Ориентация при электрофильном замещении в бензольном ядре

 

Однозамещённый бензол изомеров не имеет. При вступлении в молекулу второго заместителя могут образоваться три изомера (о-, м-, п-).

Место вступления нового заместителя определяется природой уже имеющегося в ароматическом ядре заместителя. Их можно разделить на две группы.

Заместители I рода - алкильные радикалы, группы ОН, NН₂, галогены - доноры электронов, они активизируют ядро, облегчают введение нового заместителя, реакции электрофильного замещения протекают легче, чем в бензоле. Заместители I рода направляют преимущественно в орто- и пара- положения.

Заместители II рода - направляют преимущественно в мета- положение - это мета -ориентанты - NО₂, SОзН, СООН, СN и другие. Заместители II рода акцепторы электронов, оттягивают электронную плотность из ядра, уменьшая его активность в реакциях электрофильного замещения.

Например:

 

 

Пример. Получить м-метилбензолсульфокислоту из бензола. Формула

а) SОзН - заместитель II рода, м-ориентант

б) СНз - заместитель I рода, направляет вторую частицу в орто- или пара- положения.

Для того, чтобы получить мета- замещённый бензол, необходимо вначале ввести сульфогруппу, а затем метильную группу.

 

 

Если необходимо получить соединение, имеющее в м-положении два заместителя I рода, в первую очередь вводится заместитель, который является ориентантом нужного вам положения. В этом случае сначала обязательно вводится заместитель II рода, из которого в дальнейшем можно получить требуемый заместитель I рода.

Пример. Из бензола получить м-хлоранилин.

 

 

 

 

 

 

Вопросы для самоконтроля знаний по разделу «Углеводороды»

 

1 Какие из приведенных соединений являются гомологами метана: С₂Н₂, СзН₆, С₄Н₁₀, С₇Н₁₆,С₆Н₆, С₅Н₁₂?

2 Какие атомы углерода называют первичными, вторичными, третичными, четвертичными? Приведите формулы соединений, содержащих эти атомы.

3 Назовите по систематической номенклатуре следующие углеводороды:

а)
б)
в)

4 Напишите структурные формулы следующих углеводородов:

а) 3,3 – диметилпентан;

6)3,5- диметил-4-этилгексен-2;

в) 3 - метилпентин-1.

5 Напишите структурные формулы изомерных углеводородов следующих алканов, алкенов, ароматических углеводородов состава: С₆Н₁₄, С₅Н₁₀, С₈Н₁₀. Назовите.

6. Осуществите схемы превращений:

а) Метан → ацетилен → бензол → нитробензол.

б) Этилен → этилхлорид → бутан -→ бутен – 1.

в) Ацетилен → этилен → бутан → бутадиен 1.3.

7 Какой ароматический углеводород получится при каталитической дегидроциклизации гептана?

8 В каких условиях осуществляются следующие превращения:

а) Толуол метилциклогексан;

б) Бутен бутадиен 1.3;

в) Бутен - 1 бутин – 2.

9 С помощью каких реакций можно различить:

а) стирол и этилбензол;

б) бензол и толуол;

в) этилен и ацетилен?

10 Выведите молекулярную формулу углеводорода, содержащего: ω (С) = 85,7% и ω (Н) = 14,3%. Плотность паров по водороду равна 21.

Галогенопроизводные

 

Производные углеводородов (алканов, алкенов, циклоалканов, ароматических углеводородов), в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены галогеном, называются галогенпроизводными.

 

 

В ненасыщенных галогенпроизводных начало нумерации определяет двойная связь - она старшая.

 

 

При изучении способов получения галогенпроизводных можно использовать материал прошлых тем: галогенирование алканов, алкенов, алкинов, алкадиенов, циклоалканов, ароматических углеводородов, и их получение.

При изучении химических свойств могут быть также использованы методические рекомендации для изучения этих же тем.

Следует обратить внимание на различные реакции галогенпроизводных с водными растворами щелочей (реакция замещения с образованием спиртов) и с их спиртовыми растворами (реакция дегидрогалогенирования с образованием непредельных углеводородов).

Спирты (Алкоголи). Фенолы

 

Соединения, в которых группа (ОН) непосредственно связана:

а) с углеводородным радикалом, называются спиртами R – ОН;

б) с ароматическим радикалом, называются фенолами АrОН..

По количеству гидроксильных групп (ОН) эти соединения делятся на: одноатомные - одна гидроксигруппа; двухатомные - две гидроксигруппы; трёхатомные — три; многоатомные - гидроксигрупп более трёх.

В зависимости от того, при каком атоме углерода находится гидроксил, спирты делятся на:

а) первичные R-СН₂ОН

б) вторичные
в) третичные

 

Названия спиртов производят от названия алканов с добавлением суффикса – ол. Главную цепь нумеруют с того конца, к которому ближе расположена гидроксильная группа.

СНзОН – метанол

 

СН₃СН₂ОН – этанол

 

СНзСН₂СН₂ОН – пропанол - 1 (первичный спирт)

 

СНз-СН-СНз- пропанол - 2 или изопропиловый спирт (вторичный спирт)

 

 

 

Методы получения спиртов

 

1 Присоединение воды к алкенам (гидратация)

 

2 Гидролиз галогенопроизводных (с водой или водным раствором щелочей)

 

СН₃СН₂Вr + НОН → СН₃СН₂ОН + НВr

 

 

Если в молекуле имеются 2 атома галогенов, расположенные у разных атомов углерода, то в результате реакции образуются двухатомные спирты.

 

 

3 Восстановление альдегидов и кетонов

 

Химические свойства спиртов

 

1 Взаимодействие со щелочными металлами (спирты проявляют кислотные свойства)

 

2СН₃-СН₂ОН + 2Nа → 2СН₃СН₂ОNа + Н₂

этилат (алкоголят) натрия

 

2 Образование простых эфиров

СН₃СН₂ONа + С₂Н₅Сl → СН₃-СН₂-О-СН₂-СН₃+NаСl

диэтиловый эфир

3 Образование сложных эфиров - реакция этерификации

 

4 Замена гидроксила на галоген

 

СНзОН + НВr → СН₃Вr + Н₂О

5 Отщепление воды

а) внутримолекулярная дегидратация (по правилу Зайцева)

 

 

б) межмолекулярная дегидратация

 

 

6 Окисление спиртов

а) окисление первичных спиртов: в мягких условиях приводит: к образованию альдегидов, в жёстких условиях - к образованию кислот.

 

При окислении

б) при окислении вторичных спиртов образуются кетоны

Методы получения фенола

 

1 Гидролиз галогенопроизводных

 

 

2 Кумольный метод (на Омском заводе СК)

 

 

Более новый способ - циклогекановый:

 

Химические свойства фенола

 

Как у спиртов, так и у фенолов имеется гидроксильная группа, которая также проявляет кислотные свойства. Группа ОН - ориентант I рода повышает электронную плотность в ароматическом ядре, ароматическое ядро увеличивает подвижность атома водорода в гидроксигруппе.

Реакции с участием гидроксигруппы:

1 Взаимодействие с раствором щёлочи

 

С₆Н₅ОН + NaOH → С₆Н₅ОNа +Н₂О

фенолят натрия

 

2 Образование простых эфиров

 

Реакции с участием ароматического ядра:

1 Галогенирование

Фенолы галогенируются легче, чем бензол и его гомологи. В результате получаются орто- и пара- изомеры.

 

2 Нитрование

Фенол нитруется разбавленной азотной кислотой

 

3 сульфирование

 

Альдегиды и кетоны

 

Для альдегидов и кетонов характерно наличие в молекуле карбонильной группы С=О. В альдегидах данная группа связана с радикалом и водородом – R-СНО, в кетонах с двумя радикалами – R-СО-R.

Название альдегидов составляют из названий соответствующих алканов с добавлением суффикса «аль», у кетонов «он» с указанием положения карбонильной группы в углеродной цепи.