5.13. Арены
Химики традиционно разделяют все органические соединения на два больших класса: алифатические и ароматические соединения .
Все ранее рассмотренные соединения: алканы, алкены, цикланы относятся к алифатическим (жирным) соединениям. Бензол и вещества, напоминающие его по химическим свойствам, называют ароматическими соединениями (душистыми).
Наиболее яркий представитель ароматических соединений - бензол известен химикам с 1825 года, но удовлетворительная структурная формула его была предложена лишь в 1931 году.
. Молекулярная формула бензола – С6Н6. Со школьных времен известна классическая формула бензола, предложенная Кекуле (Бонн) в 1865 году
или
или
Однако бензол имеет ряд особенностей, а именно:
- вместо реакций присоединения бензол вступает в реакции замещения;
- теплота сгорания бензола меньше, примерно, на 36 ккал, чем этого сле-дует ожидать исходя из формулы Кекуле.
- длины всех углерод-углеродных связей в бензоле одинаковы и имеют промежуточное значение (1,39 А) между длинами ординарной (1.54 А) и двойной (1.34 А) связей.
Не вдаваясь в подробности, сделаем вывод на основании теории резонанса Полинга:
Истинная формула бензола - это резонансный гибрид двух структур Кекуле (см. выше). Поэтому можно рекомендовать структуру следующего вида:
Итак, бензол не содержит трех простых и трех двойных связей, а содержит 6 одинаковых связей, их называют полуторными или бензольными связями. Стереометрически бензол плоский шестигранник с углами 1200 . Все -электроны в кольце обобществлены и в одинаковой степени участвуют в связывании всех 6 атомов углерода. Вследствие этого бензольное кольцо более стабильно, чем соединение с изолированной двойной связью, -связь более прочна по сравнению с -связью двойной связи и поэтому бензольное кольцо не склонно к реакциям присоединения с разрывом двойной связи. Тем не менее, -электроны доступны для реагентов, стремящихся получать электроны, то есть в своих типичных реакциях бензольное кольцо служит источником электронов.
Физические свойства аренов. Алкилбензолы - малополярные соединения, и их физические свойства аналогичны свойствам алканов, цикланов и алкенов. Нерастворимы в воде, легче ее. Температуры кипения и плавления аренов выше, чем у алканов и алкенов с тем же числом углеродных атомов, что естественно, учитывая более сильное межмолекулярное взаимодействие (большая концентрация -электронов).
Получение аренов. Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промыш-ленность является основным поставщиком аренов. Большая часть бензола, толуола и ксилолов в мире производится в процессе каталитического риформинга бензиновых фракций нефти с последующим их выделением экстракцией селективными растворителями.
Каталитический риформинг. Третье поколение процессов нефтеперера-ботки было вызвано к жизни повышением требований рынка к качеству бензина. При этом качество бензина, в первую очередь, определяется его октановым числом.
Каталитический риформинг был предложен как один из способов увели-чения октанового числа – показателя детонационной стойкости бензина.