Номер 252, страница 64 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.252. Какие функциональные группы можно ввести в бензольное кольцо в одну стадию?

В бензольное кольцо в одну стадию можно ввести различные функциональные группы, в основном с помощью реакций электрофильного ароматического замещения. Ниже перечислены основные примеры.

1. Галогенирование

Эта реакция позволяет ввести в бензольное кольцо атом галогена (хлор или бром). Реакция протекает при взаимодействии бензола с галогеном в присутствии катализатора – кислоты Льюиса (например, $FeCl_3$, $AlCl_3$, $FeBr_3$).
Пример (бромирование):
$C_6H_6 + Br_2 \xrightarrow{FeBr_3} C_6H_5Br + HBr$
Прямое фторирование слишком экзотермично и неконтролируемо, а иодирование требует присутствия окислителя, так как реакция обратима.

Ответ: галогеногруппа ($-X$, где X = F, Cl, Br, I).

2. Нитрование

Нитрование позволяет ввести нитрогруппу ($-NO_2$). Реакция проводится с использованием нитрующей смеси — смеси концентрированных азотной ($HNO_3$) и серной ($H_2SO_4$) кислот. Серная кислота выступает как катализатор и водоотнимающее средство.
$C_6H_6 + HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4, 50-60^\circ C} C_6H_5NO_2 + H_2O$
Электрофильной частицей в этой реакции является катион нитрония $NO_2^+$.

Ответ: нитрогруппа ($-NO_2$).

3. Сульфирование

При сульфировании в бензольное кольцо вводится сульфогруппа ($-SO_3H$). Реакцию проводят, действуя на бензол концентрированной серной кислотой при нагревании или олеумом (раствором $SO_3$ в $H_2SO_4$).
$C_6H_6 + H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t^\circ} C_6H_5SO_3H + H_2O$
Эта реакция является обратимой.

Ответ: сульфогруппа ($-SO_3H$).

4. Алкилирование по Фриделю-Крафтсу

Реакция позволяет ввести в кольцо алкильную группу ($-R$). Бензол реагирует с алкилгалогенидами ($R-Hal$), алкенами или спиртами в присутствии кислотного катализатора (чаще всего $AlCl_3$).
Пример (метилирование):
$C_6H_6 + CH_3Cl \xrightarrow{AlCl_3} C_6H_5CH_3 + HCl$
Недостатками реакции являются возможность полиалкилирования и перегруппировок алкильных групп.

Ответ: алкильная группа ($-R$).

5. Ацилирование по Фриделю-Крафтсу

Эта реакция вводит ацильную группу ($-COR$). Бензол реагирует с галогенангидридами карбоновых кислот ($R-COCl$) или ангидридами кислот ($(RCO)_2O$) в присутствии катализатора $AlCl_3$.
Пример (ацетилирование):
$C_6H_6 + CH_3COCl \xrightarrow{AlCl_3} C_6H_5COCH_3 + HCl$
В отличие от алкилирования, реакция останавливается после введения одной группы, так как ацильная группа является дезактивирующим заместителем.

Ответ: ацильная группа ($-COR$).

6. Формилирование

Формильная (альдегидная) группа ($-CHO$) вводится в бензольное кольцо, например, в реакции Гаттермана-Коха. Бензол обрабатывают смесью монооксида углерода ($CO$) и хлороводорода ($HCl$) под давлением в присутствии катализатора ($AlCl_3$ и $CuCl$).
$C_6H_6 + CO + HCl \xrightarrow{AlCl_3, CuCl} C_6H_5CHO$

Ответ: формильная группа ($-CHO$).

7. Хлорметилирование

Реакция Блана позволяет ввести хлорметильную группу ($-CH_2Cl$). Для этого бензол обрабатывают формальдегидом ($HCHO$) и хлороводородом ($HCl$) в присутствии катализатора, например, хлорида цинка ($ZnCl_2$).
$C_6H_6 + HCHO + HCl \xrightarrow{ZnCl_2} C_6H_5CH_2Cl + H_2O$

Ответ: хлорметильная группа ($-CH_2Cl$).