АРОМАТИЧНІ ВУГЛЕВОДНІ ТА ЇХ ПОХІДНІ
Задачі цього розділу мають на меті поглибити знання студентів при вивченні специфічного розділу органічної хімії – ароматичні сполуки. До останніх відносяться вуглеводні та їх похідні, що містять в своєму складі ароматичну систему – планарну циклічну систему, в якій всі атоми циклу приймають участь в утворенні єдиної кон’югованої системи, яка утримує, згідно з правилом Хюккеля, 4n+2 – електронів (n – ціле позитивне число). До найбільш поширених ароматичних сполук відносяться такі, що утримують 6 електронів (бензен та його гомологи). Детальним розглядом цих сполук ми і обмежимося. При вивченні цієї теми, а також в процесі розв’язання задач потрібно уяснити, що специфічність властивостей ароматичних сполук та їх похідних є наслідком того, що в ароматичній системі електрони за рахунок «бокового» перекриття сусідніх р-орбіталей, які орієнтовані перпендикулярно до площини циклу, утворюють стійку електронну систему.
Для повної і однозначної ідентифікації ароматичних сполук особливу увагу потрібно звернути на специфіку номенклатури речовин цього класу.
Задачі для самостійної роботи
1. Які реакції ви можете запропонувати, щоб розрізнити за хімічними властивостями три рідини: метилбензен (толуен), гептан, гептен?
2. Запропонуйте хімічні реакції, за допомогою яких можна, виходячи з метану, отримати бензен.
3. В толуол (толуен) додали бромної води та залізних ошурків. Які продукти при цьому утворилися? Написати схеми реакцій. Дати назву продуктам.
4. Що утвориться при взаємодії бензену з етиленом в присутності безводного хлориду алюмінію? Визначте відсотковий склад суміші після реакції, якщо для реакції взяли 776 г бензену 1200 л етилену.
5. Як можна отримати бензен, виходячи з: а) гексану;
б) етилену; в) ацетилену?
6. Скільки літрів води утвориться при взаємодії бензену з нітратною кислотою, якщо в реакцію вступила 500 кг бензену? За яких умов протікає реакція синтезу нітробензену?
7. На прикладі взаємодії пропілбензену з бромом (в присутності АlCl3) розібрати вплив алкільного радикалу на кільце бензену.
8. Напишіть структурні формули сполук, які отримуються при хлоруванні: а) бромбензену; б) нітробензену; в) фенолу.
9. Скільки кубічних метрів водню потрібно затратити на каталітичне гідрування 156 кг бензену? Яким способом можна було б перевірити повноту проходження реакції?
10. Пара - диметилбензен (ксилен) окислюють в присутності перманганату калію. Які продукти можна при цьому отримати, напишіть схему реакції?
11. Які продукти можна отримати, якщо діяти послідовно на етилбензен такими реагентами: 1) перманганатом калію;
2) гідроксидом натрію; 3) воднем в присутності нікелю?
12. Як, виходячи з бензену та етилену, отримати стирол (стирен)? Де він застосовується?
13. За допомогою яких хімічних реакцій можна, виходячи з бензену, отримати 3,5-диметил-нітробензен? Напишіть структурні формули всіх можливих ізомерів цієї сполуки, дайте їм назву.
14. Анілін чи аміак є більш сильною основою? Відповідь аргументуйте. Вкажіть методи отримання аніліну.
15. Які методи синтезу мета-ксилену та орто-ксилену ви можете запропонувати?
16. В якому випадку нітрування буде протікати легше – при нітруванні аніліну чи хлорбензену? Чому? Які продукти при цьому утворюються?
17. Бромом в присутності АlCl3 діють на: а) пара-метиланілін;
б) пара-нітротолуен. Які продукти утворяться? Відповідь аргументуйте.
18. Напишіть рівняння реакцій промислового добування фенолу. Для отримання яких полімерів та матеріалів його використовують?
19. Які реакції потрібно провести, щоб, виходячи з толуену, отримати пікринову кислоту?
20. Наступні сполуки розташуйте в ряд за зростанням реакційної здатності при бромуванні їх в бензенове кільце: бензен, фенол, етилбензен, бензальдегід, нітробензен. Напишіть відповідні реакції.
21. Отримайте з бензену (використовуйте послідовно необхідні реакції): а) п-бромфенол; б) о-броманілін; в) м-нітрофенол.
22. Отримайте з толуену: а) о- та п-нітробензойні кислоти; б) п-ксилен; в) тринітротолуен.
23. Напишіть реакції, які проходять при дії на нафтален 1 молекули:
а) брому; б) нітратної кислоти (у вигляді нітруючої суміші); напишіть реакцію окислення нафталену з утворенням о-фталевої кислоти.
24. Запропонуйте отримання перерахованих сполук з відповідних вуглеводнів: а) о-бромнітробензену; б) о-бромбензенсульфокислоти; в) п-нітроетилбензену.
25. Напишіть послідовні реакції, за допомогою яких можна отримати з бензену: а) п-фенолсульфокислоту; б) м-нітрофенол;
в) 2,4-дихлорфенол. Поясніть реакції.
26. Напишіть реакції утворення ароматичних вуглеводнів (використайте метод Вюрца-Фіттіга): а) бутілбензену;
б) ізопропілбензену; в) 2-метил-2-фенілпентану.
27. Які вуглеводні ряду бензену можуть утворюватися за реакцією каталітичної дегідроциклізації наступних ациклічних вуглеводнів: а) гептану; б) октану; в) 2-метилгексану?
28. Напишіть реакції отримання наступних вуглеводнів за способом Фріделя-Крафтса: а) етилбензену; б) ізобутилбензену;
в) пропілбензену. За яких умов відбуваються ці реакції?
29. Реакція отримання діазосполук. Азобарвники. Природа виникнення забарвлення цих сполук.
30. Чому, будучи ненасиченим вуглеводнем, бензен не дає реакцій, характерних для алкенів та алкінів? Які труднощі і чому виникають при спробі однозначно вказати структуру бензену?
31. Реакції заміщення в бензеновому ядрі. Класифікація реакцій заміщення за природою реагенту.
32. Хімічні властивості бензену. Класифікація замісників в бензеновому ядрі.
33. Конденсовані ароматичні вуглеводні, їх класифікація, номенклатура. Нафтален. Антрацен.
34. Феноли. Способи одержання та хімічні властивості.
35. Чому хімічні властивості фенолів відрізняються від хімічних властивостей спиртів аліциклічного ряду?
36. Стирен (стирол). Будова молекули стиролу. Взаємний вплив електронної густини вінільного радикалу та бензенового ядра.
37. Приклади застосування ароматичних сполук в будівництві, промисловості (полістирен, фенол-формальдегідні полімери, резоли, резити, кумол, анілін тощо)
Самостійна робота № 3