Химические свойства толуола

1.Нитрование толуола приводит к образованию тринитропроизводного:

(тринитротолуол).

2.Галогенирование (в кольцо в присутствии катализатора бромида алюминия)

В боковую цепь

в отсутствии катализаторов на свету или при нагревании (т.е. в тех же условиях, что и у алканов) галоген можно ввести в боковую цепь

+ Cl₂ –^hn® (хлористый бензил) + HCl

3) Окисление

Гомологи бензола горят с образованием углекислого газа и воды, а также окисляются растворами перманганата калия по боковой цепи с образованием бензойной кислоты или ее солей:

С₆Н₅СН₃ + 9О₂ ® 7СО₂ + 4Н₂О (горение);

5С₆Н₅CH₃ + 6KMnO₄ + 9H₂SO₄ ® 5C₆H₅COOH + 6MnSO₄ + 3K₂SO₄ + 14H₂O;

С₆Н₅CH₃ + 2KMnO₄ C₆H₅COOK + 2MnO₂¯ + KOH + H₂O;

Понятие о механизме электрофильного замещения, влияние электронодонорных и электроноакцепторных заместителей (ориентантов) на скорость и направление реакций. Правила ориентации в ароматическом кольце.

Механизм реакции ароматического электрофильного замещения На первом этапе происходит присоединение электрофила, на втором — отщепление электрофуга:

В ходе реакции образуется промежуточный положительно заряженный интермедиат (на рисунке — 2b). Он носит название интермедиат σ-комплекс. Этот комплекс, как правило, очень реакционноспособен и легко стабилизируется, быстро отщепляя катион. Лимитирующей стадией в подавляющем большинстве реакций является первый этап.

В молекуле бензола p -электронное облако распределено равномерно по всем атомам углерода за счет сопряжения. Если же в бензольное кольцо ввести какой-нибудь заместитель, это равномерное распределение нарушается и происходит перераспределение электронной плотности в кольце. Место вступления второго заместителя в бензольное кольцо определяется природой уже имеющегося заместителя.

Заместители подразделяют на две группы в зависимости от проявляемого ими эффекта: электронодонорные и электроноакцепторные.

Электронодонорные заместители (заместители первого рода): повышают электронную плотность в кольце. К ним относятся гидроксильная группа —ОН; аминогруппа —NН_2; радикалы алканов –СН₃ и др.; галогены –Cl, –Br. -I. Неподеленная пара электронов в этих группах вступает в общее сопряжение с p -электронной системой бензольного кольца и увеличивает длину сопряженной системы. В результате электронная плотность сосредоточивается в орто- и пара-положениях:

Вновь введеные заместиели направляются в орто- или пара- положения.

Электроноакцепторные заместители снижают электронную плотность в кольцее (заместители второго рода):. К ним относятся нитрогрупла —NO₂, сульфогруппа —SO₃Н, альдегидная —СНО и карбоксильная —СООН группы. Эти заместители образуют с бензольным кольцом общую сопряженную систему, но общее электронное облако смещается в сторону этих групп. Таким образом, общая электронная плотность в кольце уменьшается, причем меньше всего она уменьшается в мета-положениях:

Вновь введеные заместиели направляются в мета-положение.

Закономерности преимущественного направления замещения в бензольном кольце называют правилами ориентации.

Так, толуол, содержащий заместитель первого рода, нитруется и бромируется в пара- и орто -положения:

Нитробензол, содержащий заместитель второго рода, нитруется и бромируется в мета- положение:

Помимо ориентирующего действия заместители оказывают влияние и на реакционную способность бензольного кольца: ориентанты 1-го рода (кроме галогенов) облегчают вступление второго заместителя; ориентанты 2-го рода (и галогены) затрудняют его.

Галогеналканы. Классификация. Изомерия, номенклатура. Методы получения монохлорпроизводных алканов. Реакции замещения на водород, гидрокси- и аминогруппу. Отщепление галогенводородов (правило Зайцева), реакция с натрием (Вюрца).