в бензоле. Среди приведенных функциональных групп
-NH2, -NO2, -OH, -CH3, -SO3H укажите заместители первого и второго рода и покажите распределение электронной плотности под влиянием этих заместителей.
Допишите уравнения реакций:
Объясните различную химическую активность исходных веществ. Какая из трех реакций протекает наиболее легко, а какая – наиболее трудно? Ответ мотивируйте.
Допишите уравнения реакций замещения атомов водорода бензольного кольца. Назовите все соединения.
Мотивируйте различное направляющее действие заместителей, уже имеющихся в бензольном кольце. Какая из приведенных реакций протекает наиболее легко, а какая – наиболее трудно?
Графически изобразите перераспределение электронной плотности в бензольном кольце под влиянием следующих групп: -СООН и - СН3.
Допишите уравнения реакций замещения, укажите природу атакующего реагента Cl2 (электрофильный, нуклеофильный или радикальный) и механизм процесса в каждом случае.
Допишите уравнения реакции
Укажите орто-, пара-, мета-замещение, природу атакующего реагента (электрофильный, нуклеофильный или радикальный), условия протекания реакций.
Среди проведенных ниже заместителей атома водорода в бензольном кольце укажите доноры и акцепторы электронов: -NН2, -ОН, -С(О)Н, -СООН, -СН(СН3)2 , - NО2. Какие из приведенных заместителей облегчают, а какие –затрудняют реакции электрофильного замещения бензольного кольца? Ответ мотивиуйте уравнениями реакций.
По какому принципу заместители атомов водорода в бензоле делятся на две группы, и как это отражается на активности кольца? Приведите уравнения реакций электрофильного замещения бензольного кольца с уже имеющимися заместителями 1 и 2 рода. Почему реакции нуклефильного замещения менее характерны для ароматических углеводородов? Для каких производных бензола их легче провести?