Benzenski prsten ch2 oh. Svojstva alkohola, aldehida, kiselina, estera, fenola. Ograničite monohidrične i polihidrične alkohole

pirokatehin	resorcinol		hidrokinon
floroglucinol		pirogalol

Za sistematski naziv fenola koristi se supstituciona IUPAC nomenklatura prema kojoj se fenoli smatraju hidroksilnim derivatima benzena. Dakle, sam fenol, predak serije, mora imati striktno ime hidroksibenzen. Međutim, u mnogim slučajevima, derivati ​​benzena koji sadrže hidrokso grupu u prstenu smatraju se derivatima fenola, što se odražava i u nazivu. Na primjer:

			C2 H5
3-etilfenol				3-bromo-2,4-dinitrofenol
(1-hidroksi-3-etilbenzen)				(1-hidroksi-3-bromo-2,4-dinitrobenzen)

Za aromatične alkohole nazivi prema supstitucijskoj nomenklaturi konstruirani su na isti način kao i za alifatske. U ovom slučaju, matična struktura je bočni alifatski lanac, budući da se funkcionalna grupa nalazi tamo. Na primjer:

			CH2-OH				CH2-CH-OH
fenilmetanol				1-fenilpropan-2-ol

Osim toga, za naziv aromatskih alkohola, kao i alifatska, radikalno-funkcionalna i racionalna nomenklatura može se koristiti. Dakle, fenilmetanol, najjednostavniji predstavnik aromatičnih alkohola, prema radikalno-funkcionalnoj nomenklaturi će se zvati ben-

zil alkohol.

Fenoli i aromatični alkoholi su strukturni izomeri (na primjer, krezoli su izomerni prema benzil alkoholu). Osim toga, mogu se uočiti i druge vrste izomerizma, kao i za mnoge derivate ugljovodonika.

10.5.2. STRUKTURA FENOLA I BENZIL ALKOHOLA

U molekuli fenola, priroda i smjer električnog
tronski efekti su isti kao kod halobenzena. To
je, atom kiseonika hidrokso grupe je u interakciji sa
benzenski prsten kroz –I- i +M-efekte.
Međutim (!) U molekuli fenola + M -efekat je veći - I -

efekat (modulo). Značajan pozitivan mezomerni efekat objašnjava se korespondencijom geometrijske konfiguracije spoljašnjih (interagujućih) p-orbitala ugljenika i kiseonika, oba ova atoma su atomi II perioda periodnog sistema hemijskih elemenata. Kao rezultat, ukupni elektronski efekat koji hidrokso grupa ima u odnosu na benzenski prsten je efekat donora.

Zbog p--konjugacije povećava se stepen dvostruke veze između ugljenika i kiseonika: ova veza ima karakter od 23,7%. Struktura fenola takođe treba da bude slična strukturi nepostojećeg vinil alkohola (pogl. 5.1.2, 5.3.1). Ali za razliku od vinil alkohola, fenol se ne izomerizira zbog svog stabilnog aromatičnog sistema.

Dužina C–O veze u fenolu je kraća nego u alkoholima (u fenolu 0,136 nm, u metanolu 0,143 nm), a jačina ove veze je veća nego u alkoholima. Osim toga, zbog p--konjugacije, na atomu kisika pojavljuje se deficit elektronske gustoće (djelomično pozitivno naelektrisanje), zbog čega se polaritet O–H veze toliko povećava da fenoli pokazuju svojstva slabih kiselina.

Pozitivan mezomerni efekat hidrokso grupe dovodi do značajnog povećanja elektronske gustine na benzenskom prstenu i uglavnom u o- i p-položajima (poglavlje 10.1.1). Ovo stanje odgovara mezo formuli

U molekuli benzil alkohola, atom kiseonika hidrokso grupe nije direktno vezan za aromatični prsten, pa je konjugacija između

ih nemoguće. Hidrokso grupa utiče na benzen
prsten samo induktivnim efektom
(–I efekat), čime se smanjuje veličina elektrona
noah density na njemu. Ali -elektronski sistem ben-

pepeo prsten može stupiti u interakciju sa C–H vezama atoma -ugljika (superkonjugacija slična onoj uočenoj u toluenu). Zbog toga je gustoća elektrona u aromatičnom prstenu u cjelini nešto niža nego u benzenu, ali orto i posebno para položaji doživljavaju to smanjenje u manjoj mjeri. Dužina i jačina C–O i O–H veza se malo razlikuju od onih za alifatske alkohole, jer je efekat benzenskog prstena na C–O–H fragment mali.

10.5.3. FIZIČKA I HEMIJSKA SVOJSTVA FENOLA

Prema agregacijskom stanju, fenoli su bezbojne čvrste tvari ili, rjeđe, tekućine sa jakim osebujnim mirisom. Kada se čuvaju na zraku, postupno oksidiraju i kao rezultat dobivaju boju od ružičaste do žuto-smeđe.

Fenoli su slabo rastvorljivi u vodi, a njihove visoke tačke ključanja su posledica prisustva međumolekularnih vodoničnih veza (slično kao kod alkohola).

Hemijska svojstva fenola su posljedica međusobnog utjecaja hidrokso grupe i benzenskog prstena, pa ih karakteriziraju i reakcije duž benzenskog prstena i reakcije koje uključuju hidroksilnu grupu.

10.5.3.1. Kiselinsko-bazna svojstva

Kisela svojstva fenola su izraženija nego alkoholi (alifatski i aromatični). To je zbog mnogo jače polarizacije O–N veze zbog pomaka elektronske gustine sa atoma kiseonika na benzenski prsten:

Kisela svojstva fenola mogu se objasniti i većom stabilnošću fenolatnog jona, koji nastaje pri disocijaciji fenola. U fenolat anionu, elektronski sistem aromatičnog prstena učestvuje u delokalizaciji negativnog naboja:

Međutim, kisela svojstva fenola su manje izražena od onih karboksilnih kiselina, disocijacija fenola u vodenim otopinama se nastavlja, ali je ravnoteža ove reakcije pomjerena ulijevo. Vrijednost pKa za fenol i njegove homologe kreće se od 9,9 do 10,4, dok je za sirćetnu kiselinu pKa = 4,76, a za ugljičnu kiselinu pKa = 6,35 (prema prvom stupnju disocijacije). Odnosno, fenol ne stupa u interakciju s metalnim bikarbonatima, ali može stupiti u interakciju sa srednjim solima ugljične kiseline, pretvarajući ih u kisele soli, budući da je ugljična kiselina u drugoj fazi disocijacije slabija od fenola.

OH+NaHCO3

OH + Na2CO3 ONa + NaHCO3

Fenolne soli, fenolati, u interakciji s ugljičnom kiselinom, pretvaraju se u fenol:

ONa + H2 CO3 OH + NaHCO3

Uvođenje supstituenata-donora ili akceptora elektrona u aromatični prsten fenola (posebno u o- i p-položaju) smanjuje ili povećava njegova kisela svojstva. Ovaj efekat je analogan dejstvu supstituenata na aromatični prsten sulfonskih kiselina (poglavlje 10.3.3.4). Kao iu arenesulfonskim kiselinama, supstituenti koji povlače elektrone povećavaju kisela svojstva zbog potpunije delokalizacije negativnog naboja u anionu; supstituenti koji doniraju elektrone, naprotiv,

smanjuju kisela svojstva, jer u ovom slučaju njihov elektronski efekat sprečava delokalizaciju anjonskog naboja:

Iz istih razloga (zbog p-konjugacije, u kojoj učestvuje usamljeni elektronski par kisikovih elektrona), bazičnost fenola je značajno smanjena u odnosu na alkohole.

10.5.3.2. Nukleofilna svojstva

Zbog +M efekta hidroksilne grupe u molekulu fenola, smanjena su i osnovna i nukleofilna svojstva. Stoga se reakcije u kojima fenol igra ulogu nukleofila odvijaju s poteškoćama. Alkalna sredina doprinosi povećanju reaktivnosti fenola, dok molekul fenola prelazi u fenolat ion. Ove reakcije su alkilacija i acilacija.

Alkilacija (formiranje etera) . U opštem slučaju, više

Lokalno okruženje podstiče reakciju prema S N 2 mehanizmu, stoga bi supstrate koji imaju pristupačan elektrofilni reakcioni centar sa visokim efektivnim pozitivnim nabojem trebalo lakše alkilirati. Takvi supstrati mogu biti primarni alkil halogenidi i, prije svega,

Derivati ​​metana.

			O-CH2-R
		R-CH2 Br

U nekim slučajevima, dimetil sulfat se koristi kao sredstvo za metiliranje, posebno u sintezi metil estera hidrokinona, m-krezola, 4-metil-2-nitrofenola, itd. Na primjer:

								OCH3
				(CH3 )2 SO4 / OH-
4-metil-2-nitrofenol				4-metil-1-metoksi-2-nitrobenzen

Ista metoda se može koristiti za dobijanje o- i p-nitroanizola iz o- i p-nitrofenola.

Acilacija (formiranje estera) . Zbog sniženog

fenole mogu napasti samo visoko reaktivni acilirajući agensi, kao što su anhidridi i halogenidi karboksilnih kiselina. Reakcija se izvodi u blago alkalnom mediju (obično u prisustvu karbonata):

Na2CO3

NaCl

NaHCO3

Acilacija salicilna kiselina anhidrid octene kiseline se koristi u proizvodnji lijeka aspirin:

		+ (CH3CO)2O
			CH3COOH
						O-C-CH3
	salicilna kiselina

(O-acetilsalicilna kiselina)

Esterifikacija pod dejstvom karboksilnih kiselina obično se ne dešava za fenole i postaje moguća samo u prisustvu jakih sredstava za uklanjanje vode (PCl 3 , POCl 3 , P 2 O 5 ). Ova reakcija se koristi u proizvodnji lijeka salol:

10.5.3.3. Elektrofilna supstitucija

Fenoli su, kao i mnoga aromatična jedinjenja, sposobni da se podvrgnu reakcijama elektrofilne supstitucije (S E). Štaviše, reakcije fenola s elektrofilnim reagensima odvijaju se mnogo lakše od benzena i arena. To je zbog velikog +M efekta koji vrši hidroksilna grupa u odnosu na benzenski prsten (poglavlje 10.1.1). Kao rezultat toga, gustoća elektrona na prstenu je povećana, a to povećanje se opaža uglavnom u o- i p-položajima.

Stoga se mehanizam interakcije fenola s elektrofilnom česticom može predstaviti na sljedeći način:

				OH H

Uvođenje elektrofila u o- i p-položaj benzenskog prstena također se može objasniti poređenjem stabilnosti nastalih kompleksa.

Razmotrimo neke primjere i karakteristike S E reakcija za fenole.

Halogenacija teče lako. Nije potreban katalizator. rirovanie

krajnji proizvod može biti pentaklorofenol. Bromiranje se obično provodi u razrijeđenim vodenim otopinama.

	3 Br2
	3HBr

2,4,4,6-tetrabromocikloheks-2,5-dien-1-on

Nitracija se može obaviti i koncentriranom i razrijeđenom dušičnom kiselinom. Koncentrovana dušična kiselina nitratira fenol odmah u di- i trinitro derivate, na primjer:

	NO2+

u ovom slučaju dolazi do snažnog smoljenja fenola.

U molekulima fenola i njihovih estera može doći ne samo do supstitucije atoma vodika, već i do prostorno dostupnih alkil grupa:

H3 CCH

H3 CCH

H3 CO

NO2+

H3 CO

NO2+

H3 CCH

CH CH3

H3 CO

H3 CO

CH(CH3 )2 +

H3 CCH

H3 CO

H3 CO

Djelovanje razrijeđene dušične kiseline na fenole na sobnoj temperaturi dovodi do orto- i para-supstituiranih mononitrofenola:

HNO3 +H2O

S obzirom da se nitronijev kation ne formira u razrijeđenoj kiselini i stoga je nitracija elektrofilnim mehanizmom nemoguća, reakcija je u ovom slučaju oksidativna nitrozacija (zbog dušikovog dioksida sadržanog u dušičnoj kiselini):

2 NE 2

HNO3

HNO2

HNO3

HNO2

Stoga se umjesto razrijeđene dušične kiseline može koristiti mješavina dušične i dušične kiseline za izvođenje mononitracije.

Osim toga, nitrozacija se također koristi za određivanje fenola ( Libermanova reakcija). Fenol se tretira koncentriranom sumpornom kiselinom i dodaje se nekoliko kapi vodenog rastvora natrijum nitrita. Kada se razrijedi, otopina poprima crvenu boju; kada se doda lužina, boja postaje plava. Ova reakcija boje objašnjava se stvaranjem indofenola, čiji anion ima plavu boju:

N-OH2

indofenol (crvena boja)

O N O-

Plava boja

Sulfoniranje fenola dovodi do fenolsulfonskih kiselina. Odnos orto- i para-izomera određen je temperaturom reakcije. Orto-izomer se već formira na 15°C, ali na 100°C i više se preuređuje u stabilniji n-izomer.

	288K	SO3 H
	H2SO4
		373K
	373K

SO3 H

Alkilacija. Osim alkilacije na atomu kisika, koja se odvija u alkalnoj sredini i dovodi do stvaranja jednostavnih (alkilaril) etera, reakcija se može odvijati i na benzenskom prstenu. Alkilacija u ovom slučaju zahtijeva upotrebu kiselih katalizatora. Alkoholi i alkeni se obično koriste kao agensi za alkilaciju u prisustvu protonskih kiselina (H 2 SO 4 , H 3 PO 4 ) ili Lewisovih kiselina (BF 3 ):

								R+ [BF3 OH]
R-OH + BF3

Karakteristične hemijske osobine zasićenih monohidričnih i polihidričnih alkohola, fenola

Ograničite monohidrične i polihidrične alkohole

Alkoholi (ili alkanoli) su organske tvari čije molekule sadrže jednu ili više hidroksilnih grupa ($—OH$ grupa) povezanih s ugljikovodičnim radikalom.

Prema broju hidroksilnih grupa (atomnost), alkoholi se dijele na:

- jednoatomni, na primjer:

$(CH_3-OH)↙(metanol(metil alkohol))$ $(CH_3-CH_2-OH)↙(etanol(etil alkohol))$

— dijatomski (glikoli), na primjer:

$(OH-CH_2-CH_2-OH)↙(etandiol-1,2(etilen glikol))$

$(HO-CH_2-CH_2-CH_2-OH)↙(propandiol-1,3)$

— triatomski, na primjer:

Prema prirodi ugljikovodičnih radikala razlikuju se sljedeći alkoholi:

— marginalni koji sadrže samo zasićene ugljikovodične radikale u molekuli, na primjer:

— neograničeno koji sadrže višestruke (dvostruke i trostruke) veze između atoma ugljika u molekuli, na primjer:

$(CH_2=CH-CH_2-OH)↙(propen-2-ol-1 (alilni alkohol))$

— aromatično, tj. alkoholi koji sadrže benzenski prsten i hidroksilnu grupu u molekuli, međusobno povezani ne direktno, već preko atoma ugljika, na primjer:

Organske supstance koje sadrže hidroksilne grupe u molekuli, direktno vezane za atom ugljenika benzenskog prstena, značajno se razlikuju po hemijskim svojstvima od alkohola i stoga se izdvajaju u nezavisnu klasu organskih jedinjenja – fenola. Na primjer:

Postoje i polihidrični (polihidrični) alkoholi koji sadrže više od tri hidroksilne grupe u molekulu. Na primjer, najjednostavniji šestohidrični alkohol heksaol (sorbitol):

Nomenklatura i izomerizam

Prilikom formiranja naziva alkohola, nazivu ugljikovodika koji odgovara alkoholu dodaje se generički sufiks. -ol. Brojevi iza sufiksa označavaju položaj hidroksilne grupe u glavnom lancu, a prefiksi di-, tri-, tetra- itd. - njihov broj:

U numeraciji atoma ugljika u glavnom lancu, položaj hidroksilne grupe ima prednost nad položajem višestrukih veza:

Počevši od trećeg člana homolognog niza, alkoholi imaju izomerizam položaja funkcionalne grupe (propanol-1 i propanol-2), a od četvrtog - izomerizam ugljeničnog skeleta (butanol-1,2-metilpropanol -1). Također ih karakterizira međuklasni izomerizam - alkoholi su izomerni prema eterima:

$(CH_3-CH_2-OH)↙(etanol)$ $(CH_3-O-CH_3)↙(dimetil etar)$

alkoholi

fizička svojstva.

Alkoholi mogu formirati vodikove veze između molekula alkohola i između molekula alkohola i vode.

Vodikove veze nastaju interakcijom djelomično pozitivno nabijenog atoma vodika jednog molekula alkohola i djelomično negativno nabijenog atoma kisika drugog molekula. Zbog vodikovih veza između molekula alkoholi imaju abnormalno visoke tačke ključanja za svoju molekularnu težinu. Dakle, propan sa relativnom molekulskom težinom od $44$ je gas u normalnim uslovima, a najjednostavniji od alkohola je metanol, sa relativnom molekulskom težinom od $32$, u normalnim uslovima je tečnost.

Donji i srednji članovi serije zasićenih monohidričnih alkohola, koji sadrže od $1$ do $11$ atoma ugljika, su tekućine. Viši alkoholi (koji počinju sa $C_(12)H_(25)OH$) su čvrste materije na sobnoj temperaturi. Niži alkoholi imaju karakterističan alkoholni miris i pekoći ukus, dobro su rastvorljivi u vodi. Kako se ugljikovodični radikal povećava, topljivost alkohola u vodi se smanjuje, a oktanol se više ne miješa s vodom.

Hemijska svojstva.

Svojstva organskih supstanci određuju njihov sastav i struktura. Alkoholi potvrđuju opšte pravilo. Njihovi molekuli uključuju ugljovodonične i hidroksilne radikale, pa su hemijska svojstva alkohola određena interakcijom i uticajem ovih grupa jedna na drugu. Svojstva karakteristična za ovu klasu jedinjenja su zbog prisustva hidroksilne grupe.

1. Interakcija alkohola sa alkalnim i zemnoalkalnim metalima. Da bi se otkrio učinak ugljikovodičnih radikala na hidroksilnu grupu, potrebno je uporediti svojstva tvari koja sadrži hidroksilnu grupu i ugljikovodični radikal, s jedne strane, i tvari koja sadrži hidroksilnu grupu, a ne sadrži ugljikovodični radikal , na drugoj. Takve tvari mogu biti, na primjer, etanol (ili drugi alkohol) i voda. Vodik hidroksilne grupe molekula alkohola i molekula vode može se reducirati alkalnim i zemnoalkalnim metalima (zamijenjeni njima):

$2Na+2H_2O=2NaOH+H_2$,

$2Na+2C_2H_5OH=2C_2H_5ONa+H_2$,

$2Na+2ROH=2RONa+H_2$.

2. Interakcija alkohola sa vodonik-halogenidima. Zamjena hidroksilne grupe za halogen dovodi do stvaranja haloalkana. Na primjer:

$C_2H_5OH+HBr⇄C_2H_5Br+H_2O$.

Ova reakcija je reverzibilna.

3. Intermolekularna dehidracija alkohola- odvajanje molekula vode od dva molekula alkohola kada se zagrije u prisustvu sredstava za uklanjanje vode:

Kao rezultat intermolekularne dehidracije alkohola, eteri. Dakle, kada se etil alkohol zagrije sa sumpornom kiselinom na temperaturu od $100$ do $140°C$, nastaje dietil (sumporni) etar:

4. Interakcija alkohola sa organskim i anorganskim kiselinama za formiranje estera ( reakcija esterifikacije):

Reakciju esterifikacije kataliziraju jake anorganske kiseline.

Na primjer, kada etil alkohol i octena kiselina reaguju, nastaje etil ester octene kiseline - etil acetat:

5. Intramolekularna dehidracija alkohola nastaje kada se alkoholi zagriju u prisustvu dehidrirajućih agenasa na temperaturu veću od temperature intermolekularne dehidratacije. Kao rezultat, nastaju alkeni. Ova reakcija je posljedica prisustva atoma vodika i hidroksilne grupe kod susjednih atoma ugljika. Primjer je reakcija dobivanja etena (etilena) zagrijavanjem etanola iznad 140°C$ u prisustvu koncentrirane sumporne kiseline:

6. Oksidacija alkohola obično se provodi s jakim oksidantima, na primjer, kalij-dikromatom ili kalijevim permanganatom u kiseloj sredini. U ovom slučaju, djelovanje oksidacijskog sredstva usmjereno je na atom ugljika koji je već povezan s hidroksilnom grupom. U zavisnosti od prirode alkohola i reakcionih uslova, mogu se formirati različiti produkti. Dakle, primarni alkoholi se prvo oksidiraju u aldehidi a zatim unutra karboksilne kiseline:

Kada se sekundarni alkoholi oksidiraju, nastaju ketoni:

Tercijarni alkoholi su prilično otporni na oksidaciju. Međutim, u teškim uslovima (jako oksidaciono sredstvo, visoka temperatura) moguća je oksidacija tercijarnih alkohola, do koje dolazi kidanjem ugljik-ugljik veza najbližih hidroksilnoj grupi.

7. Dehidrogenacija alkohola. Kada se alkoholna para propušta na 200-300°C$ preko metalnog katalizatora, kao što je bakar, srebro ili platina, primarni alkoholi se pretvaraju u aldehide, a sekundarni alkoholi u ketone:

Prisustvo nekoliko hidroksilnih grupa u molekuli alkohola istovremeno određuje specifična svojstva polihidričnim alkoholima, koji su u stanju da formiraju vodotopiva jarko plava kompleksna jedinjenja pri interakciji sa svežim precipitatom bakar (II) hidroksida. Za etilen glikol možete napisati:

Monohidrični alkoholi nisu u stanju da uđu u ovu reakciju. Dakle, to je kvalitativna reakcija na polihidrične alkohole.

fenol

Struktura fenola

Hidroksilna grupa u molekulima organskih jedinjenja može biti direktno povezana sa aromatičnom jezgrom, ili može biti odvojena od nje jednim ili više atoma ugljenika. Može se očekivati ​​da će se, ovisno o ovom svojstvu, tvari značajno razlikovati jedna od druge zbog međusobnog utjecaja grupa atoma. Zaista, organska jedinjenja koja sadrže aromatični fenil radikal $C_6H_5$— direktno vezan za hidroksilnu grupu pokazuju posebna svojstva koja se razlikuju od onih kod alkohola. Takva jedinjenja nazivaju se fenoli.

Fenoli su organske tvari čije molekule sadrže fenilni radikal povezan s jednom ili više hidrokso grupa.

Kao i alkoholi, fenoli se klasifikuju po atomizmu, tj. po broju hidroksilnih grupa.

Monatomski fenoli sadrže jednu hidroksilnu grupu u molekulu:

Polihidrični fenoli sadrže više od jedne hidroksilne grupe u molekulima:

Postoje i drugi polihidrični fenoli koji sadrže tri ili više hidroksilnih grupa u benzenskom prstenu.

Hajde da se detaljnije upoznamo sa strukturom i svojstvima najjednostavnijeg predstavnika ove klase - fenola $C_6H_5OH$. Naziv ove supstance bio je osnova za naziv cijele klase - fenola.

Fizička i hemijska svojstva.

fizička svojstva.

Fenol je čvrsta, bezbojna, kristalna supstanca, $t°_(pl.)=43°S, t°_(ključanje)=181°S$, sa oštrim karakterističnim mirisom. Otrovno. Fenol je slabo rastvorljiv u vodi na sobnoj temperaturi. Vodena otopina fenola naziva se karbolna kiselina. U dodiru s kožom izaziva opekotine, pa se s fenolom treba pažljivo rukovati!

Hemijska svojstva.

kiselinska svojstva. Kao što je već spomenuto, atom vodika hidroksilne grupe ima kiseli karakter. Kisela svojstva fenola su izraženija od one vode i alkohola. Za razliku od alkohola i vode, fenol reaguje ne samo sa alkalnim metalima, već i sa alkalijama pri čemu nastaje fenolate:

Međutim, kisela svojstva fenola su manje izražena od onih neorganskih i karboksilnih kiselina. Na primjer, kisela svojstva fenola su oko 3000$ puta slabija od onih ugljične kiseline. Dakle, propuštanjem ugljičnog dioksida kroz vodenu otopinu natrijevog fenolata može se izolirati slobodni fenol:

Dodavanje hlorovodonične ili sumporne kiseline u vodenu otopinu natrijevog fenolata također dovodi do stvaranja fenola:

Kvalitativna reakcija na fenol.

Fenol reaguje sa gvožđe(III) hloridom i formira kompleksno jedinjenje intenzivno ljubičaste boje.

Ova reakcija omogućava otkrivanje čak iu vrlo ograničenim količinama. Drugi fenoli koji sadrže jednu ili više hidroksilnih grupa u benzenskom prstenu također daju svijetlu plavo-ljubičastu boju kada reagiraju sa željeznim (III) hloridom.

Reakcije benzenskog prstena.

Prisustvo hidroksilnog supstituenta uvelike olakšava tok reakcija elektrofilne supstitucije u benzenskom prstenu.

1. Bromiranje fenola. Za razliku od benzena, bromiranje fenola ne zahtijeva dodavanje katalizatora (gvožđe(III) bromid).

Osim toga, interakcija sa fenolom se odvija selektivno (selektivno): atomi broma se šalju u orto- i para pozicije, zamjenjujući atome vodonika koji se tamo nalaze. Selektivnost supstitucije se objašnjava karakteristikama elektronske strukture molekula fenola o kojima je bilo reči.

Dakle, kada fenol reaguje sa bromnom vodom, formira se bijeli talog 2,4,6-tribromofenol:

Ova reakcija, kao i reakcija sa gvožđe (III) hloridom, služi za kvalitativnu detekciju fenola.

2. Nitracija fenola takođe se dešava lakše od nitriranja benzena. Reakcija s razrijeđenom dušičnom kiselinom se odvija na sobnoj temperaturi. Rezultat je mješavina orto- i par- izomeri nitrofenola:

Kada se koristi koncentrirana dušična kiselina, stvara se eksploziv - 2,4,6-trinitrofenol(pikrinska kiselina):

3. Hidrogenacija aromatičnog prstena fenola u prisustvu katalizatora se lako dešava:

4.Polikondenzacija fenola sa aldehidima, posebno kod formaldehida, javlja se stvaranjem produkta reakcije - fenol-formaldehidnih smola i čvrstih polimera.

Interakcija fenola s formaldehidom može se opisati shemom:

Vjerovatno ste primijetili da su „pokretni“ atomi vodika sačuvani u molekuli dimera, što znači da se reakcija može nastaviti dalje s dovoljnom količinom reagensa:

Reakcija polikondenzacija, one. reakcija proizvodnje polimera, koja se nastavlja oslobađanjem nusproizvoda male molekularne težine (vode), može se nastaviti dalje (sve dok se jedan od reagensa potpuno ne potroši) sa formiranjem ogromnih makromolekula. Proces se može opisati opštom jednačinom:

Formiranje linearnih molekula događa se na običnoj temperaturi. Provođenje ove reakcije pri zagrijavanju dovodi do činjenice da rezultirajući proizvod ima razgranatu strukturu, čvrst je i netopiv u vodi. Kao rezultat zagrijavanja linearne fenol-formaldehidne smole s viškom aldehida, dobivaju se čvrste plastične mase jedinstvenih svojstava. Polimeri na bazi fenol-formaldehidnih smola koriste se za proizvodnju lakova i boja, plastičnih proizvoda koji su otporni na zagrijavanje, hlađenje, vodu, lužine i kiseline, te imaju visoka dielektrična svojstva. Polimeri na bazi fenol-formaldehidnih smola koriste se za izradu najkritičnijih i najvažnijih delova električnih uređaja, kućišta agregata i delova mašina, polimerne osnove štampanih ploča za radio uređaje. Ljepila na bazi fenol-formaldehidnih smola mogu pouzdano povezati dijelove različite prirode, održavajući najveću čvrstoću veze u vrlo širokom temperaturnom rasponu. Takvo ljepilo se koristi za pričvršćivanje metalne baze rasvjetnih lampi na staklenu sijalicu. Sada razumijete zašto se fenol i proizvodi na bazi njega široko koriste.

Karakteristične hemijske osobine aldehida, zasićenih karboksilnih kiselina, estera

Aldehidi i ketoni

Aldehidi su organska jedinjenja čiji molekuli sadrže karbonilnu grupu. , vezan za atom vodika i ugljikovodični radikal.

Opća formula za aldehide je:

U najjednostavnijem aldehidu, formaldehidu, drugi atom vodika igra ulogu ugljikovodika:

Karbonilna grupa vezana za atom vodika naziva se aldehid:

Organske supstance u čijim molekulima je karbonilna grupa vezana za dva ugljikovodična radikala nazivaju se ketoni.

Očigledno, opšta formula za ketone je:

Karbonilna grupa ketona se naziva keto grupa.

U najjednostavnijem ketonu, acetonu, karbonilna grupa je vezana za dva metil radikala:

Nomenklatura i izomerizam

Ovisno o strukturi ugljikovodičnih radikala povezanih s aldehidnom grupom, razlikuju se granični, nezasićeni, aromatični, heterociklični i drugi aldehidi:

U skladu s IUPAC nomenklaturom, nazivi zasićenih aldehida formiraju se od imena alkana s istim brojem atoma ugljika u molekuli pomoću sufiksa -al. Na primjer:

Numeracija atoma ugljika glavnog lanca počinje od atoma ugljika aldehidne grupe. Stoga se aldehidna grupa uvijek nalazi na prvom atomu ugljika i nije potrebno naznačiti njen položaj.

Uz sistematsku nomenklaturu, koriste se i trivijalni nazivi široko rasprostranjenih aldehida. Ova imena obično potiču od imena karboksilnih kiselina koje odgovaraju aldehidima.

Za naziv ketona prema sistematskoj nomenklaturi, keto grupa se označava sufiksom -on i broj koji označava broj atoma ugljika u karbonilnoj grupi (numeracija treba početi od kraja lanca najbližeg keto grupi). Na primjer:

Za aldehide je karakteristična samo jedna vrsta strukturne izomerije - izomerija ugljeničnog skeleta, koja je moguća iz butanala, a za ketone - i izomerija položaja karbonilne grupe. Pored toga, karakteriše ih i međuklasna izomerija (propanal i propanon).

Trivijalni nazivi i tačke ključanja nekih aldehida.

Fizička i hemijska svojstva

fizička svojstva.

U molekuli aldehida ili ketona, zbog veće elektronegativnosti atoma kisika u usporedbi s atomom ugljika, $C=O$ veza je jako polarizirana zbog pomaka elektronske gustine $π$ veze na kisik:

Aldehidi i ketoni su polarne supstance sa viškom elektronske gustine na atomu kiseonika. Niži članovi niza aldehida i ketona (formaldehid, acetaldehid, aceton) su beskonačno rastvorljivi u vodi. Njihove tačke ključanja su niže od onih kod odgovarajućih alkohola. To je zbog činjenice da u molekulima aldehida i ketona, za razliku od alkohola, nema mobilnih atoma vodika i ne formiraju asocijacije zbog vodikovih veza. Niži aldehidi imaju oštar miris; aldehidi koji sadrže od četiri do šest atoma ugljika u lancu imaju neugodan miris; viši aldehidi i ketoni imaju cvjetni miris i koriste se u parfimeriji.

Hemijska svojstva

Prisustvo aldehidne grupe u molekulu određuje karakteristična svojstva aldehida.

reakcije oporavka.

Dodatak vodonika na molekule aldehida nastaje na dvostrukoj vezi u karbonilnoj grupi:

Aldehidi se hidrogeniraju kao primarni alkoholi, dok su ketoni sekundarni alkoholi.

Dakle, kada se acetaldehid hidrogenira na nikalnom katalizatoru, nastaje etil alkohol, a kada se hidrogenira aceton, nastaje propanol-2:

Hidrogenacija aldehida reakcija oporavka, pri kojem se smanjuje oksidacijsko stanje atoma ugljika u karbonilnoj grupi.

Reakcije oksidacije.

Aldehidi su sposobni ne samo da se oporave, već i oksidirati. Kada se oksidiraju, aldehidi stvaraju karboksilne kiseline. Šematski se ovaj proces može predstaviti na sljedeći način:

Iz propionaldehida (propanal), na primjer, nastaje propionska kiselina:

Aldehidi se oksidiraju čak i atmosferskim kisikom i takvim slabim oksidantima kao što je amonijačna otopina srebrnog oksida. U pojednostavljenom obliku, ovaj proces se može izraziti jednadžbom reakcije:

Na primjer:

Tačnije, ovaj proces se ogleda u jednadžbama:

Ako je površina posude u kojoj se odvija reakcija prethodno odmašćena, tada je srebro nastalo tokom reakcije prekriva ravnomjernim tankim filmom. Stoga se ova reakcija naziva reakcija "srebrno ogledalo". Široko se koristi za izradu ogledala, posrebrenih ukrasa i božićnih ukrasa.

Svježe istaloženi bakar (II) hidroksid također može djelovati kao oksidacijski agens za aldehide. Oksidirajući aldehid, $Cu^(2+)$ se reducira na $Cu^+$. Bakar (I) hidroksid $CuOH$ koji nastaje tokom reakcije odmah se razlaže na crveni bakar (I) oksid i vodu:

Ova reakcija, kao i reakcija "srebrnog ogledala", koristi se za detekciju aldehida.

Ketoni se ne oksidiraju ni atmosferskim kisikom ni tako slabim oksidacijskim sredstvom kao što je amonijačna otopina srebrnog oksida.

Pojedinačni predstavnici aldehida i njihovo značenje

Formaldehid(metanal, mravlji aldehid$HCHO$ ) - bezbojni gas sa oštrim mirisom i tačkom ključanja od -21C°$, lako ćemo rastvoriti u vodi. Formaldehid je otrovan! Rastvor formaldehida u vodi (40%$) naziva se formalin i koristi se za dezinfekciju. U poljoprivredi se formalin koristi za doradu sjemena, u kožnoj industriji - za preradu kože. Formaldehid se koristi za dobijanje urotropina - lekovite supstance. Ponekad se komprimiran u obliku briketa, urotropin koristi kao gorivo (suhi alkohol). Velika količina formaldehida se troši u proizvodnji fenol-formaldehidnih smola i nekih drugih supstanci.

Sirćetni aldehid(etanal, acetaldehid$CH_3CHO$ ) - tečnost oštrog neprijatnog mirisa i tačke ključanja od 21 °C $, dobro ćemo rastvoriti u vodi. Sirćetna kiselina i niz drugih tvari se dobivaju iz acetaldehida u industrijskim razmjerima, koristi se za proizvodnju raznih plastičnih i acetatnih vlakana. Sirćetni aldehid je otrovan!

karboksilne kiseline

Tvari koje sadrže jednu ili više karboksilnih grupa u molekulu nazivaju se karboksilne kiseline.

grupa atoma pozvao karboksilnu grupu, ili karboksil.

Organske kiseline koje sadrže jednu karboksilnu grupu u molekulu su jednobazni.

Opća formula za ove kiseline je $RCOOH$, na primjer:

Karboksilne kiseline koje sadrže dvije karboksilne grupe nazivaju se dibasic. To uključuje, na primjer, oksalnu i jantarnu kiselinu:

Postoje također polybasic karboksilne kiseline koje sadrže više od dvije karboksilne grupe. To uključuje, na primjer, trobazičnu limunsku kiselinu:

U zavisnosti od prirode ugljikovodičnih radikala, karboksilne kiseline se dijele u ograničavajuće, nezasićene, aromatične.

Ograničavajuće ili zasićene karboksilne kiseline su, na primjer, propanoična (propionska) kiselina:

ili nam već poznata jantarna kiselina.

Očigledno, zasićene karboksilne kiseline ne sadrže $π$-veze u ugljovodoničnom radikalu. U molekulima nezasićenih karboksilnih kiselina, karboksilna grupa je vezana za nezasićeni, nezasićeni ugljikovodični radikal, na primjer, u akrilu (propenu) $CH_2=CH—COOH$ ili oleinskoj $CH_3—(CH_2)_7—CH=CH—( CH_2)_7—COOH molekuli $ i druge kiseline.

Kao što se može vidjeti iz formule benzojeve kiseline, ona je aromatična, jer sadrži aromatični (benzenski) prsten u molekuli:

Nomenklatura i izomerizam

Već su razmatrani opći principi za formiranje naziva karboksilnih kiselina, kao i drugih organskih spojeva. Zaustavimo se detaljnije na nomenklaturi jedno- i dvobaznih karboksilnih kiselina. Naziv karboksilne kiseline nastaje od naziva odgovarajućeg alkana (alkana s istim brojem ugljikovih atoma u molekuli) uz dodatak sufiksa -ov-, kraj -i ja i riječi kiselina. Numerisanje ugljikovih atoma počinje karboksilnom grupom. Na primjer:

Broj karboksilnih grupa je u nazivu naznačen prefiksima di-, tri-, tetra-:

Mnoge kiseline također imaju povijesno razvijena, ili trivijalna, imena.

Nazivi karboksilnih kiselina.

Hemijska formula	Sistematski naziv kiseline	Trivijalan naziv za kiselinu
$H—COOH$	metan	Formic
$CH_3—COOH$	Ethane	Acetic
$CH_3—CH_2—COOH$	propan	propionska
$CH_3—CH_2—CH_2—COOH$	Butan	masno
$CH_3—CH_2—CH_2—CH_2—COOH$	Pentane	Valerijana
$CH_3—(CH_2)_4—COOH$	Heksan	Najlon
$CH_3—(CH_2)_5—COOH$	Heptanoic	Enantic
$NEOS-UNSD$	Etandijum	kiseljak
$HOOS—CH_2—COOH$	Propandioic	Malonic
$HOOS—CH_2—CH_2—COOH$	Butan	Amber

Nakon što smo se upoznali sa raznolikim i zanimljivim svijetom organskih kiselina, razmotrimo detaljnije ograničavajuće jednobazne karboksilne kiseline.

Jasno je da se sastav ovih kiselina izražava opštom formulom $C_nH_(2n)O_2$, ili $C_nH_(2n+1)COOH$, ili $RCOOH$.

Fizička i hemijska svojstva

fizička svojstva.

Niže kiseline, tj. kiseline s relativno malom molekulskom težinom, koje sadrže do četiri atoma ugljika u molekulu, su tekućine s karakterističnim oštrim mirisom (zapamtite miris octene kiseline). Kiseline koje sadrže od $4$ do $9$ atoma ugljika su viskozne uljne tekućine s neugodnim mirisom; koji sadrže više od 9$ atoma ugljika u molekuli - čvrste tvari koje se ne otapaju u vodi. Tačke ključanja graničnih jednobaznih karboksilnih kiselina povećavaju se s povećanjem broja ugljikovih atoma u molekuli i, posljedično, s povećanjem relativne molekulske težine. Na primjer, tačka ključanja mravlje kiseline je 100,8°C$, octene kiseline je 118°C$, a propionske kiseline 141°C$.

Najjednostavnija karboksilna kiselina, mravlja $HCOOH$, koja ima malu relativnu molekulsku težinu $(M_r(HCOOH)=46)$, u normalnim uslovima je tečnost sa tačkom ključanja od $100,8°S$. Istovremeno, butan $(M_r(C_4H_(10))=58)$ pod istim uslovima je gasovit i ima tačku ključanja od $-0,5°S$. Ovo neslaganje između tačaka ključanja i relativne molekulske težine objašnjava se formiranjem dimera karboksilne kiseline, u kojima su dvije molekule kiseline povezane dvije vodikove veze:

Pojava vodikovih veza postaje jasna kada se razmotri struktura molekula karboksilne kiseline.

Molekule zasićenih jednobaznih karboksilnih kiselina sadrže polarnu grupu atoma - karboksil i suštinski nepolarni ugljikovodični radikal. Karboksilnu grupu privlače molekule vode, formirajući s njima vodikove veze:

Mravlja i sirćetna kiselina su beskonačno rastvorljive u vodi. Očigledno, s povećanjem broja atoma u ugljikovodičnom radikalu, topljivost karboksilnih kiselina opada.

Hemijska svojstva.

Opća svojstva karakteristična za klasu kiselina (i organskih i neorganskih) posljedica su prisustva u molekulima hidroksilne grupe koja sadrži jaku polarnu vezu između atoma vodika i kisika. Razmotrimo ova svojstva na primjeru organskih kiselina rastvorljivih u vodi.

1. Disocijacija sa stvaranjem vodikovih kationa i anjona kiselinskog ostatka:

$CH_3-COOH⇄CH_3-COO^(-)+H^+$

Preciznije, ovaj proces je opisan jednadžbom koja uzima u obzir učešće molekula vode u njemu:

$CH_3-COOH+H_2O⇄CH_3COO^(-)+H_3O^+$

Ravnoteža disocijacije karboksilnih kiselina je pomjerena ulijevo; velika većina njih su slabi elektroliti. Međutim, kiseli okus, na primjer, octene i mravlje kiseline nastaje zbog disocijacije na vodikove katione i anjone kiselih ostataka.

Očigledno je prisustvo “kiselog” vodonika u molekulima karboksilnih kiselina, tj. vodikova karboksilna grupa, zbog drugih karakterističnih svojstava.

2. Interakcija sa metalima stoji u elektrohemijskom nizu napona do vodonika: $nR-COOH+M→(RCOO)_(n)M+(n)/(2)H_2$

Dakle, željezo reducira vodonik iz octene kiseline:

$2CH_3-COOH+Fe→(CH_3COO)_(2)Fe+H_2$

3. Interakcija sa bazičnim oksidima sa stvaranjem soli i vode:

$2R-COOH+CaO→(R-COO)_(2)Ca+H_2O$

4. Interakcija sa metalnim hidroksidima sa stvaranjem soli i vode (reakcija neutralizacije):

$R—COOH+NaOH→R—COONa+H_2O$,

$2R—COOH+Ca(OH)_2→(R—COO)_(2)Ca+2H_2O$.

5. Interakcija sa solima slabijih kiselina sa formiranjem potonjeg. Dakle, octena kiselina istiskuje stearinsku kiselinu iz natrijevog stearata i ugljičnu kiselinu iz kalijevog karbonata:

$CH_3COOH+C_(17)H_(35)COONa→CH_3COONa+C_(17)H_(35)COOH↓$,

$2CH_3COOH+K_2CO_3→2CH_3COOK+H_2O+CO_2$.

6. Interakcija karboksilnih kiselina sa alkoholima sa stvaranjem estera - reakcija esterifikacije (jedna od najvažnijih reakcija karakterističnih za karboksilne kiseline):

Interakciju karboksilnih kiselina sa alkoholima kataliziraju vodikovi katjoni.

Reakcija esterifikacije je reverzibilna. Ravnoteža se pomiče prema formiranju estera u prisustvu sredstava za odvodnjavanje i kada se ester ukloni iz reakcione smjese.

U reakciji reverzne esterifikacije, koja se naziva hidroliza estera (reakcija estera s vodom), nastaju kiselina i alkohol:

Očigledno, da reaguje sa karboksilnim kiselinama, tj. polihidrični alkoholi, kao što je glicerol, također mogu ući u reakciju esterifikacije:

Sve karboksilne kiseline (osim mravlje), zajedno sa karboksilnom grupom, sadrže ugljovodonični ostatak u svojim molekulima. Naravno, to ne može a da ne utiče na svojstva kiselina, koja su određena prirodom ugljikovodičnih ostataka.

7. Reakcije adicije višestrukih veza- u njih ulaze nezasićene karboksilne kiseline. Na primjer, reakcija dodavanja vodika je hidrogenacija. Za kiselinu koja sadrži jednu $π$-vezu u radikalu, jednačina se može napisati u opštem obliku:

$C_(n)H_(2n-1)COOH+H_2(→)↖(katalizator)C_(n)H_(2n+1)COOH.$

Dakle, kada se oleinska kiselina hidrogenira, nastaje zasićena stearinska kiselina:

$(C_(17)H_(33)COOH+H_2)↙(\text"oleinska kiselina")(→)↖(katalizator)(C_(17)H_(35)COOH)↙(\text"stearinska kiselina") $

Nezasićene karboksilne kiseline, kao i druga nezasićena jedinjenja, dodaju halogene dvostrukoj vezi. Na primjer, akrilna kiselina obezbojava bromnu vodu:

$(CH_2=CH—COOH+Br_2)↙(\text"akrilna(propenska) kiselina")→(CH_2Br—CHBr—COOH)↙(\text"2,3-dibromopropenska kiselina").$

8. Reakcije supstitucije (sa halogenima)- zasićene karboksilne kiseline mogu ući u njih. Na primjer, reakcijom octene kiseline sa hlorom mogu se dobiti različiti hlorni derivati ​​kiselina:

$CH_3COOH+Cl_2(→)↖(R(crveno))(CH_2Cl-COOH+HCl)↙(\text"hloroctena kiselina")$,

$CH_2Cl-COOH+Cl_2(→)↖(R(crveno))(CHCl_2-COOH+HCl)↙(\text"dihloroctena kiselina")$,

$CHCl_2-COOH+Cl_2(→)↖(R(crveno))(CCl_3-COOH+HCl)↙(\text"trihloroctena kiselina")$

Pojedinačni predstavnici karboksilnih kiselina i njihov značaj

Formic(metan) kiselina HCOOH— tečnost oštrog mirisa i tačke ključanja od 100,8°C$, veoma rastvorljiva u vodi. Mravlja kiselina je otrovna U dodiru sa kožom izaziva opekotine! Ubodna tečnost koju luče mravi sadrži ovu kiselinu. Mravlja kiselina ima dezinfekcijsko svojstvo i stoga nalazi svoju primjenu u prehrambenoj, kožnoj i farmaceutskoj industriji, te medicini. Koristi se za bojenje tekstila i papira.

Acetic (etan)kiselina $CH_3COOH$ je bezbojna tečnost karakterističnog oštrog mirisa, koja se može mešati sa vodom u bilo kom odnosu. Vodeni rastvori sirćetne kiseline se prodaju pod nazivom sirće ($3-5%$ rastvor) i octena esencija ($70-80%$ rastvor) i imaju široku upotrebu u prehrambenoj industriji. Sirćetna kiselina je dobar rastvarač za mnoge organske materije i stoga se koristi u bojanju, u industriji kože i industriji boja i lakova. Osim toga, octena kiselina je sirovina za proizvodnju mnogih tehnički važnih organskih spojeva: na primjer, koristi se za dobivanje tvari koje se koriste za suzbijanje korova - herbicida.

Sirćetna kiselina je glavni sastojak vinsko sirće, karakterističan miris koji je upravo zbog toga. To je proizvod oksidacije etanola i nastaje iz njega kada se vino čuva na zraku.

Najvažniji predstavnici monobaznih kiselina sa najvišim limitom su palmitinska$C_(15)H_(31)COOH$ i stearinska$C_(17)H_(35)COOH$ kiseline. Za razliku od nižih kiselina, ove supstance su čvrste, slabo rastvorljive u vodi.

Međutim, njihove soli – stearati i palmitati – su vrlo topljive i imaju deterdžentni učinak, zbog čega se nazivaju i sapunima. Jasno je da se ove tvari proizvode u velikim razmjerima. Od nezasićenih viših karboksilnih kiselina najvažnija je oleinska kiselina$C_(17)H_(33)COOH$, ili $CH_3 - (CH_2)_7 - CH=CH -(CH_2)_7COOH$. To je tečnost nalik ulju bez ukusa i mirisa. Njegove soli se široko koriste u tehnologiji.

Najjednostavniji predstavnik dvobaznih karboksilnih kiselina je oksalna (etandijeva) kiselina$HOOC—COOH$, čije se soli nalaze u mnogim biljkama, na primjer, u kiselici i oksalisu. Oksalna kiselina je bezbojna kristalna supstanca, dobro rastvorljiva u vodi. Koristi se u poliranju metala, u industriji obrade drveta i kože.

Esteri

Kada karboksilne kiseline stupaju u interakciju s alkoholima (reakcija esterifikacije), estri:

Ova reakcija je reverzibilna. Produkti reakcije mogu međusobno komunicirati i formirati početne supstance - alkohol i kiselinu. Dakle, reakcija estera sa vodom - hidroliza estera - je obrnuta reakciji esterifikacije. Hemijska ravnoteža, koja je uspostavljena kada su brzine direktne (esterifikacije) i reverzne (hidrolize) reakcije jednake, može se pomjeriti u pravcu stvaranja etra prisustvom agenasa za uklanjanje vode.

Masti- derivati ​​spojeva koji su estri glicerola i viših karboksilnih kiselina.

Sve masti, kao i drugi estri, prolaze kroz hidrolizu:

Kada se hidroliza masti vrši u alkalnom mediju $(NaOH)$ i u prisustvu sode $Na_2CO_3$, ona teče nepovratno i dovodi do stvaranja ne karboksilnih kiselina, već njihovih soli, koje se tzv. sapuni. Stoga se hidroliza masti u alkalnoj sredini naziva saponifikacija.

Supstituenti CH 3 , CH 2 R, CHR 2 , CR 3 , OH, OR, NH 2 , NHR, NR 2 , F, Cl, Br, I i drugi zovu se poslanici prva vrsta. Oni su sposobni donirati elektrone su supstituenti koji doniraju elektrone.

Supstituenti druge vrste sposoban da povuče i prihvati elektrone . Ovo su supstituenti koji povlače elektrone. To uključuje SO 3 H, NO 2 , COOH, COOR, CHO, COR, CN, NH 3 + i druge.

sa svoje strane, napadaju (zamjenjuju) grupe može biti elektrofilni ili nukleofilna. Elektrofilni reagensi služe kao akceptori elektrona u reakciji. U konkretnom slučaju, ovo katjoni. Nukleofilni reagensi u reakciji su donori elektrona. U konkretnom slučaju, ovo anjoni.

Ako reagens djeluje na jezgro s jednim supstituentom, tada se može razlikovati nekoliko opcija za njihovu interakciju:

– zamjenik prve vrste; elektrofilni reagens.

Kao primjer, razmotrite reakciju nitracije toluena sa smjesom za nitriranje (mješavina dušične i sumporne kiseline).

Metilna grupa u toluenu je prvoklasna orijentacija. Ovo je čestica donora elektrona.. Zbog toga jezgro u celini zbog pomaka u gustini elektrona od metilne grupe, on prima frakcioni negativni naboj. Atomi ugljika najbliži supstituentu su također negativno nabijeni.. Naredni ugljici ciklusa dobijaju naizmjenična naelektrisanja(naizmjenični efekat). Reakcija između dušične i sumporne kiseline nitrirajuće smjese daje nekoliko čestica, među kojima je prisutan elektrofilna čestica NO 2+(prikazano iznad strelice u zagradama na dijagramu), koji napada negativno nabijene atome ciklusa. Atomi vodika su zamijenjeni nitro grupom u ortho- i par- pozicije u odnosu na metilnu grupu. Budući da jezgro ima negativan naboj, a čestica koja napada je elektrofilna(pozitivno naelektrisan), reakcija je olakšana i može se odvijati pod blažim uslovima u poređenju sa nitracijom benzena.

– zamjenik druge vrste; elektrofilni reagens.

Sulfonska grupa (orijentant druge vrste, povlačenje elektrona), zbog pomeranja elektronske gustine prema sebi, pozitivno naelektriše jezgro kao celinu i najbliže ugljenike jezgra. Napadajuća čestica je elektrofilna. Orijentacija u meta-pozicija. Supstituent ometa djelovanje reagensa. Sulfoniranje treba izvršiti koncentrovanom sumpornom kiselinom na povišenoj temperaturi.

– zamjenik druge vrste; nukleofilni reagens.

U skladu sa nabojima, nukleofilna čestica OK - napada ortho- i par-pozicija i supstituent olakšavaju djelovanje reagensa. ipak, nukleofilne supstitucijske reakcije se moraju izvesti u prilično teškim uslovima. Ovo se objašnjava energetskom nepovoljnošću prelaznog stanja u reakciji i činjenicom da π Elektronski oblak molekula odbija napadnu nukleofilnu česticu.

– Zamjenik prve vrste; nukleofilni reagens.

Supstituent ometa djelovanje reagensa. Orijentacija u meta-pozicija. Takve reakcije se praktično ne realizuju.

Ako postoji nekoliko različitih supstituenata u jezgru, tada preovlađujući vodeći efekat ima onaj koji ima najveći orijentacioni efekat. Na primjer, u reakcijama elektrofilne supstitucije prema jačini orijentacijskog djelovanja, supstituenti se mogu rasporediti u sljedeći red:

OH > NH 2 > ILI > Cl > I > Br > CH 3; Orijentirajuća sposobnost orijentanata druge vrste opada sljedećim redoslijedom: NO 2 > COOH > SO 3 H. Primjer je reakcija hloriranja ortho-krezol (1-hidroksi-2-metilbenzen):

Oba supstituenta su orijentanti prve vrste, donori elektrona. Sudeći po nabojima na atomima ugljika (u zagradi, iz –OH grupe), orijentacija se ne poklapa. Zato što je fenolni hidroksil jači orijentant, dobijaju se uglavnom proizvodi koji odgovaraju orijentaciji ove grupe. Oba supstituenta olakšavaju reakciju. Reakcija je elektrofilna zbog interakcije katalizatora s molekularnim hlorom.

U praksi se pravila zamjene najčešće ne sprovode striktno. Zamjena daje sve moguće proizvode. Ali uvijek ima više proizvoda koji se moraju nabaviti prema pravilima. Na primjer, kada je toluen nitriran, 62% ortho-, 33,5 % par- i 4,5% meta-nitrotolueni.

Promjena okoline (temperatura, pritisak, katalizator, rastvarač, itd.) obično ima mali uticaj na orijentaciju.

Brojne reakcije zamjene prikazane su kada se objašnjavaju pravila orijentacije. Pogledajmo još nekoliko reakcija.

– Pod dejstvom hlora ili broma na benzen u prisustvu katalizatora - nosača halogena, na primer, FeCl 3 , AlCl 3 , SnCl 4 i drugih, atomi vodonika se sekvencijalno zamenjuju na cikličkim ugljenicima halogenom.

U posljednjoj elektrofilnoj reakciji hlor kao orijentant prve vrste usmerava drugi atom hlora na ortho- i par- odredbe(uglavnom u par-). Međutim, za razliku od drugih orijentanata prve vrste, on otežava reagovanje zbog snažno izraženih elektron-akceptorskih svojstava, pozitivno nabija jezgro. U trenutku napada elektrofilne čestice, halogen početnog spoja vraća dio elektronske gustine jezgru, stvarajući naboje na njegovim ugljicima koji odgovaraju djelovanju orijentansa prve vrste (dinamički efekat orijentacije).

– Halogenacija alkil-supstituiranih benzena na svjetlu protiče kroz radikalni mehanizam. i dolazi do zamene
α-ugljikov atom bočnog lanca:

– Kada je nitriran prema Konovalovu(razrijeđena vodena otopina dušične kiseline, ~140 °C), postupkom radikalnog mehanizma, također dovodi do supstitucije u bočni lanac:

– Oksidacija benzena i njegovih homologa

benzenski prsten vrlo teško oksidirati. Međutim, u prisustvu katalizatora V 2 O 5 na temperaturi od 400 ° C ... 500 ° C, benzen formira maleinsku kiselinu:

Homolozi benzena nakon oksidacije daju aromatične kiseline. Štaviše, bočni lanac daje karboksilnu grupu na aromatičnom prstenu, bez obzira na njegovu dužinu.

Izborom oksidacionih sredstava može se postići sekvencijalna oksidacija bočnih lanaca.

Hidroperoksidi se formiraju iz alkilbenzena u prisustvu katalizatoračijom razgradnjom nastaje fenol i odgovarajući ketoni.