Арены или ароматические соединения

Бензол

Бензол открыт в 1825 г Майклом Фарадеем. Брутто-формула бензола С₆Н₆. Электронное и пространственное строение представлено на следующей странице. Ядра всех атомов углерода и водорода находятся в одной плоскости. Длины всех связей С – С одинаковы и равны 1,41 Å. Все шесть p-орбиталей перекрываются над и под плоскостью, проходящей через ядра атомов, и образуют единое π-облако. Оси σ-связей лежат в той же плоскости и направлены по отношению друг к другу под углами 120^О.

 

Физические свойства бензола.

Бензол – бесцветная жидкость. Имеет три максимума поглощения в ультрафиолетовой части спектра: при 183 нм (ε = 46000), при 203 нм (ε = 7400) и 255 нм (ε = 220). t_кип. = 80,1^OC при 760 мм.рт. ст. Плотность ρ = 0,879 г/мл. вязкость μ = 0,6487 спуаз. Дизлектрическая проницаемость ε = 2,28 (при 20^ОС). Растворимость в воде = 0,18 г/100 г. Бензол смешивается в любых соотношениях с жидкими алканами, их смесями (бензин, керосин, уайт-спирит, петролейный эфир), простыми эфирами, скипидаром. С метанолом даёт расслаивающуюся систему: два раствора: верхний слой – раствор бензола в метаноле и нижний – раствор метанола в бензоле. Бензол практически нерастворим в этиленгликоле и глицерине. Сам бензол растворяет очень многие органические вещества, например, нитробензол, анилин, фенол, многие лекарственные препараты. Из простых веществ он растворяет йод, серу, белый фосфор. Из неорганических веществ, например, трихлорид азота (NCl₃), гидроксиламин (NH₂-OH), хлорид алюминия (AlCl₃) и йодид индия (InI₃). Из комплексных соединений растворяет, например, пентакарбонилжелезо [Fe(CO)₅] и тетракарбонилникель [Ni(CO)₄].

 

 

Электронное и пространственное строение бензола.

 

Способы получения бензола

В 1868 году французский химик Пьер Эжен Марселен Бертло открыл реакцию получения бензола тримеризацией ацетилена. Выход бензола был очень низким, но Бертло не стал улучшать технологию. Зато этой реакцией заинтересовался Николай Дмитриевич Зелинский, который уже тогда серьёзно занимался катализом. В результате работ проведённых с учеником – Б.А. Казанским был подобран катализатор – активированный уголь и установлен оптимальный температурный режим:

В 1943 году реакцию тримеризации очень существенно модифицировал немецкий химик Вальтер Юлиус Реппе, применив в качестве катализатора комплексное соединение никеля с карбонильными лигандами и трифенилфосфином. Реакция проходит при относительно низких температурах со 100% выходом:

В 1911 году Н.Д. Зелинским и Н.Л. Глинкой был предложен способ получения бензола путём каталитического диспропорционирования циклогексена на циклогексан и бензол:

То же для циклогексадиена:

Бензол может быть получен также путём каталитического дегидририрования циклогексана при пониженном давлении:

Или гексана при более высокой температуре:

Из бензолкарбоновых кислот бензол может быть получен в две стадии: первая – получение натровой соли:

и вторая – нагревание сухой натровой соли с сухой щёлочью:

Аналогично для олигокарбоновых кислот:

 

 

Особая группа заместителей

В особую группу заместителей (ОГ) выделяют такие, которые с одной стороны обладают неподелённой парой электронов на атоме, контактирующем с бензольным ядром (как ЭД- заместители), а с другой стороны имеют сильный индукционный эффект (- I), превышающий по абсолютной величине мезомерный эффект (+ М) от сопряжения с упомянутой выше неподелённой парой электронов. К ОГ- заместителям, относятся, например, атомы галогенов и многочисленные ациламиногруппы:

Ниже с помощью резонансных структур показано на примере хлора мезомерное влияние ОГ-заместителя (+ М-эффект):

Индуктивное и суммарное влияние, а так же атака электрофильным реагентом, выглядят следующим образом:

Таким образом ОГ-заместители затрудняют (но не так резко, как ЭА-заместители) реакции электрофильного замещения и ориентируют вступающий элетрофильный реагент в о - и п -положение по отношению к себе (как ЭД –заместители).

Ниже приведены примеры реакций электрофильного замещения в производных бензола с ОГ-заместителями:

 

В случае N-ациламинопроизводных бензола скорость реакции суммарно в о - и п -положение очень мало отличается от скорости реакции с незамещённым бензолом, например:

 

В том случае, когда в молекуле ароматического вещества находятся два заместителя (или более), один из которых ОГ возможно и согласованное, и несогласованное их действие, например:

 

Фенолы

Фенолами называются производные ароматических углеводородов, содержащие гидроксильную группу (ОН) непосредственно связанную с одним из атомов углерода ароматического цикла, например:

Следует отметить, что приведённый последним бензиловый спирт не является фенолом, так как гидроксильная группа в нём отделена от атома углерода цикла метильной группой. Его кислотность, например, во много раз ниже чем у фенола и изомерных ему крезолов: рК_а фенола, п -крезола и бензилового спирта соответственно: 10,00; 10,26 и ≈ 16. То есть фенолы примерно в миллион (!!!) раз более сильные кислоты, чем спирты.

 

Фенол

Электронное и пространственное строение фенола представлено на стр.39. Видно, что одна из неподелённых пар электронов атома кислорода выходит на р-орбиталь и и становится сопряжённой с единым π-облаком бензольного ядра. Другая неподелённая пара электронов остаётся на sp²-орбитали.

Фенол – твёрдое бесцветное вещество с температурой плавления 43^ОС. На воздухе фенол быстро розовеет, потом становится фиолетовым в результате окисления с образованием интенсивно окрашенных продуктов. Перегонка такого окрашенного фенола обычно даёт более 99% бесцветного вещества. Кипит фенол при 182^ОС.

В воде фенол хорошо растворим даже при температурах ниже комнатных. Так, например, при 15^ОС его растворимость составляет 8,2 г / 100 г воды. С ростом температуры растворимость фенола быстро увеличивается и при 66^ОС он уже смешивается с водой в любых соотношениях. Фенол хорошо растворим также в низших спиртах (метаноле, этаноле и обоих пропанолах), ацетоне, бензоле, сероуглероде и хлороформе. Будучи кислотой хорошо растворяется в щелочах, переходя при этом в соли – феноляты.

Фенол имеет характерный запах, знакомый многим по запаху при мытье полов в медицинских учреждениях, где он (карболовая кислота) используется, как антисептик.

 

Химические свойства фенолов

Фенол является слабой кислотой. Его рК_а = 10. То есть он в 100 000 раз менее сильная кислота, чем уксусная (её рК_а = 4,76), и по крайней мере в 1 000 000 раз более сильная кислота, чем спирты (их рК_а = 16 – 18). Представление о влиянии электронодонорных, электроноакцепторных заместителей и заместителей особой группы на кислотные свойства производных фенола и его аналогов дают величины рК_а и качественные характеристики из таблицы на стр. 41 - 42.

Как кислоты фенол и его производные легко при комнатной температуре реагируют со щелочами:

Влияние заместителей на рК_а фенолов. рК_а нафтолов и тиофенола

Название	Формула	Тип замест.	рКа	Качественная характеристика
фенол		−	10,0	Слабая кислота
тиофенол		−	9,43	Слабая, но примерно в 4 раза более сильная кислота, чем фенол
2,4,6-триметилфенол		ЭД	10,80	Более слабая, чем фенол, кислота
п -аминофенол		ЭД	10,30	Более слабая, чем фенол, кислота
п -крезол (4-метилфенол)		ЭД	10,26	Более слабая, чем фенол, кислота
4-метоксифенол		ЭД	10,21	Более слабая, чем фенол, кислота
п -хлорфенол		ОГ	9,38	Слабая, но примерно в 4 раза более сильная кислота, чем фенол
п -бромфенол		ОГ	9,36	Слабая, но примерно в 4 раза более сильная кислота, чем фенол
2,4,6-трихлорфенол		три ОГ	6,00	Слабая, но более сильная, чем угольная кислота (её рКа = 6,40)
п -нитрофенол		ЭА	7,15	Слабая кислота близкая по силе к сероводородной (её рКа = 7,00)
2,4-динитрофенол		два ЭА	4,11	Слабая, но примерно в 4 раза более сильная кислота, чем уксусная (её рКа = 4,76)
2,6-динитрофенол		два ЭА	3,71	Слабая кислота близкая по силе к муравьиной (её рКа = 3,75)
пикриновая кислота (2,4,6-тринитрофенол)		три ЭА	0,71	Кислота средней силы очень близкая по силе к бензолсульфокислоте (её рКа = 0,70)
α-нафтол		−	9,85	Более сильная, чем фенол, кислота
β-нафтол		−	9,63	Примерно в 2,5 раза более сильная, чем фенол, кислота

 

Обратно феноляты – соли фенолов можно перевести в исходные фенолы действием либо сильных кислот:

либо действием слабых кислот, имеющих рК_а хотя бы на 2 единицы меньше, чем у данного фенола, например:

Действием даже большого избытка фенолята калия на ортофосфорную кислоту можно получить KH₂PO₄ или K₂HPO₄, но не K₃PO₄:

Наоборот фенол как более сильная кислота переводит ортофосфат калия в гидроортофосфат:

В отличие от спиртов фенолы не взаимодействуют с карбоновыми кислотами (то есть не вступают в реакцию этерификации), но могут быть проацилированы либо ангидридами карбоновых кислот, либо их галогенангидридами:

При этом получаются сложные эфиры фенолов.

Феноляты можно легко проалкилировать действием галоидных алкилов или диалкилсульфатов:

Оксигруппа в фенолах, как ЭД-заместитель очень сильно ускоряет реакции электрофильного замещения и ориентирует атакующий реагент в о - и п -положение по отношению к себе. Реакции бромирования фенолят-иона и фенола в уксусной кислоте были представлены на стр.31. Реакции сульфирования приведены ниже:

При сульфировании нафтолов сульфогруппы в первую очередь вступают в то ядро остатка нафталина, в котором находится гидроксильная группа:

Фенол нитрозируется под действием нитрита натрия и соляной кислоты:

Прямое нитрование фенола реакция чрезвычайно экзотермичная, а динитро- и тринитрофенол (пикриновая кислота) могут при перегревах взрываться. Поэтому обычно применяют ипсонитрование сульфокислот, то есть процесс замещения сульфогрупп на нитро, например:

Феноляты натрия и калия при повышенных температуре и давлении могут реагировать с углекислым газом – реакция Кольбе –Шмитта. В зависимости от природы используемого катиона металла получаются селективно соли либо орто- либо пара -оксикислот:

Из салициловой кислоты действием уксусного ангидрида получают ацетилсалициловую кислоту – аспирин:

Реакция Кольбе –Шмитта для β-нафтолята натрия протекает по различным положениям нафталинового ядра в зависимости от температуры проведения процесса:

Оксинафтойные кислоты, получаемые из этих солей, имеют большое практическое значение для синтеза многочисленных красителей.

Ароматические амины

Ароматические амины – очень важный класс соединений. Достаточно сказать, что по названию простейшего их представителя – анилина долгое время называлась целая отрасль химической промышленности – анилинокрасочная и главные целевые её продукты – анилиновые красители.

Ароматические амины как правило получают из ароматических нитросоединений. Ещё в 1842 году Николай Николаевич Зинин опубликовал в немецком химическом журнале статью, в которой привёл данные о получении анилина из нитробензола, 2-нафтиламина из 2-нитронафталина и м -аминобензойной кислоы из м-нитробензойной действием сульфида аммония. В качестве примера приведём восстановление п -нитрохлорбензола до п -хлоранилина:

Через 12 лет в 1854 году французский химик Бешан предложил другой метод восстановления ароматических нитросоединений: чугунными стружками в кислой среде или в среде электролитов:

При восстановлении ароматических нитросоединений в нейтральной среде электролитами могут быть хлориды натрия, кальция, железа(II), аммония, сульфат железа(II). Железо при этом окисляется до железной окалины – Fe₃O₄. Реакция сильно экзотермична:

Оба способа восстановления ароматических нитросоединений до аминов и по Зинину, и по Бешану до сих пор являются промышленными и очень широко применяются в синтезах красителей и лекарственных препаратов. Однако в этих способах образуется большое количество сточных вод, а в способе Бешана ещё и плохо фильтрующийся шлам железной окалины – Fe₃O₄, который из-за наличия в нём токсичных органических примесей наотрез отказываются брать металлурги, хотя массовая доля железа в нём больше, чем во многих рудах. В связи с этим очень перспективным является восстановление ароматических нитросоединений водородом на катализаторе – никеле Ренея. Реакция ведётся в спирте, который используется многократно, сточных вод нет.

Полученные из нитросоединений первичные ароматические амины могут быть проалкилированы до вторичных или до третичных жирноароматических аминов. Алкилирование первичных ароматических аминов до симметричных третичных аминов протекает просто – путём прямого взаимодействия с двумя молями галоидного алкила в присутствии такого же количества соды или поташа (или их избытка):

 

, наоборот, представляет определённые трудности. Дело в том, что при замене первого атома водорода на алкил основность нового вторичного жирно-ароматическкого амина становится на порядки выше, чем у исходного первичного, и он алкилируется до третичного в 1000 – 10000 раз быстрее. На практике, если к одному молю первичного ароматического амина добавить один моль галоидного алкила, то получится почти полмоля симметричного третичного амина, доли процента целевого вторичного жирно-ароматического амина и останется полмоля не прореагировавшего первичного ароматического амина. В связи с этим получить вторичный жирно-ароматический амин с хорошим выходом можно лишь проведя четырёхстадийный синтез, состоящий из следующих стадий:

1) Постановка защитной группы путём ацилирования аминогруппы первичного ароматического амина:

Полученный на этой стадии ацетанилид или его гомологи и аналоги являются типичными N – H-кислотами за счёт электроноакцепторного влияния как карбонильной группы, так и бензольного ядра. Поэтому атом водорода при атоме азота можно легко заменить на активный металл

2) Получение натрового производного ацетанилида или его гомолога или аналога:

 

Эту реакцию чаще всего проводят при 110 – 115^оС в смеси ксилолов, которая при этой температуре ещё не кипит. Полученное натровое производное исключительно легко реагирует с галоидными алкилами.

3) Алкилирование натрового производного ацетанилида галогенпроизводными алканов:

 

Содержание

Название темы или раздела темы	Стр.
Понятие об ароматичности
Правило Хюккеля
Экспериментальные критерии ароматичности
Склонность ароматических соединений к реакциям замещения
Доказательства плоского строения по данным рентгеноструктурного анализа
Аргументы в пользу ароматического строения по данным ЯМР
Спектры ЯМР тетраметилсилана, циклогексана, ацетона, хлороформа и бензола
Спектр ЯМР циклопентадиена и циклопентадиенидного аниона
Гетероароматические соединения: фуран, пиррол и тиофен - π-избыточные системы
Ферроцен – молекула-сендвич
Спектр ЯМР циклогептатриена
Реакция перехода циклогептатриена в катион тропилия
Спектр ЯМР катиона тропилия
Азулен – комбинация π-недостаточной и π-избыточной систем
Полициклические ароматические и не ароматические соединения
Бензол
Физические свойства бензола.
Электронное и пространственное строение бензола.
Способы получения бензола
Реакция тримеризации ацетилена по Бертло-Зелинскому-Казанскому
Реакция тримеризации ацетилена по Реппе
Получение бензола путём каталитического диспропорционирования циклогексена
Получение бензола путём каталитического диспропорционирования циклогексадиена
Получение бензола путём каталитического дегидририрования циклогексана
Получение бензола путём каталитического дегидририрования гексана
Получение бензола путём нагревание сухих натровых солей бензолкарбоновых кислот с сухой щёлочью
Химические свойства бензола.
Горение бензола
Каталитическое окисление бензола до малеинового ангидрида
Каталитическое окисление нафталина до фталевого ангидрида
Практическое значение малеинового и фталевого ангидридов
Окисление алкильных производных бензола сильными окислителями (KMnO4, K2Cr2O7, NaBiO3) в жидкой фазе в кислой среде
Схема окисления алкильных производных бензола
Примеры реакций окисления алкильных производных бензола перманганатом калия и дихроматом калия в сернокислой среде
Реакции электрофильного замещения в бензоле. Общий механизм
Реакция сульфирования бензола. Механизм
Сульфирование нафталина. Кинетический и термодинамический контроль при получении α- и β-изомерных сульфокислот нафталина
Реакция нитрования бензола. Механизм
Нитрование нафталина
Реакция галогенирования бензола. Механизм
Реакция алкилирования по Фриделю-Крафтсу. Механизм
Реакция алкилирования алкенами. Изомеризация алкильных «хвостов»
Реакция ацилирования по Фриделю-Крафтсу. Механизм
Ацилирование аренов галогенангидридами с длинными линейными алкильными радикалами. Перевод их в длинные линейные алкилбензолы по Клемменсену или в две стадии по Кижнеру
Ацилирование аренов ангидридами карбоновых кислот
Реакция азосочетания спроизводными бензола, содержащими электронодонорные заместители: фенолами и третичными жирно-ароматическими аминами
Влияние заместителей на скорость и направление реакций электрофильного и нуклеофильного замещения в бензольном ряду
Классификация заместителей
Электроноакцепторные заместители.Общий признак и представление ЭА- заместителей
Предсказание влияния ЭА-заместителей на скорость и направление реакций электрофильного и нуклеофильного замещения в бензольном ряду с помощью теории резонанса Лайнуса Полинга
Оценка соотношения констант скоростей незамещённого бензола и бензола с ЭА-заместителем на примерах реакций бромирования, нитрования и сульфирования
Нуклеофильное замещение атомов галогенов в бензольном ядре
Механизм нуклеофильного замещения
Оценка соотношения констант скоростей нуклеофильного замещения в хлорбензоле и п -нитрохлорбензоле
Активированное ЭА-заместителями нуклеофильное замещение галогенов на аминогруппу
Влияние накопления ЭА-заместителей в о - и п -положении к атому галогена на скорость реакции нуклеофильного замещения
Реакции активированного нуклеофильного замещения с алкоголятами
Реакции активированного нуклеофильного замещения с аммиаком и аминами
Сравнительная реакционная способность атомов галогенов, имеющих ЭА-заместитель в о -, м - и п -положении к ним
Электронодонорные заместители.Общий признак
ЭД-заместители. Представление
Предсказание влияния ЭД-заместителя на скорость и направление реакций электрофильного замещения в бензольном ряду с помощью теории резонанса Лайнуса Полинга на примерах фенолят-иона и анилина
Сравнительная реакционная способность бензола и о - и п -положений бензола с ЭД-заместителем
Примеры реакций электрофильного замещения: бромирования, нитрования, алкилирования и ацилирования по Фриделю -Крафтсу для производных бензола с ЭД-заместителями
Пространственное влияние на направление химической реакции
Согласованное и несогласованное влияние заместителей
Особая группа заместителей.Общий признак и представление
Предсказание влияния ОГ-заместителей на скорость и направление реакций электрофильного замещения в бензольном ряду с помощью теории резонанса Лайнуса Полинга
Примеры реакций электрофильного замещения в производных бензола с ОГ-заместителями
Согласованное действие ЭА- и ОГ- заместителей в производных бензола
Несогласованное действие ЭД- и ОГ- заместителей в производных бензола
Наиболее важные производные ароматических углеводородов
Фенолы.Определение и представление
Сравнение кислотности фенолов и спиртов
Фенол.Егоэлектронное и пространственное строение
Физически свойства фенола
Способы получения фенола и его аналогов
Получение фенола из бензола через бензолсульфокислоту с её дальнейшим плавлением с едким натром
Схема электронного и пространственного строения фенола
Реакция щелочного плавления сульфокислот в нафталиновом ряду
Получение фенола и ацетона из бензола через кумол (изопропилбензол) и гидроперекись кумола
Получение фенола путём нуклеофильного замещения атома хлора на гидроксил действием горячего раствора щёлочи или воды
Химические свойства фенолов
Влияние электронодонорных, электроноакцепторных заместителей и заместителей особой группы на кислотные свойства производных фенола и его аналогов. Текст и таблица величин рКа
Взаимодействие фенолов со щелочами – получение фенолятов
Перевод фенолятов в исходные фенолы действием более сильных кислот
Ацилирование фенолов ангидридами карбоновых кислот или их галогенангидридами – получение сложных эфиров фенолов
Алкилирование фенолятов действием галоидных алкилов или диалкилсульфатов
Реакции сульфирования фенола и α-нафтола
Нитрозирование фенола под действием нитрита натрия и соляной кислоты
Ипсонитрование фенолсульфокислот – получение пикриновой кислоты
Взаимодействие фенолятов с углекислым газом – реакция Кольбе –Шмитта
Получение ацетилсалициловой кислоты – аспирина
Зависимость направления реакцииКольбе –Шмитта для β-нафтолята натрия от температуры проведения процесса
Ароматические амины.Их практическое значение
Получение ароматических аминов из ароматических нитросоединений действием сульфида аммония – реакция Н.Н. Зинина.
Получение ароматических аминов из ароматических нитросоединений действием чугунных стружек в кислой среде или в среде электролитов – реакция Бешана
Недостатки способовН.Н. Зинина и Бешана сточки зрения экологов
Получение ароматических аминов из ароматических нитросоединений действием водорода на катализаторе – никеле Ренея
Алкилирование первичных ароматических аминов до симметричных третичных аминов
Алкилирование первичных ароматических аминов до вторичных жирно-ароматических. Четырёхстадийный синтез.
Получение несимметричных третичных жирно-ароматических аминов из вторичных жирно-ароматических
Взаимодействие первичных ароматических аминов с нитритом натрия и соляной кислотой с образованием солей диазония
Использование солей диазония для получения азокрасителей по реакции азосочетания с фенолами (нафтолами)
Азокрасители как рН-индикаторы
Использование солей диазония для получения азокрасителей по реакции азосочетания с ароматическими третичными аминами
Взаимодействие вторичных жирно-ароматических аминов с нитритом натрия и соляной кислотой с образованием N-нитрозаминов
Перегруппировка Фишера-Хеппа
Взаимодействие третичных жирно-ароматических аминов с нитритом натрия и соляной кислотой с образованием С-нитросоединений
Восстановление С-нитрозосоединений водородом на никеле Ренея
Сульфированиетретичных жирно-ароматических аминов
Нитрованиетретичных жирно-ароматических аминов
Реакцияазосочетания с третичными жирно-ароматическими аминами
Основность первичныхароматических, а так же вторичных и третичныхжирноароматических аминов. Реакции этих аминов с кислотами
Переводсолей ароматических и жирно-ароматических аминов в исходные амины действием щелочей
Кислотно-основные превращения карбоновых кислот ароматического ряда
Реакции карбоновых кислот ароматического ряда со щелочами
Реакции карбоновых кислот ароматического ряда с солями более слабых и нестойких кислот
Реакции карбоновых кислот ароматического ряда с металлами, стоящими в ряду напряжений левее водорода
Переводсолей карбоновых кислот ароматического ряда в исходные кислоты действием сильных кислот
Реакции карбоновых кислот ароматического ряда с аммиаком и аминами
Переводаммонийныхсолей карбоновых кислот ароматического ряда в соли металлов действием горячих растворов щелочей
Переводаммонийныхсолей карбоновых кислот ароматического ряда исходные кислоты действием более сильных кислот
Кислотно-основные превращения сульфокислот ароматического ряда
pKa бензолсульфокислоты и реакции сульфокислот ароматического ряда со щелочами, амфотерными гидроксидами и нерастворимыми в воде основаниями
Реакции водных растворов сульфокислот ароматического ряда с основными и амфотерными оксидами
Реакции водных растворов сульфокислот ароматического ряда с солями слабых кислот
Реакции сульфокислот ароматического ряда с аммиаком и аминами
Переводсолей сульфокислот ароматического ряда в сульфохлориды действием пентахлорида фосфора

 

 

 

АРЕНЫ или ароматические соединения

Понятие об ароматичности. Ароматическими называются циклические соединения, все атомы цикла которых находятся в состоянии sp²-гибридизации, циклическая часть молекулы которых является плоской, а число р-электронов, отдаваемое на образование единого π-облака, подчиняется правилу Хюккеля.

Правило Хюккеля: если число р-электронов, отдаваемое атомами на образование единого π-облака, приравнять к выражению 4 n + 2 и найти из получившегося уравнения n, то соединение будет ароматическим, если n – любое целое число, а если n – дробь, то соединение будет носить характер непредельного.

Самым старым и самым надёжным экспериментальным критерием ароматичности химического соединения является его склонность к реакциям замещения в отличие от непредельных соединений, которые склонны к реакциям присоединения, хотя и те и другие содержат атомы в состоянии sp²-гибридизации и в принципе должны что-то присоединить, чтобы перейти в состояние sp³-гибридизации. Например, алкен – непредельное соединение даже на морозе в органическом растворителе быстро присоединяет бром:

Тогда как бензол – ароматическое соединение реагирует с бромом только при нагревании, в присутствии катализатора – FeBr₃ и путём замещения – выделяется HBr:

Очень полезную информацию об ароматичности или непредельности циклических соединений дают физические методы исследования: рентгеноструктурный анализ и анализ спектров ядерного магнитного резонанса (далее ЯМР). Рентгеноструктурный анализ с высокой точностью показывает положение всех ядер молекулы исследуемого соединения. Если все ядра цикла лежат в одной плоскости, то получен хороший аргумент в пользу ароматичности, а, если часть ядер выходит из плоскости, выбранной по положению любых трёх ядер, то молекула в соответствии с приведённым выше определением ароматической точно быть не может. Например, у бензола, нафталина и азулена

молекулы плоские и они действительно ароматические соединения, тогда как 1,3,5,7-циклооктатетраен,

все атомы углерода которого находятся также как и у приведённых выше соединений в состоянии sp²-гибридизации, молекула не плоская, а имеет форму «ванны»

или «кресла», соединение непредельное – очень легко присоединяет при комнатной температуре четыре моля брома:

В спектрах ЯМР каждому «сорту» протонов на графике зависимости «интенсивность сигнала от химических сдвигов – δ» соответствует своё положение на оси абсцисс. Например, если принять для тетраметилсилана (ТМС) – Si(CH₃)₄ величину δ равной нулю, то у циклогексана (Цгс) -- С₆Н₁₂ она будет равна 1,41, у ацетона (Ацн) – СН₃-СО-СН₃ - 2,09, у хлороформа (Хлф) – CHCl₃ – 7,33 и у бензола (Бзл) – С₆Н₆ -- 7,17. Интенсивность пиков зависит от числа одинаковых протонов. Следует отметить, что в каждом из перечисленных соединений все протоны химически эквивалентны. Поэтому интенсивность пиков у тетраметилсилана и циклогексана (у них по 12 протонов) самая высокая, у ацетона и бензола примерно вдвое ниже (по 6 протонов) и у хлороформа, имеющего лишь один протон, самая низкая. Упрощённо спектр ЯМР для этих веществ выглядит так:

Рост величины δ называется сдвигом в слабое поле. Сама величина определяется по формуле:

δ = (Н_обр - Н_этал)●10⁶/ Н_о,