Үнэрт химийн нэгдлүүд буюу аренууд нь молекулууд нь зургаан нүүрстөрөгчийн атомын тогтвортой цагираг агуулсан карбоциклик нэгдлүүдийн томоохон бүлэг юм. Үүнийг "бензолын цагираг" гэж нэрлэдэг бөгөөд аренуудын физик, химийн тусгай шинж чанарыг хариуцдаг.

Анхилуун үнэрт нүүрсустөрөгчид бензол болон түүний бүх гомологууд ба деривативууд орно.

Арен молекулууд нь хэд хэдэн бензолын цагираг агуулж болно. Ийм нэгдлүүдийг олон цөмийн үнэрт нэгдлүүд гэж нэрлэдэг. Жишээлбэл, нафталин нь ноосон бүтээгдэхүүнийг эрвээхэйнээс хамгаалах алдартай эм юм.

Бензол

Аренийн энэхүү хамгийн энгийн төлөөлөгч нь зөвхөн бензолын цагирагаас бүрддэг. Түүний молекулын томъёо нь C6X6 юм. Бензолын молекулын бүтцийн томьёо нь ихэвчлэн 1865 онд А.Кекулегийн санал болгосон мөчлөгт хэлбэрээр илэрхийлэгддэг.

Энэ томьёоны давуу тал нь цагираг дахь бүх С ба Н атомын найрлага, эквивалентыг нарийн тусгадагт оршино. Гэсэн хэдий ч энэ нь аренуудын олон химийн шинж чанарыг тайлбарлаж чадаагүй тул гурван хосолсон C = C давхар холбоо байгаа тухай мэдэгдэл алдаатай байна. Энэ нь орчин үеийн холболтын онол гарч ирснээр л тодорхой болсон.

Үүний зэрэгцээ өнөөдөр бензолын томъёог Кекулегийн санал болгосон байдлаар бичдэг. Нэгдүгээрт, түүний тусламжтайгаар химийн урвалын тэгшитгэлийг бичихэд тохиромжтой. Хоёрдугаарт, орчин үеийн химичүүд үүнийг жинхэнэ бүтэц биш харин зөвхөн бэлгэдэл гэж үздэг. Бензолын молекулын бүтцийг өнөөдөр янз бүрийн бүтцийн томъёогоор дамжуулж байна.

Бензолын цагирагийн бүтэц

Бензолын цагирагийн гол онцлог нь уламжлалт утгаараа дан болон давхар холбоогүй байх явдал юм. Орчин үеийн үзэл баримтлалын дагуу бензолын молекул нь хажуугийн урт нь 0.140 нм-тэй тэнцэх хавтгай зургаан өнцөгт хэлбэртэй байдаг. Бензол дахь C-C бондын урт нь дан (түүний урт нь 0.154 нм) ба давхар (0.134 нм) хоорондын завсрын утга болох нь харагдаж байна. C-H холбоо нь мөн ижил хавтгайд байрладаг бөгөөд зургаан өнцөгтийн ирмэгүүдтэй 120 ° өнцгийг үүсгэдэг.

Бензолын бүтэц дэх С атом бүр sp2 эрлийз төлөвт байна. Ойролцоох хоёр С атом, нэг Н атом бүхий гурван эрлийз орбиталаар холбогдож, гурван s-бонд үүсгэдэг. Өөр нэг, гэхдээ аль хэдийн эрлийзжээгүй, 2p тойрог зам нь хөрш зэргэлдээх С атомуудын ижил орбиталуудтай (баруун ба зүүн талд) давхцдаг. Түүний тэнхлэг нь цагирагийн хавтгайд перпендикуляр байдаг бөгөөд энэ нь тойрог замууд нь түүний дээр ба доор давхцдаг гэсэн үг юм. Энэ тохиолдолд нийтлэг хаалттай π-электрон систем үүсдэг. Зургаан С атомын 2p орбиталууд ижил давхцсанаас болж С-С ба С=С бондын нэгэн төрлийн “тэнцүүлэлт” үүснэ.

Энэ үйл явцын үр дүн нь ийм "нэг хагас" бондын давхар ба дан бондтой ижил төстэй байдал юм. Энэ нь аренууд нь алкан ба алкенуудын аль алинд нь хамаарах химийн шинж чанарыг харуулдаг болохыг тайлбарлаж байна.

Бензолын цагираг дахь нүүрстөрөгч-нүүрстөрөгчийн бондын энерги 490 кЖ/моль. Энэ нь нэг ба олон давхар бондын энергийн дундаж юм.

Аренагийн нэршил

Үнэрт нүүрсустөрөгчийн нэрсийн үндэс нь бензол юм. Цагираг дахь атомууд нь хамгийн өндөр орлуулагчаас эхлэн дугаарлагдсан байдаг. Хэрэв орлуулагчид тэнцүү бол дугаарлалт нь хамгийн богино замаар явагдана.

Бензолын олон гомологуудын хувьд өчүүхэн нэрсийг ихэвчлэн ашигладаг: стирол, толуол, ксилол гэх мэт. Орлуулагчдын харьцангуй байрлалыг тусгахын тулд орто-, мета-, пара- угтварыг ашиглах нь заншилтай байдаг.

Хэрэв молекул нь карбонил эсвэл карбоксил гэх мэт функциональ бүлгүүдийг агуулдаг бол арен молекулыг түүнтэй холбогдсон ароматик радикал гэж үзнэ. Жишээлбэл, -C6H5 нь фенил, -C6H4 нь фенилен, C6H5-CH2- нь бензил юм.

Физик шинж чанар

Бензолын гомологийн цувралын анхны төлөөлөгчид нь өвөрмөц үнэртэй өнгөгүй шингэн юм. Тэдний жин нь уснаас хөнгөн бөгөөд тэдгээр нь бараг уусдаггүй боловч ихэнх органик уусгагчид сайн уусдаг.

Бүх үнэрт нүүрсустөрөгчид нь утаат дөлөөр шатдаг бөгөөд энэ нь молекул дахь C агууламж өндөртэй холбоотой юм. Бензолын гомолог цувралын молекулын жин нэмэгдэхийн хэрээр тэдгээрийн хайлах болон буцлах цэгүүд нэмэгддэг.

Бензолын химийн шинж чанар

Аренуудын янз бүрийн химийн шинж чанаруудаас орлуулах урвалыг тусад нь дурдах хэрэгтэй. Мөн онцгой нөхцөл, исэлдэлтийн процессын дагуу явагддаг нэмэлт урвалууд нь маш чухал юм.

Орлуулах урвалууд

Бензолын цагирагийн нэлээд хөдөлгөөнт π-электронууд нь довтолж буй электрофилуудтай маш идэвхтэй хариу үйлдэл үзүүлэх чадвартай. Энэхүү электрофил орлуулалт нь бензол дахь бензолын цагираг болон түүний гомологууд дахь холбогдох нүүрсустөрөгчийн гинжин хэлхээг хамардаг. Энэ үйл явцын механизмыг органик хими зарим талаар нарийвчлан судалсан. Электрофилийн халдлагатай холбоотой аренуудын химийн шинж чанар нь гурван үе шаттайгаар явагддаг.

• Эхний шат. π-комплексийн харагдах байдал нь бензолын цагирагийн π-электрон системийг зургаан π-электронтой холбосон X+ бөөмстэй холбосонтой холбоотой юм.

• Хоёр дахь шат. Зургаан π-электроноос хос ялгарч ковалент C-X холбоо үүсгэснээр π-цогцолбор s-д шилжинэ. Үлдсэн дөрөв нь бензолын цагираг дахь таван С атомын хооронд дахин хуваарилагдана.
• Гурав дахь шат. s-цогцолбороос протоныг хурдан гарган авах дагалддаг.

Бензолыг халаахгүйгээр төмөр эсвэл хөнгөн цагаан бромидтой хамт бромжуулах нь бромобензол үүсэхэд хүргэдэг.

C6Η6+ Br2 -> C6Η5-Br + ΗBr.

Азотын болон хүхрийн хүчлийн хольцтой нитратжуулалт нь цагираг дахь нитро бүлэгтэй нэгдлүүдийг үйлдвэрлэхэд хүргэдэг.

C6Η6+ ΗONO2 -> C6Η5-NO2+ Η2O.

Сульфонжуулалтыг урвалын үр дүнд үүссэн бисульфони ионоор гүйцэтгэдэг.

3Η2SO4 ⇄ SO3Η++ Η3O++ 2ΗSO4-,

эсвэл хүхрийн гурвалсан исэл.

Аренийн энэхүү химийн шинж чанарт тохирох урвал нь:

C6H6+ SO3H+ -> C6H5-SO3H + H+.

Алкил ба ацил орлуулах урвал буюу Фридел-Крафтс урвалыг усгүй AlCl3-ийн дэргэд явуулна.

Бензолын хувьд эдгээр урвалууд нь магадлал багатай бөгөөд хүндрэлтэй байдаг. Бензолд устөрөгчийн галид ба усыг нэмэх нь тохиолддоггүй. Гэсэн хэдий ч цагаан алт байгаа тохиолдолд маш өндөр температурт устөрөгчжих урвал боломжтой:

C6H6 + 3H2 -> C6H12.

Хэт ягаан туяагаар цацрах үед хлорын молекулууд нь бензолын молекултай нэгдэж болно.

C6Η6 + 3Cl2 -> C6Η6Cl6.

Исэлдэлтийн урвалууд

Бензол нь исэлдүүлэгч бодисуудад маш тэсвэртэй байдаг. Тиймээс калийн перманганатын ягаан уусмалыг өнгө алддаггүй. Гэсэн хэдий ч ванадийн исэл байгаа тохиолдолд энэ нь атмосферийн хүчилтөрөгчөөр исэлдэж, малений хүчил болж хувирдаг.

C6H6 + 4O -> COOΗ-CΗ = CΗ-COOΗ.

Агаарт бензол нь тортог хэлбэрээр шатдаг.

2C6Η6 + 3O2 → 12C + 6Η2O.

Аренуудын химийн шинж чанар

1. Орлуулах.

• Галогенжилт нь урвалын нөхцлөөс хамааран янз бүр байж болно. Тохиромжтой төмөр эсвэл хөнгөн цагаан галоген байгаа тохиолдолд дээр дурдсан механизмын дагуу цагирагт орлуулалт явагдана. Галоген атомыг хажуугийн гинжин хэлхээнд оруулахын тулд урвалыг катализаторгүйгээр эсвэл гэрэлд халаах замаар гүйцэтгэдэг.
• Хүхрийн болон азотын хүчлийг холих замаар үүссэн үнэрт нүүрсустөрөгчийг нитроний ионоор нитрлэх нь нитро бүлгийн бензолын цагирагтай нийлэхэд хүргэдэг. Коноваловын урвалыг явуулах үед нитро бүлгийг хажуугийн гинжтэй холбох боломжтой. 2. Исэлдэлт. Аренуудын энэхүү химийн шинж чанарыг хоёр талаас нь авч үзэж болно. Нэг талаас, тэдгээр нь амархан исэлддэг бөгөөд хажуугийн гинж нь карбоксил бүлэг үүсэхэд өртдөг. Хэрэв хоёр орлуулагчийг үнэрт нүүрсустөрөгчийн молекул дахь цагирагт холбовол хоёр үндсэн хүчил үүснэ. Нөгөөтэйгүүр, тэд бензол шиг тортог, ус үүсэх замаар шатдаг.

Чиглүүлэх дүрэм

Электрофиль бодис бензолын цагирагтай харилцан үйлчлэх үед орлуулагч ямар байрлалд (o-, m- эсвэл p-) орохыг дараах дүрмээр тодорхойлно.

• хэрэв бензолын цагирагт аль хэдийн орлуулагч байгаа бол энэ орлуулагч нь ирж буй бүлгийг тодорхой байрлалд чиглүүлдэг;
• бүх чиг баримжаатай орлуулагчдыг хоёр бүлэгт хуваадаг: эхний төрлийн чиг баримжаа нь орж ирж буй бүлэг атомуудыг орто ба пара байрлал руу чиглүүлдэг (-NH2, -OH, -CH3, -C2H5, галоген); Хоёрдахь төрлийн чиглүүлэгч нь орж ирж буй орлуулагчдыг мета байрлал руу чиглүүлдэг (-NO2, -SO3H, -COHO, -COOH).

Чиглэлийг чиглүүлэх хүчийг бууруулах дарааллаар энд жагсаав.

Ихэнх урвалд гурван изомер үүсэх нь ажиглагддаг тул бүлгийн орлуулагчдын энэ хуваагдал нь нөхцөлт гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Ориентууд нь зөвхөн изомеруудын аль нь илүү их хэмжээгээр олж авахад нөлөөлдөг.

Арена авах

Аренийн гол эх үүсвэр нь нүүрсийг хуурай нэрэх, газрын тос боловсруулах юм. Нүүрсний давирхай нь бүх төрлийн үнэрт нүүрсустөрөгчийг асар их хэмжээгээр агуулдаг. Зарим төрлийн тос нь 60% хүртэл арен агуулдаг бөгөөд үүнийг энгийн нэрэх, пиролиз эсвэл хагарлаар амархан тусгаарлаж болно.

Синтетик бэлтгэх арга, аренийн химийн шинж чанар нь ихэвчлэн хоорондоо холбоотой байдаг. Бензолыг түүний гомологуудын нэгэн адил дараах аргуудын аль нэгээр олж авдаг.

1. Газрын тосны бүтээгдэхүүний шинэчлэл. Алканыг усгүйжүүлэх нь бензол ба түүний олон гомологийг нэгтгэх үйлдвэрлэлийн хамгийн чухал арга юм. Урвалыг t = 350-450 oC температурт халаасан катализатор (Pt, Cr2O3, Mo ба V оксид) дээр хий дамжуулах замаар явуулна.

C6H14 -> C6H6 + 4H2.

2. Вюрц-Фиттигийн урвал. Энэ нь органик металлын нэгдлүүдийг олж авах үе шатаар явагддаг. Урвалын үр дүнд хэд хэдэн бүтээгдэхүүнийг авч болно.

3. Ацетилений тримеризаци. Ацетилен нь өөрөө гомологуудын нэгэн адил катализатороор халаахад арен үүсгэх чадвартай.

3С2Η2 -> С6Х6.

4. Фридел – Гар урлалын урвал. Бензолын гомологийг олж авах, хувиргах аргыг аренуудын химийн шинж чанарын талаар дээр дурдсан болно.

5. Харгалзах давснаас бэлтгэх. Бензойны хүчлийн давсыг шүлтээр нэрэх замаар бензолыг тусгаарлаж болно.

C6Η5-COONa + NaOΗ -> C6Η6 + Na2CO3.

6. Кетоныг бууруулах:

C6Η5–CO–CΗ3 + Zn + 2ΗCl -> C6Η5–CΗ2–CΗ3 + Η2O + ZnCl2;

CΗ3–C6Η5–CO–CΗ3+ NΗ2–NΗ2 -> CΗ3–C6Η5–CΗ2–CΗ3+ Η2O.

Талбайн хэрэглээ

Арены химийн шинж чанар, хэрэглээний талбарууд нь шууд хамааралтай байдаг, учир нь анхилуун үнэрт нэгдлүүдийн дийлэнх хэсгийг химийн үйлдвэрлэлд цаашдын нийлэгжилтэд ашигладаг бөгөөд бэлэн хэлбэрээр ашигладаггүй. Үл хамаарах зүйл бол уусгагч болгон ашигладаг бодис юм.

Бензол C6H6 нь этилбензол, кумен, циклогексаны нийлэгжилтэнд голчлон ашиглагддаг. Үүний үндсэн дээр резин, хуванцар, утас, будагч бодис, гадаргуугийн идэвхтэй бодис, шавьж устгах бодис, эм зэрэг янз бүрийн полимер үйлдвэрлэх завсрын бүтээгдэхүүнийг олж авдаг.

Толуол C6H5-CH3 нь будагч бодис, эм, тэсрэх бодис үйлдвэрлэхэд ашиглагддаг.

Холимог хэлбэрийн ксилен C6H4(CH3)2 (техникийн ксилол) нь органик бодисын нийлэгжилтэнд уусгагч буюу эхлэлийн материал болгон ашигладаг.

Изопропилбензол (эсвэл кумен) C6H4-CH(CH3)2 нь фенол ба ацетоныг нийлэгжүүлэх эхлэлийн урвалж юм.

Винилбензол (стирол) C6H5-CH=CH2 нь хамгийн чухал полимер материал болох полистиролыг үйлдвэрлэх түүхий эд юм.

"Бензолын цагираг" гэсэн ойлголт нь нэн даруй декодчилохыг шаарддаг. Үүнийг хийхийн тулд бензолын молекулын бүтцийг дор хаяж товч авч үзэх шаардлагатай. Бензолын анхны бүтцийг 1865 онд Германы эрдэмтэн А.Кекуле санал болгожээ.

Хамгийн чухал үнэрт нүүрсустөрөгчид нь бензол C 6 H 6 ба түүний гомологууд орно: толуол C 6 H 5 CH 3, ксилол С 6 H 4 (CH 3) 2 гэх мэт; нафталин C 10 H 8, антрацен С 14 H 10 ба тэдгээрийн деривативууд.

Бензолын молекул дахь нүүрстөрөгчийн атомууд нь ердийн хавтгай зургаан өнцөгт хэлбэртэй байдаг ч энэ нь ихэвчлэн сунасан хэлбэртэй байдаг.

Бензолын молекулын бүтцийг ацетиленээс үүсэх урвалаар батлав. Бүтцийн томъёо нь гурван дан, гурван давхар ээлжлэн нүүрстөрөгч-нүүрстөрөгчийн холбоог дүрсэлдэг. Гэхдээ ийм зураг нь молекулын жинхэнэ бүтцийг илэрхийлж чадахгүй. Бодит байдал дээр бензол дахь нүүрстөрөгч-нүүрстөрөгчийн холбоо нь ижил төстэй бөгөөд тэдгээр нь дан эсвэл давхар бондоос ялгаатай шинж чанартай байдаг. Эдгээр шинж чанаруудыг бензолын молекулын электрон бүтцээр тайлбарладаг.

Бензолын электрон бүтэц

Бензолын молекул дахь нүүрстөрөгчийн атом бүр sp 2 эрлийзжих төлөвт байна. Энэ нь хоёр хөрш нүүрстөрөгчийн атом, устөрөгчийн атомтай гурван σ холбоогоор холбогддог. Үр дүн нь хавтгай зургаан өнцөгт юм: бүх зургаан нүүрстөрөгчийн атом ба бүх σ-бонд C-C ба C-H нэг хавтгайд оршдог. Гибридизацид оролцдоггүй дөрөв дэх электрон (р-электрон) электрон үүл нь дамббелл хэлбэртэй бөгөөд бензолын цагирагийн хавтгайд перпендикуляр чиглэгддэг. Хөрш зэргэлдээх нүүрстөрөгчийн атомуудын ийм р-электрон үүл нь цагирагийн хавтгайн дээр ба доор давхцдаг.

Үүний үр дүнд зургаан p-электрон нь нийтлэг электрон үүл, бүх нүүрстөрөгчийн атомуудын нэг химийн холбоог үүсгэдэг. Том электрон хавтгайн хоёр муж нь σ бондын хавтгайн хоёр талд байрладаг.

p-электрон үүл нь нүүрстөрөгчийн атомуудын хоорондох зайг багасгахад хүргэдэг. Бензолын молекулд тэдгээр нь ижил бөгөөд 0.14 нм-тэй тэнцүү байна. Нэг ба давхар холболтын хувьд эдгээр зай нь 0.154 ба 0.134 нм байх болно. Энэ нь бензолын молекулд дан эсвэл давхар холбоо байхгүй гэсэн үг юм. Бензолын молекул нь нэг хавтгайд байрлах ижил CH-ийн бүлгүүдийн тогтвортой зургаан гишүүнтэй цикл юм. Бензол дахь нүүрстөрөгчийн атомуудын хоорондох бүх холбоо нь эквивалент бөгөөд энэ нь бензолын цагирагийн шинж чанарыг тодорхойлдог. Үүнийг дотор нь тойрог (I) бүхий ердийн зургаан өнцөгт хэлбэртэй бензолын бүтцийн томъёогоор хамгийн зөв тусгасан болно. (Тойрог нь нүүрстөрөгчийн атомуудын хоорондын бондын тэнцүү байдлыг илэрхийлдэг.) Гэсэн хэдий ч Кекулегийн давхар бондын (II) томъёог ихэвчлэн ашигладаг.

Бензолын цагираг нь тодорхой шинж чанартай байдаг бөгөөд үүнийг ихэвчлэн үнэрт чанар гэж нэрлэдэг.

Гомологийн цуваа, изомеризм, нэршил

Уламжлал ёсоор бол талбайг хоёр эгнээ болгон хувааж болно. Эхнийх нь бензолын деривативууд (жишээлбэл, толуол эсвэл бифенил), хоёрдугаарт конденсацсан (полинуклеар) аренууд (тэдгээрийн хамгийн энгийн нь нафталин) орно.

Бензолын гомолог цуврал нь C n H 2 n -6 ерөнхий томьёотой. Гомологийг нэг буюу хэд хэдэн устөрөгчийн атомыг янз бүрийн нүүрсустөрөгчийн радикалуудаар сольсон бензолын дериватив гэж үзэж болно. Жишээлбэл, C 6 H 5 -CH 3 - метилбензол эсвэл толуол, C 6 H 4 (CH 3) 2 - диметилбензол эсвэл ксилол, C 6 H 5 - C 2 H 5 - этилбензол гэх мэт.

Бензол дахь бүх нүүрстөрөгчийн атомууд тэнцүү байдаг тул түүний анхны гомолог болох толуол нь изомергүй байдаг. Хоёр дахь гомолог болох диметилбензол нь метилийн бүлгүүдийн (орлуулагчдын) харьцангуй байрлалаар ялгаатай гурван изомертэй байдаг. Энэ нь орто- (товчилсон о-) буюу 1,2-изомер бөгөөд орлуулагч нь хөрш нүүрстөрөгчийн атомууд дээр байрладаг. Хэрэв орлуулагчдыг нэг нүүрстөрөгчийн атомаар тусгаарлавал мета- (товчилсон m-) эсвэл 1,3-изомер, хоёр нүүрстөрөгчийн атомаар тусгаарлагдсан бол энэ нь пара- (товчилсон p-) юм. 1,4-изомер. Нэрийн хувьд орлуулагчдыг үсэг (o-, m-, p-) эсвэл тоогоор тэмдэглэдэг.

Физик шинж чанар

Бензолын гомологийн цувралын анхны гишүүд нь өвөрмөц үнэртэй өнгөгүй шингэн юм. Тэдний нягт нь 1-ээс бага (уснаас хөнгөн). Усанд уусдаггүй. Бензол ба түүний гомологууд нь өөрөө олон органик бодисын сайн уусгагч юм. Арена нь молекул дахь нүүрстөрөгчийн өндөр агууламжаас болж утаатай дөлөөр шатдаг.

Химийн шинж чанар

Анхилуун үнэр нь бензол ба түүний гомологийн химийн шинж чанарыг тодорхойлдог. Зургаан электрон π систем нь энгийн хоёр электрон π холбооноос илүү тогтвортой байдаг. Иймээс үнэрт нүүрсустөрөгчид ханаагүй нүүрсустөрөгчийг бодвол нэмэлт урвал бага тохиолддог. Аренуудын хамгийн онцлог урвал бол орлуулах урвал юм. Тиймээс үнэрт нүүрсустөрөгч нь химийн шинж чанараараа ханасан ба ханаагүй нүүрсустөрөгчийн хооронд завсрын байрлалыг эзэлдэг.

I. Орлуулах урвалууд

1. Галогенжилт (Cl 2, Br 2-тай)

2. Нитратжуулалт

3. Сульфонжуулалт

4. Алкилизаци (бензолын гомологууд үүсдэг) ​​- Фридел-Крафтс урвалууд

Бензолын алкилизаци нь алкенуудтай урвалд ороход тохиолддог.

Этилбензолыг усгүйжүүлэх замаар стирол (винилбензол) гаргаж авдаг.

II. Нэмэлт урвалууд

1. Устөрөгчжүүлэлт

2. Хлоржуулах

III. Исэлдэлтийн урвалууд

1. Шатаах

2C 6 H 6 + 15O 2 → 12CO 2 + 6H 2 O

2. KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7, HNO 3 гэх мэт нөлөөгөөр исэлдэлт.

Химийн урвал явагдахгүй (алкантай төстэй).

Бензолын гомологийн шинж чанарууд

Бензолын гомологуудад гол ба хажуугийн гинж (алкил радикалууд) ялгагдана. Алкил радикалуудын химийн шинж чанар нь алкантай төстэй; Бензолын цагирагийн тэдэнд үзүүлэх нөлөө нь орлуулах урвал нь бензолын цагирагтай шууд холбогдсон нүүрстөрөгчийн атом дахь устөрөгчийн атомыг үргэлж оролцуулж, мөн C-H холбоог илүү хялбар исэлдүүлдэгт илэрдэг.

Бензолын цагирагт электрон хандивлагч алкил радикал (жишээлбэл, -CH 3) үзүүлэх нөлөө нь орто ба пара байрлал дахь нүүрстөрөгчийн атомуудын үр дүнтэй сөрөг цэнэгийн өсөлтөөр илэрдэг; Үүний үр дүнд холбогдох устөрөгчийн атомыг солих ажлыг хөнгөвчилдөг. Тиймээс бензолын гомологууд нь гурвалсан бүтээгдэхүүн үүсгэдэг (мөн бензол нь ихэвчлэн моно орлуулсан деривативуудыг үүсгэдэг).

Хими бол маш сонирхолтой шинжлэх ухаан юм. Тэрээр байгальд байдаг бүх бодисыг судалдаг бөгөөд тэдгээр нь асар их тоо байдаг. Тэдгээрийг органик бус ба органик гэж хуваадаг. Энэ нийтлэлд бид сүүлчийн бүлэгт хамаарах үнэрт нүүрсустөрөгчийг авч үзэх болно.

Энэ юу вэ?

Эдгээр нь нэг буюу хэд хэдэн бензолын цөм агуулсан органик бодисууд юм - олон өнцөгт холбогдсон зургаан нүүрстөрөгчийн атомын тогтвортой бүтэц. Эдгээр химийн нэгдлүүд нь тодорхой үнэртэй байдаг нь тэдний нэрнээс тодорхой харагдаж байна. Энэ бүлгийн нүүрсустөрөгчийг алкан, алкин гэх мэтээс ялгаатай нь цикл гэж ангилдаг.

Үнэрт нүүрсустөрөгч. Бензол

Энэ бол энэ бүлгийн бодисын хамгийн энгийн химийн нэгдэл юм. Түүний молекулууд нь зургаан нүүрстөрөгчийн атом, ижил хэмжээний устөрөгч агуулдаг. Бусад бүх үнэрт нүүрсустөрөгч нь бензолын дериватив бөгөөд үүнийг ашиглан олж авч болно. Хэвийн нөхцөлд энэ бодис нь шингэн төлөвт, өнгөгүй, өвөрмөц амтлаг үнэртэй, усанд уусдаггүй. Энэ нь +80 хэмийн температурт буцалгаж эхэлдэг бөгөөд +5 хэмд хөлддөг.

Бензол болон бусад үнэрт нүүрсустөрөгчийн химийн шинж чанар

Анхаарах ёстой хамгийн эхний зүйл бол галогенжилт ба нитратжуулалт юм.

Орлуулах урвалууд

Эдгээрийн эхнийх нь галогенжилт юм. Энэ тохиолдолд химийн урвал явагдахын тулд катализатор, тухайлбал төмрийн трихлорид хэрэглэх шаардлагатай. Тиймээс, хэрэв бид хлор (Cl 2) -ийг бензол (C 6 H 6) дээр нэмбэл хлорбензол (C 6 H 5 Cl) ба устөрөгчийн хлорид (HCl) -ийг олж авна, энэ нь хурц үнэртэй тунгалаг хий хэлбэрээр ялгардаг. Өөрөөр хэлбэл, энэ урвалын үр дүнд нэг устөрөгчийн атом хлорын атомаар солигдоно. Бензолд бусад галоген (иод, бром гэх мэт) нэмэхэд ижил зүйл тохиолдож болно. Хоёр дахь орлуулах урвал болох нитратжуулалт нь ижил төстэй зарчмаар явагддаг. Энд хүхрийн хүчлийн төвлөрсөн уусмал нь катализаторын үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ төрлийн химийн урвалыг явуулахын тулд нитратын хүчил (HNO 3), мөн концентрацитай бензолд нэмж, нитробензол (C 6 H 5 NO 2) ба ус үүсэх шаардлагатай. Энэ тохиолдолд устөрөгчийн атом нь азотын атом ба хоёр хүчилтөрөгчийн атомаас бүрдэх бүлгээр солигдоно.

Нэмэлт урвалууд

Энэ нь анхилуун үнэрт нүүрсустөрөгчид орох чадвартай химийн харилцан үйлчлэлийн хоёр дахь төрөл юм. Эдгээр нь галогенжилт ба устөрөгчжилт гэсэн хоёр төрөлтэй. Эхнийх нь катализаторын үүрэг гүйцэтгэдэг нарны энерги байгаа үед л тохиолддог. Энэ урвалыг явуулахын тулд хлорыг бензолд нэмэх шаардлагатай боловч орлуулахаас илүү их хэмжээгээр нэмнэ. Бензолын молекулд гурван хлор байх ёстой. Үүний үр дүнд бид гексахлорциклогексаныг (C 6 H 6 Cl 6) олж авдаг, өөрөөр хэлбэл одоо байгаа атомуудад зургаан хлор нэмэгдэх болно.

Устөрөгчжилт нь зөвхөн никель байгаа тохиолдолд л явагддаг. Үүнийг хийхийн тулд та бензол ба устөрөгчийг (H2) холих хэрэгтэй. Пропорц нь өмнөх урвалын адил байна. Үүний үр дүнд циклогексан (C 6 H 12) үүсдэг. Бусад бүх үнэрт нүүрсустөрөгчид энэ төрлийн урвалд орж болно. Эдгээр нь бензолтой адил зарчмын дагуу зөвхөн илүү нарийн төвөгтэй бодис үүсэх үед үүсдэг.

Энэ бүлгийн химийн бодисыг олж авах

Бензолтой ижил аргаар эхэлцгээе. Үүнийг ацетилен (C 2 H 2) гэх мэт урвалж ашиглан олж авч болно. Өгөгдсөн бодисын гурван молекулаас өндөр температур ба катализаторын нөлөөн дор хүссэн химийн нэгдлийн нэг молекул үүсдэг.

Мөн металлургийн кокс үйлдвэрлэх явцад үүсдэг нүүрсний давирхайгаас бензол болон бусад зарим үнэрт нүүрсустөрөгчийг гаргаж авах боломжтой. Ийм аргаар олж авсан зүйлд толуол, о-ксилол, м-ксилол, фенантрен, нафталин, антрацен, флюорен, хрисен, дифенил болон бусад орно. Үүнээс гадна, энэ бүлгийн бодисыг ихэвчлэн нефтийн бүтээгдэхүүнээс гаргаж авдаг.

Энэ ангийн янз бүрийн химийн нэгдлүүд ямар харагддаг вэ?

Стирол нь өнгөгүй, тааламжтай үнэртэй, усанд бага зэрэг уусдаг, буцлах температур нь +145 хэмтэй шингэн юм. Нафталин нь талст бодис бөгөөд усанд бага зэрэг уусдаг, +80 градусын температурт хайлж, +217 хэмд буцалгадаг. Ердийн нөхцөлд антраценийг мөн талст хэлбэрээр үзүүлдэг боловч өнгөгүй, шар өнгөтэй байдаг. Энэ бодис нь ус эсвэл органик уусгагчид уусдаггүй. Хайлах цэг - Цельсийн +216 хэм, буцлах цэг - +342. Фенантрен нь зөвхөн органик уусгагчид уусдаг гялалзсан талстууд юм. Хайлах цэг - +101 градус, буцалгах цэг - +340 градус. Флюорен нь нэрнээс нь харахад флюресценцлэх чадвартай. Эдгээр нь энэ бүлгийн бусад олон бодисын нэгэн адил усанд уусдаггүй өнгөгүй талстууд юм. Хайлах цэг - +116, буцлах цэг - +294.

Үнэрт нүүрсустөрөгчийн хэрэглээ

Бензолыг будагч бодис үйлдвэрлэхэд түүхий эд болгон ашигладаг. Мөн тэсрэх бодис, пестицид, зарим эм үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Стирол нь полистирол (хөөс) үйлдвэрлэхэд эхлэлийн материалыг полимержуулах замаар ашиглагддаг. Сүүлийнх нь барилгын ажилд өргөн хэрэглэгддэг: дулаан, дуу чимээ тусгаарлагч, цахилгаан тусгаарлагч материал болгон ашигладаг. Нафталин нь бензол шиг пестицид, будагч бодис, эм үйлдвэрлэхэд оролцдог. Үүнээс гадна химийн үйлдвэрт олон тооны органик нэгдлүүдийг үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Антраценийг мөн будагч бодис үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Флюорен нь полимер тогтворжуулагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Фенантрен нь өмнөх бодис болон бусад олон үнэрт нүүрсустөрөгчийн нэгэн адил будагны бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нэг юм. Толуолыг химийн үйлдвэрт органик бодис олборлох, түүнчлэн тэсрэх бодис үйлдвэрлэхэд өргөн ашигладаг.

Үнэрт нүүрсустөрөгч ашиглан гаргаж авсан бодисын шинж чанар, хэрэглээ

Эдгээрт юуны түрүүнд бензолын химийн урвалын бүтээгдэхүүнүүд орно. Жишээлбэл, хлорбензол нь органик уусгагч бөгөөд фенол, пестицид, органик бодис үйлдвэрлэхэд ашиглагддаг. Нитробензол нь металл өнгөлгөөний бүрэлдэхүүн хэсэг бөгөөд зарим будагч бодис, амт оруулагчийг үйлдвэрлэхэд ашигладаг бөгөөд уусгагч, исэлдүүлэгчийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Гексахлорциклогексаныг хортон шавьжтай тэмцэх, химийн үйлдвэрт хор болгон ашигладаг. Циклогексаныг будаг, лак үйлдвэрлэх, олон тооны органик нэгдлүүдийг үйлдвэрлэх, эмийн үйлдвэрт ашигладаг.

Дүгнэлт

Энэ өгүүллийг уншсаны дараа бид бүх үнэрт нүүрсустөрөгчид ижил химийн бүтэцтэй байдаг бөгөөд энэ нь тэдгээрийг нэг ангиллын нэгдэл болгон нэгтгэх боломжийг олгодог гэж дүгнэж болно. Үүнээс гадна тэдгээрийн физик, химийн шинж чанар нь маш төстэй юм. Энэ бүлгийн бүх химийн бодисын гадаад төрх, буцалгах, хайлах цэгүүд нь тийм ч их ялгаатай биш юм. Олон тооны анхилуун үнэрт нүүрсустөрөгч нь ижил үйлдвэрүүдэд ашиглагддаг. Галогенжүүлэх, нитржүүлэх, устөрөгчжүүлэх урвалаар гаргаж авах бодисууд нь ижил төстэй шинж чанартай бөгөөд ижил төстэй зорилгоор ашиглагддаг.

Арена(үнэрт нүүрсустөрөгч) - молекулууд нь нэг буюу хэд хэдэн бензолын цагираг агуулсан нэгдлүүд - бондын өвөрмөц шинж чанартай нүүрстөрөгчийн атомын циклийн бүлгүүд.

Бензол - молекулын томъёо C 6 H 6. Үүнийг анх А.Кекуле санал болгосон:

Аренагийн бүтэц.

Бүх 6 нүүрстөрөгчийн атомууд байдаг sp 2- эрлийзжүүлэх. Нүүрстөрөгчийн атом бүр 2 үүсгэдэг σ -нэг хавтгайд орших хоёр хөрш нүүрстөрөгчийн атом, нэг устөрөгчийн атомтай холбоо тогтооно. Өнцөг нь 120 ° байна. Тэдгээр. Бүх нүүрстөрөгчийн атомууд нэг хавтгайд байрладаг бөгөөд зургаан өнцөгт үүсгэдэг. Атом бүр нь эрлийз бус байдаг Р-хослогдоогүй электрон байрладаг орон сууц. Энэ тойрог зам нь хавтгайд перпендикуляр, тиймээс π - электрон үүл нь бүх нүүрстөрөгчийн атомууд дээр "тархагдсан":

Бүх холболтууд тэнцүү байна. Коньюгацийн энерги гэдэг нь анхилуун үнэрт системийг устгахад зарцуулагдах эрчим хүчний хэмжээ юм.

Энэ бол бензолын өвөрмөц шинж чанарыг тодорхойлдог зүйл - үнэрт байдлын илрэл юм. Энэ үзэгдлийг Хюкель нээсэн бөгөөд үүнийг Хюккелийн дүрэм гэж нэрлэдэг.

Арен изомеризм.

Арена 2 бүлэгт хувааж болно:

• Бензолын деривативууд:

• хураангуй талбайнууд:

Аренуудын ерөнхий томьёо нь ХАМТnХ 2 n -6 .

Аренууд нь бүтцийн изомеризмаар тодорхойлогддог бөгөөд энэ нь цагираг дахь орлуулагчдын харилцан зохион байгуулалтаар тайлбарлагддаг. Хэрэв цагирагт 2 орлуулагч байгаа бол тэдгээр нь ortho (o-), meta (m-), para (p-) гэсэн 3 өөр байрлалд байж болно.

Хэрэв нэг протоныг бензолоос "аввал" радикал үүснэ - C 6 ХАрил радикал гэж нэрлэгддэг 5. Эгэл биетэн:

Ареныг "бензол" гэдэг үг нь цагираг дахь орлуулагчид ба тэдгээрийн байрлалыг илэрхийлдэг.

Аренагийн физик шинж чанарууд.

Цувралын анхны гишүүд нь өвөрмөц үнэртэй өнгөгүй шингэн юм. Эдгээр нь органик уусгагчид маш сайн уусдаг боловч усанд уусдаггүй. Бензол нь хортой боловч тааламжтай үнэртэй. Толгой өвдөх, толгой эргэх шалтгаан болдог; их хэмжээний уураар амьсгалах нь ухаан алдахад хүргэдэг. Салст бүрхэвч, нүдийг цочроох.

Арена авах.

1. Газрын тосыг бүрдүүлдэг ханасан нүүрсустөрөгчийн “ароматжуулалт”-ыг ашиглан алифат нүүрсустөрөгчөөс. Платин эсвэл хромын оксидоор дамжих үед дигидроциклизаци үүсдэг.

2. Циклоалканыг усгүйжүүлэх:

3. Ацетиленээс (тримержих) 600°С-т халуун нүүрсээр дамжин өнгөрөхөд:

4. Фридел-Крафтын хариу үйлдэлхөнгөн цагаан хлорид байгаа тохиолдолд:

5. Үнэрт хүчлийн давсыг шүлттэй нэгтгэх:

Аренуудын химийн шинж чанар.

Арен орлуулах урвалууд.

arene гол нь гар утас байна π - электрофил урвалжийн нөлөөлөлд өртдөг систем. Аренууд нь электрофил орлуулалтаар тодорхойлогддог бөгөөд үүнийг дараах байдлаар илэрхийлж болно.

Электрофиль бөөмсийг татдаг π -цагираг систем, дараа нь урвалж хооронд хүчтэй холбоо үүсдэг Xмөн нүүрстөрөгчийн атомуудын нэг бөгөөд энэ тохиолдолд цагирагийн нэгдэл эвдэрнэ. Ароматик чанарыг сэргээхийн тулд протон, 2 электрон ялгардаг С-Нцагирагийн π-системд шилжинэ.

1. Галогенжилт нь катализатор - хөнгөн цагаан, төмрийн усгүй хлорид ба бромидуудын оролцоотойгоор явагдана:

2. Ареныг нитратжуулах. Бензол нь халаахад төвлөрсөн азотын хүчилтэй маш удаан урвалд ордог. Гэхдээ хэрэв та хүхрийн хүчил нэмбэл урвал маш амархан явагдана.

3. Сульфонжилт нь 100% хүхрийн хүчил - олеумын нөлөөн дор явагдана:

4. Алкенуудтай алкилжих. Үүний үр дүнд гинжин хэлхээний суналт үүсдэг бөгөөд урвал нь катализатор - хөнгөн цагаан хлоридын дэргэд явагддаг.

ARENES (үнэрт нүүрсустөрөгч)

Арен буюу үнэрт нүүрсустөрөгч - Эдгээр нь молекулууд нь нэгдмэл холболтын хаалттай систем бүхий атомын тогтвортой циклийн бүлгүүдийг (бензолын цөм) агуулсан нэгдлүүд юм.

Яагаад "Ароматик" гэж? Учир нь Олон тооны бодисуудын зарим нь тааламжтай үнэртэй байдаг. Гэсэн хэдий ч өнөө үед "ароматик" гэсэн ойлголт нь огт өөр утгатай болсон.

Молекулын анхилуун үнэр гэдэг нь циклийн систем дэх π-электронуудын делокализациас шалтгаалан түүний тогтвортой байдал нэмэгдсэн гэсэн үг юм.

Арен үнэртэх шалгуур:

1. Нүүрстөрөгчийн атомууд sp 2 -эрлийзжсэн төлөв нь мөчлөг үүсгэдэг.
2. Нүүрстөрөгчийн атомууд зохион байгуулалттай байдаг нэг хавтгайд(мөчлөг нь хавтгай бүтэцтэй).

Коньюгат холболтын хаалттай систем нь

4n+2π электронууд ( n- бүхэл тоо).

R ( +I); - Өө(+М,-Би); - ЭСВЭЛ(+М,-Би); - NH 2(+М,-Би); - NR 2(+М,-Би) Эдгээр бүлгүүдэд +M нөлөө нь -I эффектээс илүү хүчтэй байдаг.

Бензолын цагираг дахь электрон нягтыг нэмэгдүүлэх 1-р төрлийн чиглүүлэгч бодисууд нь орлуулагчгүй бензолтой харьцуулахад электрофиль орлуулах урвалын идэвхийг нэмэгдүүлдэг.

1-р төрлийн чиглүүлэгчдийн дунд онцгой байрыг галогенууд эзэлдэгэлектрон татахшинж чанарууд:

-Ф (+М<–I ), -Cl (+М<–I ), -Br (+М<–I ).

Байх орто-пара- чиглүүлэгчид, тэдгээр нь электрофилийн орлуулалтыг удаашруулдаг. Шалтгаан - хүчтэй -Би-цагираг дахь электрон нягтыг бууруулдаг электрон сөрөг галоген атомуудын нөлөө.

2-р төрлийн чиг баримжаа ( мета- чиглүүлэгчид)шууд дараагийн орлуулалт голчлон мета-байрлал.
Үүнд: электрон татахбүлгүүд:

-ҮГҮЙ 2 (-М, -И); -COOH (-М, -И); -CH=O (-М, -И); -SO3H (-Би); -NH3+ (-Би); -CCl 3 (-Би).

2-р төрлийн чиг баримжаа нь бензолын цагираг дахь электрон нягтыг бууруулдаг, ялангуяа орто- Тэгээд хос- заалтууд. Тиймээс электрофил нь нүүрстөрөгчийн атомуудыг эдгээр байрлалд биш, харин дотор нь дайрдаг мета-электронуудын нягт бага зэрэг өндөр байх байрлал.
Жишээ:

Тиймээс нэгдлүүдийн электрофил орлуулах хялбар байдал (жишээ нь өгсөн) дараах дарааллаар буурдаг.