Галогенирование бензола

Ароматические углеводороды в обычных условиях не реагируют с галогенами (например, с бромной водой), но в присутствии катализаторов AlCl₃, FeCl₃, AlBr₃, FeBr₃ галоген легко замещает водород:

Если нужно провести реакцию с Cl₂ – берут AlCl₃ или FeCl₃, если с Br₂ – берут AlBr₃, FeBr₃, например:

Роль этих катализаторов – создание положительной, электрофильной частицы, например:

Cl₂ + AlCl₃ ® Cl⁺ + [AlCl₄]^–

Br₂ + FeBr₃ ® Br⁺ + [FeBr₄]^–

См. опыт:

https://youtu.be/kU_T16vk1LA

Если галоген в избытке, может быть замещен следующий водород. Здесь уже не безразлично, какой из атомов водорода будет замещен: нужно вспомнить правила ориентации (замещения) в бензольном кольце: так как галогены относятся к заместителям I рода, второй галоген размещается в орто- или пара-положении, образуется смесь продуктов:

Галогенирование гомологов бензола.

Алкильный (углеводородный) заместитель уменьшает устойчивость бензольного кольца, поэтому гомологи бензола легче вступают в реакции замещения в кольцо, причем в орто- или пара-положение, например:

Кроме того, в отсутствии катализатора, но при нагревании или на свету происходит замещение водорода в боковой цепи, а не в кольце:

Нитрование.

При действии на бензол нитрующей смесью: смесью концентрированной азотной и концентрированной серной кислоты при нагревании, водород кольца замещается на нитрогруппу:

См. опыт:

https://youtu.be/WgrVnZSv4n0

Толуол нитруется легче, сразу образуется трехзамещенное производное – 2,4,6-тринитротолуол (он же 1-метил-2,4,6-тринитробензол, тротил, тол):

1-метил-2,4,6-тринитробензол

2,4,6-тринитротолуол

тротил, тол

Сульфирование.

При нагревании с олеумом бензол образует сульфопроизводное:

бензолсульфокислота

сульфобензол

4) Реакции Фриделя — Крафтса. Это реакции алкилирования и ацилирования ароматических соединений в присутствии катализаторов AlCl₃, FeCl₃, FeBr₃, BF₃, ZnCl₂ (роль катализаторов – образование электрофильной частицы).

Алкилирование бензола – замещение водорода в бензольном кольце на углеводородный радикал – способ получения гомологов бензола. Алкилирование можно провести:

а) галогеналканами:

Например:

б) алкенами (в кислой среде):

в) спиртами (в присутствии концентрированной серной кислоты):

Ацилирование бензола – замещение водорода в бензольном кольце на т.н. ацильный остаток . Например, введение остатка уксусной кислоты называется ацетилированием. В качестве ацилирующих агентов используют галогенангидриды и ангидриды кислот.