Ароматические соединения

Ароматические соединения

АРОМАТИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ, обширный класс органических соединений, характерной чертой которых являются: 1) циклическое строение и 2) особая система распределения сил сродства внутри молекулы, сообщающая циклу большую прочность. Простейшим веществом этого чрезвычайно богатого соединениями класса органической химии является бензол, основной углеродный скелет которого схематически изображается в виде шестиугольника - «ядра». К ароматическим соединениям относят не только производные бензола и его гомологов, но также и конденсированные системы типа нафталина, фенантрена, хризена и т. д., составленные из двух, трех, четырех и т. д. ядер бензола, равно как и многие гетероциклические соединения, обладающие ароматическим характером, т. е. комплексом определенных специфических свойств. Свойства, отличающие ароматические соединения от жирных и алициклических:

1) Атомы водорода обладают большой подвижностью, что проявляется в способности ароматических соединений входить в различного рода реакции замещения. Особенно характерными являются химические превращения, протекающие при действии азотной и серной кислот. При этом происходит нитрование или сульфирование ароматических соединений, т. е. процессы, связанные с обменом атома (или атомов) водорода на нитро-группу NО2 или сульфо-группу SО3H:

Ароматические соединения

Обе эти реакции широко используются в технологии органических веществ.

2) Различные реакционные группы в ароматических соединениях по некоторым своим свойствам значительно отличаются от свойств этих же групп в соединениях жирного ряда: галоиды в галоидных производных бензола обладают меньшей реакциеспособностью по сравнению с галоидными алкилами; для обмена галоида в галоидных арилах (арил - ароматический углеводородный остаток) на другие группы (гидроксил, амино-группу и т. д.) приходится прибегать к более сильным химическим воздействиям, чем в соответствующих алифатических соединениях; щелочные свойства ароматических аминов значительно слабее аминов жирных. Этот «кислый» или «отрицательный» характер ароматического остатка находит свое отражение также в ряде других свойств ароматических соединений. Особенно резко отличаются ароматические амины своим отношением к азотистой кислоте; с ней они дают т. н. диазосоединения, аналоги которых в жирном ряду известны только в исключительных случаях. Изменение свойств гидроксила в ароматических соединениях выражается в повышении его кислотности; поэтому гидроксильные производные бензола – фенолы - обладают свойствами настоящих кислот. Они реагируют с водными растворами едких щелочей, образуя солеобразные соединения - феноляты. Дигидроксильные производные бензола, нафталина и т. д. обладают свойством при окислении, отнятием двух атомов Н, превращаться в своеобразные соединения - хиноны.

3) Главное отличие ароматических соединений от алифатических, и в особенности от сходных с ними по строению углеродного скелета алициклических соединений, заключается в особом состоянии насыщенности ароматического цикла. Эта насыщенность сообщает ароматическим соединениям чрезвычайную прочность и стойкость по отношению к различным химическим воздействиям. Эмпирические формулы ароматических углеводородов (С6Н6, С7Н8, С10Н8, С14Н8 и т. д.) показывают, что эти соединения д. б. отнесены к классу ненасыщенных, характеризующихся реакциями присоединения и окисления. Между тем в этом отношении ароматических соединений обнаруживают существенные отличия. Бромистый водород, обычно легко присоединяющийся в месте двойной (этиленовой) связи, к ароматическим соединениям не присоединяется. Присоединение брома - одна из самых употребительных реакций на двойную связь - осуществляется в отношении ароматических соединений только при наличии особых условий. Особенно характерна устойчивость ароматического «ядра» к окислителям. В то время как жирные и алициклические ненасыщенные углеводороды быстро реагируют с марганцевокислым калием с образованием кислот, бензол в тех же условиях почти не изменяется. Если же при ядре ароматического соединения находится боковая цепь, как, например, в этилбензоле (С6Н5·СН2·СН3), то последняя окисляется в карбоксильную группу, и полученное в результате соединение (бензойная кислота С6Н5·СООН) сохраняет основной углеродный скелет ароматического соединения - свое ядро. Даже при сильных химических воздействиях, например при сплавлении с щелочами, циклы исходных соединений остаются неизменными.

Для объяснения своеобразных свойств ароматических соединений был предложен целый ряд различных теорий. Первая формула строения бензола была дана немецким химиком Кекуле (в 1865 г.). В структурной формуле Кекуле - 6 расположенных в виде шестиугольника метиновых групп ( = СН—), из которых каждая связана с соседними одной двойной (этиленовой) связью и одной простой (формула I). В виду того, что этиленовые связи характеризуются вполне определенными химическими свойствами, которых ароматические соединения лишены, эта формула нуждалась в некоторых дополнительных гипотезах.

Ароматические соединения

Одной из них явилась гипотеза парциальных валентностей Тиле, по которой остаточные силы химического сродства атомов углерода взаимно насыщаются, образуя замкнутую систему, где три двойные связи находятся в «конъюгации» - взаимном сопряжении (формула II). С развитием учения о природе химических сил, гл. обр. в связи с теорией Вернера, представления о строении бензола подвергались некоторым видоизменениям. По Вернеру, силы химического сродства углерода не представляют собой отдельных, независимо друг от друга действующих сил (единицы сродства), но являются частичным выражением одной силы - общего запаса сродства, заложенного в атоме углерода. Т. о. значение каждой данной валентности заранее не определено, но зависит от состояния насыщенности углеродного атома, т. е. от количества сродства, потраченного на насыщение другими атомами или группами. При циклическом строении молекулы подобное насыщение может происходить не только за счет связывания других, не входящих в цикл, атомов, но иногда осуществляется внутренним распределением сродства между теми атомами, из которых данный цикл составлен. В бензоле этому способствует шестичленная симметричная структура, благодаря которой остаточное сродство каждого из шести атомов углерода приходит в состояние внутреннего насыщения, сообщающего циклу большую прочность и устойчивость. Подобные представления о строении бензола находят свое выражение в формуле III, где дугообразные связи иллюстрируют характер внутреннего циклического насыщения. В последнее время, в связи с учением о строении атома, были предложены новые электронные формулы строения бензола и других ароматических соединений, однако до сих пор они не получили широкого распространения в органической химии и являются только б. или м. удачной попыткой объяснения свойств ароматических соединений, как результата действия электростатических сил.

Главным источником получения ароматических соединений является каменноугольная смола - продукт сухой перегонки каменного угля. В результате ее обработки, состоящей из различных операций физического и химического характера, добываются разнообразные ароматические соединения, составляющие основу производства красителей, фармацевтических препаратов, взрывчатых, душистых и многих других веществ. Важнейшими ароматическими соединениями каменноугольной смолы являются бензол, толуол, ксилол, фенол, крезол, нафталин, фенантрен и антрацен, промышленная разработка которых в связи с планомерными научными исследованиями вызвала совершенно исключительный рост химической промышленности в конце прошлого и в начале нынешнего столетия.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 1 - 1927 г.